(57)【要約】【課題】  防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ及びこれを採用した燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  金属ハウジング本体と、流体の流入及び流出のための流入孔及び流出孔を形成したハウジングと、前記ハウジングに挿入設置され、前記流体が流入する流入管、及び前記流出孔を貫通して流入した前記流体が所定圧力で流出する流出管を備えるポンプと、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ハウジング本体を具備するとともに、流体の流入及び流出のための流入孔及び流出孔を形成したハウジングと；
前記ハウジングに挿入設置され、前記流体が流入する流入管、及び前記流出孔を貫通して流入した前記流体が所定圧力で流出する流出管を具備するポンプと；を含むことを特徴とする防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項２】
前記金属ハウジング本体は、
騷音吸収のための多孔性第１金属ハウジング本体、及び
前記第１金属ハウジング本体を取り囲んで前記騷音を遮断する第２金属ハウジング本体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項３】
前記第１金属ハウジング本体は、発砲アルミニウムで形成されることを特徴とする、請求項２に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項４】
前記第１金属ハウジング本体は、前記第２金属ハウジング本体上に形成した隔壁によって前記第２金属ハウジング本体と所定間隔を置いて配置されることを特徴とする、請求項２に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項５】
前記第２金属ハウジング本体は、前記第１金属ハウジング本体より高密度の金属部材で形成されることを特徴とする、請求項２に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項６】
前記金属ハウジング本体は、第１金属ハウジング本体及び前記第１金属ハウジング本体を収容する第２金属ハウジング本体を具備するとともに、前記第１及び第２金属ハウジング本体の間の空間を真空部として使用する画成したことを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記金属ハウジング本体の開口部を覆う蓋を含み、
前記蓋に前記流入孔及び前記流出孔を形成することを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項８】
前記蓋は、合成高分子物質及び金属部材のいずれか一つからなることを特徴とする、請求項７に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項９】
前記ハウジングは、
前記流入孔が形成されて前記金属ハウジング本体の一側開口部を覆う第１蓋、及び
前記流出孔が形成されて前記金属ハウジング本体の他側開口部を覆う第２蓋を含むことを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１０】
前記ハウジングに挿入設置され、前記ポンプを取り囲む吸音材を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプは、
前記流体を流入させる流入管及び前記流体を所定圧力で流出して前記流出孔を貫通させる流出管を具備したポンピング部、及び
プロペラの回転力によって前記ポンピング部にポンピング力を与える電動部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１２】
前記ポンピング部は、
その内部に挿入設置されて前記電動部の回転軸に結合される前記プロペラを取り囲むチャンバであり、前記電動部はその内部に設置されて前記回転軸に結合される回転子、及び
前記回転子を取り囲んで前記回転子に対して回転運動を誘導する固定子を具備することを特徴とする、請求項１１に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１３】
前記ポンプは、高分子電解質膜と前記高分子電解質膜の両面にそれぞれ接合されるアノード電極を備えるとともに、カソード電極を具備して水素を含む燃料と酸化剤の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部に前記流体を供給する騷音防止構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項１４】
前記ポンプは、前記電気発生部に前記酸化剤を供給する空気ポンプであることを特徴とする、請求項１３に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１５】
水素を含有した燃料及び酸化剤のいずれか一つを燃料電池スタックに供給し、流体の流入のための流入管及び前記流体の流出のための流出管を具備するポンプと；
前記ポンプの外部面にモールド成形して設置され、前記流体の流入及び流出のための流入孔と流出孔と、を形成したハウジングと；を含むことを特徴とする防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１６】
前記ハウジングは、金属部材、ゴム、ポリウレタンシリコンから成る群から選択したいずれか一つの材料から構成されることを特徴とする、請求項１５に記載の防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプ。
【請求項１７】
電解質膜と前記電解質膜の両面に接合されるアノード電極及びカソード電極を具備し、  前記アノード電極及び前記カソード電極にそれぞれ供給される水素を含む燃料及び酸化剤の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部と；
前記電気発生部に前記酸化剤を供給する請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載のポンプを具備した燃料供給部と、を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１８】
前記ポンプの動作を制御する制御部を更に含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記燃料電池システムが高分子電解質型燃料電池方式で構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記燃料電池システムが直接メタノール型燃料電池方式で構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及びこれを採用した燃料電池システムに関し、特に、固定構造とポンプハウジング構造と、を改善してポンプによる震動及び騷音を大幅に減少させることができる防音及び防塵構造のポンプ及びこれを採用した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池
は、メタノール、エチルアルコール、天然気体のような炭化水素系列の物質内に含有される水素と酸素の化学反応エネルギーを、直接、電気エネルギーに変換させる発電システムである。
【０００３】
燃料電池は、使われる電解質(electrolyte)の種類によって、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ型燃料電池等に分類される。
【０００４】
これらそれぞれの燃料電池は基本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、電解質等が互いに異なる。
【０００５】
その中で、高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)は、他の燃料電池に比べて出力特性がはるかに高く、作動温度が低く、同時に早い始動及び応答特性とともに、ポータブル電磁機器用のような移動用(transportable)電源や自動車用動力源のような輸送用電源は勿論、住宅、公共建物の停止型発電所のような分散用電源などその応用範囲が広いという長所を有する。
【０００６】
上述した高分子電解質型燃料電池はスタック(stack)、改質器(reformer)、燃料タンク及び燃料ポンプなどを具備する。そして高分子電解質型燃料電池は燃料ポンプの作動で燃料タンク内の燃料を改質器に供給して、この改質器で燃料を改質して水素気体を発生させ、スタックでこの水素気体と酸素と、を電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる。
【０００７】
また、燃料電池には高分子電解質型燃料電池と類似するが、液状のメタノール燃料を、直接、スタックに供給することができる直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)がある。
【０００８】
直接メタノール型燃料電池は、高分子電解質型燃料電池とは異なり改質器を使わないため、小型化に更に有利である。
【０００９】
燃料電池スタックは、通常、膜−電極アセンブリー(Membrane Electrode Assembly: MEA)と、セパレーター(separator)と、からなる単位燃料電池が数個ないし数十個だけ積層した構造を有する。
【００１０】
ここで、膜−電極アセンブリーは高分子電解質膜を間に置いてアノード電極（一名、“燃料極”又は“酸化電極”と言う）とカソード電極（一名、“空気極”又は“還元電極”と言う）が附着した構造を有する。
【００１１】
そして、燃料電池スタックは圧縮密封される。これはスタック内部の圧力が高いが、酸素が減少するような非均一の作動条件を防止するためである。
【００１２】
図１は、高分子電解質膜を含む一般的な燃料電池の動作原理を概略的に示す図面である。図１を参照すれば、燃料電池１０の膜−電極アセンブリー２０は、高分子電解質膜１２、燃料極触媒層１４及び空気極触媒層１６を含む。
【００１３】
燃料電池１０から水素気体又は水素を含む燃料が燃料極触媒層１４に供給されれば、燃料極触媒層１４で電気化学的酸化反応が起きながら水素イオンＨ＋と電子ｅ−にイオン化されて酸化される。
【００１４】
イオン化された水素イオンは、燃料極触媒層１４から高分子電解質膜１２を通じて空気極触媒層１６に移動し、電子は燃料極触媒層１４から外部電線１８を通じて空気極触媒層１６に移動するようになる。
【００１５】
空気極触媒層１６に移動した水素イオンは、空気極触媒層１６に供給される酸素と電気化学還元反応を起こして反応熱と水を生成する。そして電子の移動によって電気エネルギーが発生する。
【００１６】
上述した高分子電解質型燃料電池と、直接メタノール型燃料電池と、の電気化学反応を反応式でそれぞれ表せば、下記反応式１及び反応式２のようである。
【００１７】
[反応式１]
アノード電極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード電極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
[反応式２]
アノード電極：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
カソード電極：３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
【００１８】
一方、燃料電池システムは燃料ポンプや空気ポンプ等を利用して燃料電池スタックに水素を含む燃料と空気を供給するアクティブ型(active)燃料電池システムと、ポンプを使わないで燃料又は空気を供給するパッシブ型(passive)燃料電池システムと、に区分することができる。
【００１９】
その中で、アクティブ型燃料電池システムはパッシブ型燃料電池システムより高い出力を得ることができるが、通常、多数の燃料電池を積層した構造で圧縮密封されるから、こうした構造の燃料電池スタックが所定の内部圧力を有する。
【００２０】
したがって、所定の内部圧力を有する燃料電池スタックに酸素欠乏を考慮した十分な量の空気を供給するためには、高出力の空気ポンプを使わなければならない。
【００２１】
このように従来のアクティブ型燃料電池システムでは高出力の空気ポンプを使わなければならず、それによって比較的大きな騷音とともに震動が発生するようになるという短所がある。
【００２２】
また、従来のアクティブ型燃料電池システムは、通常、空気ポンプ以外に少なくとも一つの燃料ポンプを具備する。この場合、従来のアクティブ型燃料電池システムでは燃料ポンプによる騷音と震動が更に発生するという短所がある。
【００２３】
このようなポンプの騷音と震動は燃料電池のより長い継続的な作動を妨害する。
【００２４】
さらに、アクティブ型燃料電池システムをノート・パンコン、ＰＭＰ（portable multimedia player）、ポータブルＤＶＤ(digital video disc)プレーヤー、ＰＤＡ（personal digital assistant）、携帯電話、キャムコーダなどの電子機器の電源供給装置として使用する場合、燃料電池システムの騷音と震動は電子機器使用者に不便をもたらすから使用者の便宜を図って電子機器を円滑に利用するためにも燃料電池の騷音発生は防止しなければならない。
【００２５】
一方、従来の燃料電池システムに関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１等がある。
【００２６】
【特許文献１】特開平０９−８８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、上述した問題点を考慮して導出されたものであり、その目的は、電池システムに搭載されるポンプのハウジングを新しい金属ハウジング構造で形成して騷音及び震動防止効果を大幅に高めた防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプを提供することである。
【００２８】
本発明のまた他の目的は、上述した防音及び防塵構造のポンプを採用したアクティブタイプの燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上述した目的を果たすために、本発明の第１実施形態によれば、内部で発生した騷音を吸収及び遮断する金属ハウジング本体、及び流体の流入及び流出のための流入孔と流出孔を形成したハウジング、そしてこのハウジングに挿入設置されて、流体が流入する流入管、及び流出孔を貫通して流入した流体が所定圧力で流出する流出管を具備するポンプを含む防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプを提供する。
【００３０】
望ましくは、金属ハウジング本体は音エネルギーを熱エネルギーに変換して騷音を吸収する多孔性第１金属ハウジング本体、及び第１金属ハウジング本体を取り囲んで音エネルギーを外部に伝達することを遮断する第２金属ハウジング本体を含む。
【００３１】
第１金属ハウジング本体は発砲アルミニウムで形成される。
【００３２】
また、第１金属ハウジング本体は第２金属ハウジング本体上に形成した隔壁によって第２金属ハウジング本体と所定間隔を置いて配置される。
【００３３】
また、第２金属ハウジング本体は第１金属ハウジング本体より高密度の金属部材で形成される。
【００３４】
また、金属ハウジング本体は第１金属ハウジング本体及び前記第１金属ハウジング本体を収容する第２金属ハウジング本体を具備し、これら第１及び第２金属ハウジング本体の間の空間は真空部として画成される。
【００３５】
また、ハウジングは金属ハウジング本体の開口部を覆う蓋を具備し、蓋には流入孔と流出孔が形成される。蓋は合成樹脂、合成纎維、合成ゴムのような合成高分子物質から構成するか、この合成高分子物質より密度が高くて騷音遮断効果が優秀な金属部材から構成する。
【００３６】
また、ハウジングは、流入孔が形成されるとともに金属ハウジング本体の一側開口部を覆う第１蓋、及び流出孔が形成されるとともに金属ハウジング本体の他側開口部を覆う第２蓋を含む。
【００３７】
また、上述した騷音防止構造を具備した燃料電池用ポンプはハウジングに挿入設置されたポンプを取り囲む吸音材を更に含む。
【００３８】
本発明の第２実施形態によれば、水素を含有した燃料及び酸化剤のいずれか一つを燃料電池スタックに供給し、流体の流入のための流入管及び流体の流出のための流出管を具備するポンプと、ポンプの外部面にモールド成形で設置され、流体の流入及び流出のための流入孔と流出孔と、を形成したハウジングと、を含む防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプが提供される。
【００３９】
望ましくは、ハウジングは金属部材、ゴム、ポリウレタンシリコンから成る群から選択したいずれか一つの材料からなる。
【００４０】
本発明の第３実施形態によれば、電解質膜と、この電解質膜の両面に接合されるアノード電極及びカソード電極と、を具備し、アノード電極及びカソード電極にそれぞれ供給される水素を含む燃料及び酸化剤の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部、そして電気発生部に酸化剤を供給する本発明の第１態様によるポンプを具備した燃料供給部を含む燃料電池システムを提供する。
【００４１】
望ましくは、上述した燃料電池システムはポンプの動作を制御する制御部を更に含む。
【発明の効果】
【００４２】
以上、上述したようにハウジングを具備したポンプ構造において、ポンプによる騷音及び震動を効果的に吸収及び遮断することができる。
【００４３】
また、上述したポンプ騷音防止構造を利用することで、従来の燃料電池に比べて騷音と震動を大幅に減少させる燃料電池システムを提供することができる。
【００４４】
また、燃料電池システムを搭載したノート・パンコンなどのアプリケーションで低騷音及び無振動特性を大幅に高めることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳しく説明する。図面で各構成要素の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張した。図面上で同一符号は同一要素を表す。
【００４６】
図２は、本発明の好適な実施形態による防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプを採用した燃料電池システムを示すブロック図である。図２を参照すれば、防音及び防塵構造のポンプを採用した燃料電池システムは、特にポータブル燃料電池分野に適するように、例えば、ノート・パンコンやキャムコーダのような電子機器の電源供給装置として使用するのに適するように新しいポンプハウジング構造を利用してポンプによって発生する騷音及び震動を極めて減少させる。このために、本実施形態による燃料電池システムは燃料電池１００、第１ポンプ２００、第２ポンプ３００及び制御部４００を含む。
【００４７】
具体的には、燃料電池１００は電気エネルギーを発生する少なくとも一つの単位燃料電池（図示せず）を含む。ここで、単位燃料電池とは電気化学反応によって所定の電圧及び電流を発生する電気発生部を表す。
【００４８】
燃料電池１００は、複数の単位燃料電池を積層したスタック構造を含む。この場合、燃料電池スタックは空気ポンプによる円滑な酸素供給のために、通常、圧着密封される。
【００４９】
上述した電気発生部は、水素と酸素の酸化還元反応を通じて電気エネルギーを発生させる膜−電極アセンブリー(membrane-electrode assembly: MEA)と、膜−電極アセンブリーの両面に密着して膜−電極アセンブリーに水素を含む燃料と酸化剤、例えば、酸素又は空気を伝達するセパレーター(separater)と、からなる。
【００５０】
膜−電極アセンブリーは高分子電解質膜とその両面に接合されるアノード電極及びカソード電極と、を含む。セパレーターは燃料電池１００の構造によって省略することができる。
【００５１】
上述した構成によって燃料電池１００は、電気エネルギーを発生し、反応生成物として得られる水と二酸化炭素と、が流出する。この時、燃料電池１００で反応しない未反応燃料及び空気は二酸化炭素及び水とともに燃料電池１００の外部に流出する。未反応燃料はリサイクルのための循環経路を通じて燃料電池１００に再度供給することができる。
【００５２】
また、燃料電池１００は直列及び／又は並列接続した複数の単位燃料電池を通じて所定電圧、例えば、１２Ｖを外部負荷に印加する。この時、燃料電池１００から外部負荷に印加する電圧はＤＣ−ＤＣ変換器等の電力変換部によって所定レベルに変換した後、上述した所定電圧まで印加することができる。ここで、外部負荷はノート・パソコン、ＰＭＰ、ポータブルＤＶＤプレーヤー、ＰＤＡ、キャムコーダ等の電子機器を含む。
【００５３】
第１ポンプ２００は、燃料電池１００のカソード側に結合され、酸素や空気を燃料電池１００内のカソード電極に供給する。第１ポンプ２００は空気ポンプ又は送風機を含む。
【００５４】
また、第１ポンプ２００は燃料電池１００のより長い持続的な作動のために圧着密封した構造の燃料電池１００内に必要な酸素量以上を含む十分な空気を供給する。この時、従来のアクティブ型燃料電池システムでは空気ポンプによって比較的大きな騷音が発生するが、本実施形態による燃料電池システムでは空気ポンプの騷音を防止する構造を採用することで従来の場合に比べて騷音及び震動を大幅に減少させることができる。
【００５５】
ここで、騷音は主に空気ポンプ内のモーター回転や圧力によって発生し、燃料電池使用者が不快に感じる音である。震動は空気ポンプ内のモーター回転及び圧力によってポンプから発生する上下又は左右繰り返し運動である。そして、震動は騷音を発生させる。
【００５６】
第２ポンプ３００は、燃料電池１００のアノード側に結合され、燃料タンク（図示せず）に保存された水素又は水素を含む燃料、例えば、メタノールなどのような水素化合物や水とメタノールと、を混合した混合燃料を燃料電池１００内のアノード電極に供給する。ここで、第２ポンプ３００は燃料ポンプである。
【００５７】
この時、本実施形態による燃料電池システムでは、燃料ポンプの騷音及び震動を防止するために第１ポンプ２００の場合と類似した燃料ポンプを金属ハウジングに挿入設置することができる。
【００５８】
この時、金属ハウジングは金属部材をモールド成形して設置することができる。この場合、従来のシステムに比べてポンプの騷音及び震動を更に大幅に減少させることができる。
【００５９】
制御部４００は、第１ポンプ２００及び第２ポンプ３００の動作を制御する。制御部４００は燃料電池１００の作動を要求するスタート信号に応答して第１ポンプ２００及び第２ポンプ３００の動作をオンオフ制御するための制御信号を印加する。
【００６０】
他方で、制御部４００は第１ポンプ２００及び第２ポンプ３００に必要な電力を供給するためにバッテリー、キャパシター、常用電源、燃料電池等の電源供給装置の中で少なくともいずれか一つが第１ポンプ２００及び第２ポンプ３００に電気接続するように制御する。
【００６１】
この場合、制御部４００は燃料電池１００の初期駆動の時、バッテリー、キャパシター、常用電源の中のいずれか一つの電源を第１及び第２ポンプ２００、３００に接続させて燃料電池１００の正常駆動時に燃料電池１００を電源として第１及び第２ポンプ２００、３００に接続することができる。
【００６２】
図３は本発明の第１実施形態による空気ポンプを示す斜視図である。図３を参照すれば、本実施形態による防音及び防塵構造の空気ポンプ２００は、シリンダ型金属ハウジング本体２１２とその両端開口部に大括弧形状で挟まれる第１及び第２蓋２１６、２１８からなるハウジング２１０を含む。
【００６３】
第１蓋２１６側に形成した二つの流入孔２１７ａ、２１７ｂ及びフィルター２５０を通じて外部の空気がポンプ２００内部に流入する。そして、ポンプの電源線２３４はポンプ２００内部からハウジング２１０を貫通して外部まで引き出される。
【００６４】
所定の金属部材からなるハウジング本体２１２に空気ポンプを挿入設置すれば、空気ポンプの騷音をより効果的に遮断することができる。それは金属部材が高密度部材なのでゴムやプラスチックのような他の部材に比べて騷音を更に良く遮るからである。
【００６５】
また、金属部材からなるハウジング本体２１２をシリンダ形状に形成したことは実質的に円筒状の空気ポンプを容易に挿入設置することができるからである。したがって、金属ハウジング本体２１２は空気ポンプの形状によって空気ポンプを収容するのに適した形状、例えば、ボックス形状に変形可能である。
【００６６】
第１及び第２蓋２１６、２１８は金属ハウジング本体２１２の開口部を緻密に覆うのに適した材料に形成される。例えば、蓋２１６、２１８はハウジング２１０内部の騷音を適切に遮断するように少なくともその一部を金属部材に形成することが望ましい。
【００６７】
図４は、本発明の第１実施形態による空気ポンプに採用した金属ハウジング本体を示す斜視図である。図４を参照すれば、本実施形態の金属ハウジング本体は二重構造の金属ハウジング本体からなる。つまり、金属ハウジング本体は第１金属ハウジング本体２１１及び第１金属ハウジング本体２１１が挿入設置される第２金属ハウジング本体２１２からなる。
【００６８】
具体的には、第１金属ハウジング本体２１１は金属多孔体、すなわち、発砲金属で両面が開放された構造の円筒形状に形成することができる。この場合、第１金属ハウジング本体２１１は独立気泡の集合体であり、各気泡を限定する隔膜に形成された微細な割れ目を通じて各気泡が互いに連通する構造に形成する。
【００６９】
このような構造は、隔膜の波面と音波と、が摩擦を起こすようにして音エネルギーを熱エネルギーに変換することで優秀な吸音效果を示す。第１金属ハウジング本体２１１に使用するのに適した発砲金属としては、例えば、超軽量性、不燃性、高強度、吸音性及び耐湿性が優秀な発砲アルミニウムを挙げることができる。
【００７０】
第２金属ハウジング本体２１２は、第１金属ハウジング本体２１１を内部に収容して両面が開放された構造の円筒形状に形成される。また、第２金属ハウジング本体２１２は高密度部材としてゴムやプラスチックより騷音遮断効果が優秀な金属部材に形成される。
【００７１】
第２金属ハウジング本体２１２に使用するのに適した金属としては、例えば、軽量性、不燃性、高強度、遮音性及び耐湿性が優秀なアルミニウムを挙げることができる。
【００７２】
また、第２金属ハウジング本体２１２は第１金属ハウジング本体２１１の吸音効果を高めるために第１金属ハウジング本体２１１と所定間隔を置いて配置することができる。この場合、第２金属ハウジング本体２１２の内表面には所定間隔に相応する高さを有する隔壁２１３が形成される。このような隔壁２１３は突起形態やストライプ形態又はメッシュ形態に形成することができる。
【００７３】
他方で、第１及び第２金属ハウジング本体２１１、２１２はその間に真空部を具備する真空ハウジング構造に形成することができる。この場合、第１及び／又は第２金属ハウジング本体２１１、２１２には真空部形成のための排気ホール（図示せず）が形成される。そして排気ホールは、第１及び第２金属ハウジング本体２１１、２１２の間の空間を真空部で形成する排気工程後に密封される。
【００７４】
図５は、本発明の第１実施形態による空気ポンプの断面図である。図５は図３の空気ポンプを長手方向に切断した断面に対応する。本実施形態は金属ハウジング本体が二重金属ハウジング構造の場合に適する。
【００７５】
図５を参照すれば、本実施形態による防音及び防塵構造の空気ポンプ２００は、酸素又は空気を流入させて流出させる時、ハウジング２１０内部に設置したポンプの動作騷音と、これらを通じて流入及び流出する空気による騷音と、が外部に伝達されないように音エネルギーを吸収して遮断する。
【００７６】
このために、空気ポンプ２００はハウジング２１０、ポンピング部２２０、電動部２３０、吸音材２４０及びフィルター２５０を含む。ここで、ポンピング部２２０及び電動部２３０は空気ポンプを構成する。
【００７７】
具体的には、ハウジング２１０はシリンダ形状の二重金属ハウジング本体２１１、２１２と、この二重金属ハウジング本体２１１、２１２の両側開口部を覆う第１及び第２蓋２１６、２１８と、を具備し、チャンバ形態に形成され、内部２１４の音エネルギーを吸収して遮断し、ポンプ騷音を最小化する。
【００７８】
二重金属ハウジング本体２１１、２１２は音エネルギーに対する吸収及び遮断特性に優れたハウジング構造を形成する。つまり、本実施形態によるシリンダ型二重金属ハウジング本体２１１、２１２は多孔性第１金属ハウジング本体とこの第１金属ハウジング本体と、を取り囲む第２金属ハウジング本体からなる二重構造のハウジング２１０を形成する。
【００７９】
第１金属ハウジング本体２１１と第２金属ハウジング本体２１２は、直接、接合されるかその間に所定の空間、例えば、空気層を形成することができる。また、第１金属ハウジング本体２１１と第２金属ハウジング本体２１２との間を所定の吸音材切れで満たすことができる。
【００８０】
第１蓋２１６は、ポンプ２００内部の騷音を遮断するように適切な厚さのゴムやプラスチック部材又は金属部材で形成され、流入孔が形成されて配置されるハウジング２１０の一側開口部を緻密に覆う。つまり、第１蓋２１６はハウジング２１０の一側開口部形状に対応して円板形状に形成され、ポンピング部２２０の流入管２２２、２２３に酸素又は空気が流入するように開放された二つの流入孔２１７ａ、２１７ｂが形成され、断面で見る時、ハウジング２１０の一側開口部を大括弧(square bracket)形態で覆ってハウジング２１０の一側開口部を支持する。
【００８１】
第２蓋２１８は、第１蓋２１６と同じ材料で形成することが望ましく、ハウジング２１０の他側開口部を緻密に覆う。つまり、第２蓋２１８はハウジング２１０の他側開口部形状に対応して円板形状に形成され、ポンピング部２２０の流出管２２４が貫通する流出孔２１９が形成され、断面で見る時、ハウジング２１０の他側開口部を大括弧形態に覆ってハウジング２１０の他側を支持する。
【００８２】
ポンピング部２２０は、流入管２２２、２２３及び流出管２２４を具備したチャンバ形態でハウジング２１０内に設置される。ポンピング部２２０は、外部空気を流入管２２２、２２３に流入させて流出管２２４に流出させる。このために、ポンピング部２２０は回転力又はポンピング力を発生するプロペラ(propeller)２２６を具備する。
【００８３】
ここで、プロペラ２２６は回転力又はポンピング力を得るための手段の一例である。プロペラ２２６はその中心部で電動部２３０の回転軸２３２に結合される。
【００８４】
電動部２３０は、ポンプ２００外部の電源供給装置、例えば、バッテリー、キャパシター、常用電源や燃料電池から供給される電気エネルギーによって駆動される。
【００８５】
電動部２３０は、電気モーター及び電源供給装置に接続される電源線２３４を含む。また、電動部２３０は回転軸２３２を具備し、この回転軸２３２はプロペラ２２６に電動部２３０の回転力を伝達する。
【００８６】
電源線２３４は、第１及び第２金属ハウジング本体２１１、２１２に形成したホールを通じて外部まで引き出される。勿論、電源線２３４は第１蓋２１６を通じて外部まで引き出すことができる。
【００８７】
一方、上述したポンピング部２２０と電動部２３０は、ハウジング２１０内部で空気を圧縮するための空気ポンプの一例として、本発明の騷音防止構造を有する空気ポンプは上述したモーターとプロペラを利用した回転型機械装置への応用以外に往復型機械装置への応用、例えば、ピストン往復運動を利用した空気ポンプを利用して容易に具現可能である。
【００８８】
吸音材２４０は、ハウジング２１０内部でポンピング部２２０及び電動部２３０を取り囲む。ハウジング２１０内での効果的配置のために、吸音材２４０は所定の切れ２４２、２４４、２４６、２４８に分割されて設置される。
【００８９】
第１及び第２吸音材切れ２４２、２４４はポンピング部２２０の円形側面を取り囲むように設置され、第３吸音材切れ２４６にはポンピング部２２０の流出管２２４に対応するホール２４７が形成されてポンピング部２２０と第２蓋２１８との間に設置され、第４吸音材切れ２４８には第１蓋２１６の二つの流入孔２１７ａ、２１７ｂに対応する二つのホール２４９ａ、２４９ｂが形成されて電動部２３０と第１蓋２１６との間に設置される。
【００９０】
また、吸音材２４０は音エネルギーの吸収率が優秀な纎維状材料や弾性材料又は弾性多孔質材料によって形成される。このような吸音材２４０はハウジング２１０内部の騷音を吸収するだけでなくハウジング２１０に挿入設置したポンプを安定的に固定支持する。
【００９１】
このように、本発明による空気ポンプ構造では、ハウジング２１０に挿入設置したポンプを取り囲む吸音材２４０を更に設置することで、空気ポンプ２００に対する騷音及び震動をより一層減少させることができる。
【００９２】
フィルター２５０は、ハウジング２１０内部２１４に流入する空気を浄化する。つまり、フィルター２５０は空気に含まれた微細埃、粉塵、塩分、二酸化炭素等のように燃料電池に悪影響を与える成分やガスを除去する。
【００９３】
このためにフィルター２５０は、ハウジング２１０の一側開口部で第４吸音材２４８と第１蓋２１６との間に設置され、これらによって固定される。
【００９４】
このようなフィルター２５０は円形シート状に形成され、複数個を重ねて使うことができる。勿論、フィルター２５０が空気浄化機能を有するなら、既存の適切な他の形態のフィルターで代替使用が可能である。
【００９５】
上述した防音及び防塵構造の燃料電池型ポンプの組立過程を簡略的に説明すれば次のようである。
【００９６】
まず、図４に図示したように第１直径を有する円筒状の多孔性第１金属ハウジング本体２１１を第１直径よりやや大きい第２直径を有する円筒状の第２金属ハウジング本体２１２内に挿入する。この時、第１金属ハウジング本体２１１は第２金属ハウジング本体２１２の一側開口部に挿入固定し、第２金属ハウジング本体２１２の他側開口部端によって支持する。
【００９７】
ここで、第２金属ハウジング本体２１２の他側開口部の直径は、その一側開口部の直径よりやや小さい。本過程において所定の接着剤、例えば、アルミニウム構造用接着剤を第２金属ハウジング本体２１２の隔壁２１３上に少量塗布して第１金属ハウジング本体２１１と第２金属ハウジング本体２１２を固定接合することができる。
【００９８】
次に、電動部２３０と結合したポンピング部２２０の円筒状チャンバ周りを第１及び第２吸音材２４２、２４４で取り囲む。この時、第１及び第２吸音材２４２、２４４は、それぞれ、ポンピング部２２０のチャンバ周りを取り囲むのに適する直径と所定の幅を有するリング形状に形成される。
【００９９】
次に、第１及び第２吸音材２４２、２４４で取り囲んだポンピング部２２０とともに電動部２３０を第１金属ハウジング本体２１１内部に挟みこむ。そして、電動部２３０に結合した電源線２３４を第１及び第２金属ハウジング本体２１１、２１２の内部からそれらを貫通して形成したホールを通じて外部まで抜き取る。
【０１００】
次に、ポンピング部２２０の流入管２２２、２２３と向い合うハウジング２１０の一側開口部内で電動部２３０に接するように第４吸音材２４８を挿入する。そして、ポンピング部２２０の流出管２２４と向い合うハウジング２１０の他側開口部内でポンピング部２２０に接するように第３吸音材２４６を挿入する。
【０１０１】
次に、ハウジング２１０の一側開口部内で第４吸音材２４８に接するように空気浄化のためのフィルター２５０を挿入する。そして、空気流入のための流入孔２１７ａ、２１７ｂを除いて、第１蓋２１６を覆ってハウジング本体２１１、２１２の一側開口部を塞ぎ、第２蓋２１８を覆ってポンピング部２２０の流出管２２４が入出孔２１９を貫通して露出するようにしながらハウジング本体２１１、２１２の他側開口部を塞ぐ。これによって、騷音防止構造を有する燃料電池用空気ポンプを簡単に組立製作する。
【０１０２】
図６は、本発明の第２実施形態による防音及び防塵構造の燃料電池用空気ポンプを示す斜視図である。本実施形態は金属ハウジング本体が二重金属ハウジング構造又は真空構造の金属ハウジングからなる場合、いずれにも適する。
【０１０３】
図６を参照すれば、本実施形態の防音及び防塵構造の燃料電池用空気ポンプは、金属ハウジング本体の外部面を形成するシリンダ型金属ハウジング本体２１２と、その一端の開口部に大括弧形状で挟まれる一つの蓋２１６からなるハウジング２１０と、を含む。ここで、金属ハウジング本体２１２は二重金属ハウジング構造又は真空金属ハウジング構造をしている。
【０１０４】
蓋２１６には、流体の流入及び流出のための流入孔２１７ａと流出孔２１７ｂが形成される。流出管２２４はハウジング２１０の内部から蓋２１６の流出孔２１９を貫通してハウジング２１０の外部まで延在する。
【０１０５】
蓋２１６に形成した流入孔２１７ａ及びフィルター２５０を通じて外部の空気がハウジング２１０内部に流入する。また、蓋２１６は騷音遮断効果を高めるために少なくとも一部が金属部材からなる。
【０１０６】
電源線２３４は、ハウジング２１０内部から蓋の流出孔２１７ｂを通じて外部まで延在する。
【０１０７】
このように、本発明によるポンプハウジングは金属ハウジング本体とその一側に形成した開口部を塞ぐ一つの蓋からなる構造を含む。
【０１０８】
一方、上述した実施形態では、金属ハウジング本体の開口部を蓋で覆う構造を説明したが、本発明はこうした構成に限定されず、金属ハウジング本体の開口部を覆う蓋を二重金属ハウジング構造と類似する構造又は真空ハウジング構造と類似する構造の蓋で別に形成した後、所定の接着手段によって金属ハウジング本体の開口部に接合することができる。
【０１０９】
また、上述した実施形態では、空気ポンプを例えて説明したが、本発明はこうした構成に限定されず、流体を供給する他のポンプ又は燃料ポンプを利用して容易に具現することができる。つまり、上述した金属ハウジング本体からなるハウジングに燃料ポンプを挿入設置して燃料電池システムに容易に適用することができる。
【０１１０】
この場合、上述した実施形態のポンプ構造において、ポンピング部の流入管が蓋の流入孔を貫通してハウジング外部まで延在することが望ましい。
【０１１１】
また、上述した実施形態では、シリンダ形状のハウジングを例えて説明したが、本発明はこうした構成に限定されず、中空四角ボックス形状やシリンダ形状と中空四角ボックス形状を組み合わされた形状のハウジングで容易に具現することができる。
【０１１２】
また、上述した実施形態では、ハウジング本体と蓋を分離して形成したが、ハウジング本体をモールド成形する場合、ハウジング本体と蓋を一体に形成することができる。
【０１１３】
また、上述した実施形態の燃料電池システムは、小型化に適する高分子電解質型燃料電池方式又は直接メタノール型燃料電池方式で構成することが望ましい。
【０１１４】
上述したように、本発明の詳細な説明と図面は、単なる本発明の例示的なものであり、これは単に本発明を説明するための目的で使用したものであって、意味限定や特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を制限するために使用したものではない。よって、前記に説明した内容を介して、当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】高分子電解質膜を含む一般的な燃料電池の動作原理を示す図である。
【図２】本発明の望ましい実施形態による防音及び防塵構造の燃料電池用ポンプを採用した燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による空気ポンプを示す斜視図である。
【図４】図３の空気ポンプを採用した金属ハウジング本体を示す斜視図である。
【図５】図３の空気ポンプの断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による空気ポンプを示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００：  燃料電池
２００：  空気ポンプ
２１０：  ハウジング
２１１、２１２：  二重金属ハウジング本体
２１３：  隔壁
２１４：  内部
２１６：  第１蓋
２１７ａ、２１７ｂ：  流入孔
２１８：  第２蓋
２２０：  ポンピング部
２２２、２２３：  流入管
２２４：  流出管
２２６：  プロペラ
２３０：  電動部
２３２：  回転軸
２３４：  電源線
２４０：  吸音材
２４２、２４４、２４６、２４８：  切れ
２４９ａ、２４９ｂ：  ホール
２５０：  フィルター
３００：  燃料ポンプ
４００：  制御部
【図１】
2006250142.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006250142.tif 000006
【図５】
2006250142.tif 000007
【図６】
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