(57)【要約】【課題】作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合であっても、移送機構の作動が損なわれ難い燃料電池用ガス移送装置を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池用ガス移送装置は、作動室１ａ、吸入ポート１ｂ及び吐出ポート１ｃが形成されたハウジング３０と、ハウジング３０内に設けられ、吸入ポート１ｂからガスを作動室１ａ内に吸入し、作動室１ａ内のガスを吐出ポート１ｃから吐出する移送機構Ｒとを備えている。吸入ポート１ｂの内面には、螺旋状の溝５０が設けられている。溝５０は付着した水をガスが移送される方向とは逆の方向に案内する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含んだガスを移送する燃料電池用ガス移送装置であって、
作動室、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記吸入ポートからガスを前記作動室内に吸入し、前記作動室内のガスを前記吐出ポートから吐出する移送機構とを備え、
前記吸入ポートの内面には、螺旋状の溝が設けられ、
前記溝は付着した水をガスが移送される方向とは逆の方向に案内することを特徴とする燃料電池用ガス移送装置。
【請求項２】
前記吸入ポートの内面には、前記溝が延びる方向と交差するように延びる案内面を有する案内部材が設けられている請求項１記載の燃料電池用ガス移送装置。
【請求項３】
前記溝は開口に近づくに従って幅がより狭くなるように形成されている請求項１又は２記載の燃料電池用ガス移送装置。
【請求項４】
前記吸入ポートの内面には、撥水層が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池用ガス移送装置。
【請求項５】
水を含んだガスを移送する燃料電池用ガス移送装置であって、
作動室、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記吸入ポートからガスを前記作動室内に吸入し、前記作動室内のガスを前記吐出ポートから吐出する移送機構と、前記吸入ポートの開口に接続される吸入管を備え、
前記吸入管の内部に形成される吸入通路の内面には、螺旋状の溝が設けられ、
前記溝は付着した水をガスが移送される方向とは逆の方向に案内することを特徴とする燃料電池用ガス移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用ガス移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の燃料電池用ガス移送装置としてのルーツポンプ及び吸入管が開示されている。ルーツポンプは、ハウジングと、移送機構としてのルーツ式ポンプ機構とを備えている。
【０００３】
ハウジングには、作動室、吸入ポート及び吐出ポートが形成されている。ハウジング内にはルーツ式ポンプ機構が設けられている。ルーツ式ポンプ機構は、作動室内で回転可能に設けられ、互いに平行な２本の回転軸と、作動室内で各回転軸と一体回転可能に設けられたロータとを備えている。各ロータは互いに噛み合う山歯及び谷歯を有している。ルーツ式ポンプ機構は、両ロータの回転により、両ロータと作動室の内面との間に形成されるポンプ室がポンプ作用を生じ、ポンプ室がガスを吸入ポートから吸入した後、吐出ポートから吐出する。
【０００４】
このルーツポンプが燃料電池システムに用いられる場合、吸入ポートに吸入管が接続される。吸入管の内部には吸入通路が形成されている。吐出ポートが供給管に接続される。特許文献１の吸入管は、燃料電池と接続され、燃料電池にて酸素と反応しなかった水素を含む水素オフガスをルーツポンプに移送する。供給管は、水素タンク等の水素供給源と燃料電池とを接続しており、水素供給源から新規な水素ガスを燃料電池に移送する。
【０００５】
このルーツポンプでは、作動室内のポンプ室を形成する壁面が粗面化されている。このため、水素オフガスが燃料電池で生じた生成水を含んでいても、粗面化された壁面がその生成水を結露水として保持する。こうして、このルーツポンプでは、作動室内で水が凍結してロータの回転が損なわれることを防止することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１６６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の燃料電池用ガス移送装置では、粗面化された壁面に限界があり、作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合には、その効果を発揮できないおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合であっても、移送機構の作動が損なわれ難い燃料電池用ガス移送装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池用ガス移送装置は、水を含んだガスを移送する燃料電池用ガス移送装置であって、
作動室、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記吸入ポートからガスを前記作動室内に吸入し、前記作動室内のガスを前記吐出ポートから吐出する移送機構とを備え、
前記吸入ポートの内面には、螺旋状の溝が設けられ、
前記溝は付着した水をガスが移送される方向とは逆の方向に案内することを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池用ガス移送装置では、作動室内に吸入するガスが水を含む場合、吸入ポートの内面に設けられた螺旋状の溝が大きな表面積によってその水を結露水とする。その結露水は、例えば吸入ポートを重量方向の下方に延びるように配置することで、ガスが移送される方向とは逆の方向に案内されるので、作動室内に侵入することはなく、速やかに外部に排出される。特に、溝が螺旋状であるため、１本の溝に対してガスは何度も溝の側面にぶつかり、結露水を得やすい。この作用は、作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合にも同様に生じる。こうして、このガス移送装置では、作動室内で水が凍結してロータの回転が損なわれることを防止することが可能である。
【００１１】
したがって、このガス移送装置は、作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合であっても、移送機構の作動が損なわれ難い。
【００１２】
吸入ポートの内面には、溝が延びる方向と交差するように延びる案内面を有する案内部材が設けられていることが好ましい。この場合、螺旋状に形成された溝に対して交差するよう、案内面に沿って流れるガスが旋回するので、水を含んだガスが作動室に至るまで何度も溝の側面に衝突し、ガス内の水が衝突し、結露水になり易い。
【００１３】
溝は開口に近づくに従って幅がより狭くなるように形成されていることが好ましい。この場合、吸入ポートを重量方向の下方に延びるように配置しなくても毛細管現象が発生し、結露水が表面張力によって外部に排出され易い。
【００１４】
吸入ポートの内面には、撥水層が形成されていることが好ましい。この場合、結露水が吸入ポート及び吸入通路の内面に対して弾かれ、外部に排出され易い。
【００１５】
また、本発明の燃料電池用ガス移送装置は、水を含んだガスを移送する燃料電池用ガス移送装置であって、
作動室、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記吸入ポートからガスを作動室内に吸入し、前記作動室内のガスを前記吐出ポートから吐出する移送機構と、前記吸入ポートの開口に接続される吸入管を備え、
前記吸入管の内部に形成される吸入通路の内面には、螺旋状の溝が設けられ、
前記溝は付着した水をガスが移送される方向とは逆の方向に案内することを特徴とする。
【００１６】
吸入ポートの代わりに吸入管の内部に形成される吸入通路の内面に螺旋状の溝が設けられていても前述の効果を発揮できる。吸入通路の内面に案内部材が設けられていてもよい。また、吸入通路の内面に形成された溝が開口に近づくに従って幅がより狭くなるように形成されていることも好ましい。吸入通路の内面に撥水層が形成されていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池用ガス移送装置は、作動室内に吸入するガスが大量の水を含んでいる場合であっても、移送機構の作動が損なわれ難い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例１のルーツポンプの一部水平断面図である。
【図２】図２は、燃料電池システムの構成図である。
【図３】図３は、実施例１のルーツポンプの軸心と垂直断面図である。
【図４】図４は、案内部材の斜視図である。
【図５】図５は、実施例１の吸入管に係り、軸心と直角方向の断面図である。
【図６】図６は、実施例１に係り、溝と案内部材とによる説明図である。
【図７】図７は、実施例１に係り、溝の拡大断面図である。
【図８】図８は、実施例２のルーツポンプ及び吸入管に係り、軸心方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の燃料電池用ガス移送装置をルーツポンプ及び吸入管に具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（実施例１）
【００２１】
図１に示すように、実施例１のルーツポンプ１０１は、ロータハウジング１、エンドプレート２、ギヤハウジング３、モータハウジング４及びエンドカバー５を備えている。これらがハウジング３０である。
【００２２】
ロータハウジング１には複数本のボルト６によってエンドプレート２が接合されており、ロータハウジング１及びエンドプレート２によって繭形状の作動室１ａ（図３参照）が形成されている。作動室１ａは、図３に示すように、水平方向に延びる第１、２軸心Ｏ１、Ｏ２を中心とする二つの円筒７１、７２が結合された内面をもっている。
【００２３】
また、ロータハウジング１には、吸入ポート１ｂ及び吐出ポート１ｃが形成されている。吸入ポート１ｂは、上下方向である第３軸心方向Ｘに延び、下方に開口している。
【００２４】
図１に示すように、ロータハウジング１及びエンドプレート２にはそれぞれ２個の軸孔１ｄ、１ｅ、２ａ、２ｂが形成されている。軸孔１ｄ、２ａにはそれぞれ軸封装置７ａ、７ｂ及び軸受装置８ａ、８ｂを介して回転軸９が回転可能に設けられている。また、軸孔１ｅ、２ｂにもそれぞれ軸封装置１０ａ、１０ｂ及び軸受装置１１ａ、１１ｂを介して回転軸１２が回転可能に設けられている。回転軸９と回転軸１２とは互いに平行である。
【００２５】
作動室１ａ内では、回転軸９にロータ１３が一体回転可能に固定され、回転軸１２にロータ１４が一体回転可能に固定されている。両ロータ１３、１４は、図３に示すように、互いに噛み合う山歯１３ａ、１４ａ及び谷歯１３ｂ、１４ｂを有している。山歯１３ａ、１４ａには軽量化のための中空部１３ｃ、１４ｃが形成されている。両ロータ１３、１４の表面には間隙を調整するためのコーティングが施されている。これら作動室１ａ、回転軸９、１２、ロータ１３、１４等が移送機構としてのルーツ式ポンプ機構Ｒを構成している。
【００２６】
図１に示すように、ロータハウジング１には複数本のボルト１５によってエンドカバー５が固定されており、エンドカバー５は一方側の軸受装置８ａ、１１ａ及び回転軸９、１２を覆っている。また、他方側の軸受装置８ｂ、１１ｂ等が位置するエンドプレート２には図示しない複数本のボルトによってギヤハウジング３が接合されており、エンドプレート２及びギヤハウジング３によってギヤ室３ａが形成されている。さらに、ギヤハウジング３には図示しない複数本のボルトによってモータハウジング４が接合されており、ギヤハウジング３及びモータハウジング４によってモータ室４ａが形成されている。
【００２７】
ギヤハウジング３にはギヤ室３ａと連通する軸孔３ｂが形成されており、軸孔３ｂには軸封装置１６が設けられている。回転軸１２は、作動室１ａからギヤ室３ａ及び軸封装置１６を経てモータ室４ａ内まで延びており、モータ室４ａ内に設けられたモータ１７によって回転駆動されるようになっている。
【００２８】
この回転軸１２には、ギヤ室３ａ内において、駆動ギヤ１８が固定されている。回転軸９は作動室１ａからギヤ室３ａ内まで延びている。回転軸９には、ギヤ室３ａ内において、従動ギヤ１９が固定されている。駆動ギヤ１８と従動ギヤ１９とは噛み合っている。駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９が両ロータ１３、１４を駆動する歯車列を構成している。そして、図３に示すように、両ロータ１３、１４と作動室１ａの内面との間にポンプ室２０が形成されている。
【００２９】
このルーツポンプ１０１は、図２に示すように、燃料電池車に搭載される燃料電池システムに用いられる。この燃料電池システムは、燃料電池４１と、エアーコンプレッサ４２と、加湿器４３と、水素タンク４４と、ルーツポンプ１０１とを備えている。
【００３０】
エアーコンプレッサ４２と加湿器４３と燃料電池４１とは空気供給管４５ａ、４５ｂによって直列的に接続され、空気を加湿して燃料電池４１に供給できるようになっている。水素タンク４４と燃料電池とは水素供給管４６によって接続され、新規な水素ガスを燃料電池４１に供給できるようになっている。燃料電池４１では、空気中の酸素と水素とが反応し、発電が行なわれる。
【００３１】
燃料電池４１には、酸素と反応しなかった水素を含む水素オフガスを移送する吸入管４７が接続されており、吸入管４７は下方から上方に延びてルーツポンプ１０１の吸入ポート１ｂに接続されている。吸入管４７の内面には、第３軸心方向Ｘに延びる吸入通路４７ａが形成されている。ルーツポンプ１０１の吐出ポート１ｃは上方を向いており、吐出ポート１ｃには供給管４７が接続されている。供給管４７は水素供給管４６に接続されている。
【００３２】
図３に示すように、吸入ポート１ｂ及び吸入通路４７ａには、第１方向に延びる螺旋状に形成されたねじ溝５０が形成されている。ねじ溝５０は、右ねじで形成されており、第３軸心方向Ｘと斜めに傾斜している。ねじ溝５０は、吸入管４７における上下に延びている部分よりも上流側まで延びている。また、ねじ溝５０の表面にはＰＴＦＥ等からなる撥水層５２ａが形成されている。
【００３３】
また、吸入通路４７ａには、図３及び図５に示すように、案内部材６０が圧入されている。案内部材６０は、図４に示すように、半円状をなす一対の案内板６１、６２と、これら案内板６１、６２を上方から見て円形になるように締結する連結棒６３とからなる。案内板６１、６２は、ねじ溝５０と逆方向に延びる第２方向に延びている。案内板６１、６２の下面が案内面６１ａ、６２ａである。
【００３４】
このルーツポンプ１０１では、図１に示すモータ１７が回転軸１２を回転駆動すれば、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の噛み合いによって回転軸９が従動回転する。このため、ロータ１３、１４が互いに噛み合いながら作動室１ａ内で回転する。このため、ポンプ室２０は、吸入ポート１ｂと連通した状態から、吸入ポート１ｂ及び吐出ポート１ｃに連通しない閉じ込められた状態とされた後、吐出ポート１ｃに連通する状態になる。このルーツポンプ１０１においては、吸入ポート１ｂから水素オフガスを吸入した後、水素オフガスを内部圧縮し、吐出ポート１ｃから吐出する。
【００３５】
この間、水素オフガスは燃料電池４１内の生成水を含み易い。このルーツポンプ１０１においては、無数のねじ溝５０が大きな表面積によってその生成水を結露水とする。特に、このルーツポンプ１０１では、吸入通路４７ａに案内部材６０が設けられている。このため、図６に示すように、螺旋状に形成されたねじ溝５０に対して交差するよう、案内面６１ａ、６２ａに沿って流れるガスが旋回するので、水を含んだガスが作動室１ａに至るまで何度もねじ溝５０の側面に衝突し、ガス内の水が結露水になり易い。
【００３６】
結露水は、吸入ポート１ｂ及び吸入通路４７ａが重量方向の下方に延びるように配置されていることから、作動室１ａ内に侵入することはなく、重力に従って速やかに吸入管４７の上流側に排出される。この作用は、水素オフガスが大量の生成水を含んでいる場合にも同様に生じる。こうして、このルーツポンプ１０１では、作動室１ａ内で水が凍結してロータ１３、１４の回転が損なわれることを防止することが可能である。
【００３７】
したがって、このルーツポンプ１０１は、作動室１ａ内に吸入する水素オフガスが大量の水を含んでいる場合であっても、ルーツ式ポンプ機構Ｒの作動が損なわれ難い。
【００３８】
また、このルーツポンプ１０１は、発明に係る溝がねじ溝５０であることから、容易に形成され、製造コストの低廉化を実現することもできる。
【００３９】
さらに、このルーツポンプ１０１では、ねじ溝５０の表面に撥水層５２ａが形成されているため、結露水が吸入ポート１ｂの表面に対して弾かれ、外部に排出され易い。
【００４０】
（実施例２）
実施例２のルーツポンプ１０３は、図８に示すように、吸入ポート１ｂに形成された溝５３と、吸入管４９の吸入通路４９ａに形成された溝５４が外部に近づくに従って細かく形成されている。他の構成は実施例１と同様である。
【００４１】
このルーツポンプ１０３では、毛細管現象に伴い、結露水が表面張力によって外部に排出され易い。
【００４２】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００４３】
例えば、上記実施例１、２では、移送機構としてルーツ式ポンプ機構Ｒを採用したが、本発明では、ベーン式ポンプ機構、スクロール式ポンプ機構等、他の移送機構を採用することもできる。
【００４４】
また、上記実施例１、２では、本発明のガス移送装置をルーツポンプに具体化したが、ルーツ型圧縮機、ベーン型圧縮機、スクロール型圧縮機等に具体化することもできる。
【００４５】
さらに、上記実施例１、２では、本発明のガス移送装置を燃料電池システムにおける水素オフガスを循環させるルーツポンプに具体化したが、ルーツ型圧縮機等として、燃料電池に空気や酸素を供給するものとして具体化することもできる。
【００４６】
吸入管は、全体が下方に延びている必要はなく、吸入ポートに接続される部分の吸入通路が下方に延びて配置されればよい。下方に延びた上流側に排出された水を貯めておくトラップを形成してもよい。
【００４７】
上記実施例１では、吸入ポート１ｂ及び吸入通路４７ａにねじ溝５０を形成したが、吸入ポート１ｂ及び吸入通路４７ａのいずれか一方のみにねじ溝５０を形成してもよい。また、上記実施例１では、吸入通路４７ａに案内部材６０を圧入したが、吸入ポート１ｂに案内部材６０を圧入してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、燃料電池車の水素循環ポンプ等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ａ…作動室
１ｂ…吸入ポート
１ｃ…吐出ポート
３０…ハウジング
Ｒ…移送機構（ルーツ式ポンプ機構）
４７ａ、４９ａ…吸入通路
４７、４９…吸入管
５０、５３…溝（５０…ねじ溝）
Ｘ…軸心方向（第３軸心方向）
６１ａ、６２ａ…案内面
６０…案内部材
５２ａ…撥水層
【図１】
2019167921.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019167921.tif 000008
【図７】
2019167921.tif 000009
【図８】
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