(57)【要約】      （修正有）【課題】非常にコンパクトな２段構成の高速流体コンプレッサーを備える燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池（１００）は流体入口と圧縮流体出口があるケース（２）を有する２段構成の流体コンプレッサー（１）を備え、前記ケースは、回転可能にマウントされたシャフト（７）と、裏側と裏側が対向するようにマウントされた第１の圧縮段を形成する圧縮車と第２の圧縮段を形成する圧縮車と、前記各圧縮車の間に前記シャフトを回転させるモーターと、前記モーターが配置されて貫通内側ハウジング（５０）を有している。前記ケースの表面において、前記コンプレッサーの電子部品（４ａ、４ｂ）を受けるように構成している１つの一体化されたハウジングを形成する空洞（６０ａ、６０ｂ）があり、前記一体化されたハウジングは、内壁（５２）の方に広がっており、これによって、チャネル内を流れる圧縮対象流体によって前記電子部品を前記内壁を介して冷却する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口（５）と圧縮流体出口（６）があるケース（２）を有する２段構成の流体コンプレッサー（１）を備える燃料電池（１００）であって、
前記ケースは、長手軸（ＡＡ）のまわりを回転可能にマウントされたシャフト（７）と、及び前記シャフト（７）上にて裏側と裏側が対向するようにマウントされた第１の圧縮車（８）と第２の圧縮車（１０）とを収容し、
前記第１の圧縮車（８）は第１の圧縮段を形成し、前記第２の圧縮車（１０）は第２の圧縮段を形成し、前記第１の圧縮車（８）と前記第２の圧縮車（１０）の間に、前記シャフト（７）を回転させるように構成しているモーター（１２）が配置されており、
前記ケース（２）は、前記長手軸（ＡＡ）と同軸に広がっており内部に少なくとも前記モーター（１２）が配置されている貫通内側ハウジング（５０）を形成しており、
前記内側ハウジング（５０）には、少なくとも前記内壁（５２）と前記モーター（１２）の間のチャネル（５４）を前記モーター（１２）とともに形成するように構成している内壁（５２）があり、
前記チャネル（５４）は、前記第１の圧縮段と前記第２の圧縮段の間にて広がっており、これによって、前記チャネル（５４）内を流れる圧縮対象流体と接触したときに前記モーター（１２）を冷却することが可能になり、
前記ケース（２）には、その表面において、前記コンプレッサーの少なくとも１つの電子部品を受けるように構成している少なくとも１つの一体化されたハウジングを形成する少なくとも１つの空洞（６０ａ、６０ｂ）があり、
前記一体化されたハウジングは、前記内壁（５２）の方に広がっており、これによって、前記チャネル（５４）内を流れる圧縮対象流体によって前記電子部品（４）を前記内壁（５２）を介して冷却することが可能になる
燃料電池。
【請求項２】
前記内側ハウジング（５０）の前記内壁（５２）は、環状の断面を有し、
前記モーター（１２）の外面には、凹み（５５）があり、
前記凹み（５５）は、圧縮対象流体を流すための前記チャネル（５４）を前記内壁（５２）とともに形成している
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ケース（２）には、その上側内面（６２）を形成する同じ表面上にて、いくつかの空洞（６０ａ、６０ｂ）があり、各空洞（６０ａ、６０ｂ）は、前記コンプレッサーの電子部品を受けるように構成している一体化されたハウジングを形成しており、
前記空洞（６０ａ、６０ｂ）は、前記ケース（２）の前記内壁（５２）の少なくとも上であって側方の少なくともいずれかに配置されている
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記空洞（６０ａ、６０ｂ）は、圧縮対象流体を流すチャネル（５４）に少なくとも部分的に沿って長手方向に広がっており、これによって、長手方向に広がっている一体化されたハウジングを形成する
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記流体コンプレッサーは、前記流体コンプレッサーの電子部品（４）を受けるように構成している少なくとも１つのプレート（６４）を備え、
前記プレート（６４）は、その下面上にて、少なくとも長手方向に延在している電子部品（４ａ、４ｂ）を担持しており、
前記プレート（６４）は、前記プレート（６４）の下面をまたがるように長手方向に延在している前記電子部品（４ａ、４ｂ）がそれぞれ、圧縮対象流体を流す前記チャネル（５４）に少なくとも部分的に沿って長手方向に広がっている対応する一体化されたハウジング内に収容されるように、前記ケース（２）の上側内面（６２）の上に位置している
請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記一体化されたハウジングには、前記一体化されたハウジング内に配置された電子部品（４ａ）が前記一体化されたハウジングの壁に対向するように前記内壁（５２）の方向に載り続けるように構成している細長材ばね（６６）がある
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記流体コンプレッサー（１）には、前記ケース（２）の上面（２ａ）を閉じる上側カバー（３ａ）があり、
前記上側カバー（３ａ）は、前記電子部品（４）の側に配置されている
請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記モーター（１２）は、ステーター（１４）とローター（１６）を備え、
前記チャネル（５４）内を流れている圧縮対象流体が前記モーター（１２）に入り前記ステーター（１４）と前記ローター（１６）の間を流れることを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（５７ａ）と、そして、圧縮対象流体が前記モーター（１２）を出て前記モーター（１２）を冷却した後に前記チャネル（５４）に再び合流することを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（５７ｂ）が形成されている
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記シャフト（７）は、少なくとも表側半径方向ベアリング（１８）、裏側半径方向ベアリング（２２）及び軸方向ベアリング（２４）によって、前記ケース（２）にマウントされている
請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記チャネル（５４）内を流れている圧縮対象流体が前記表側半径方向ベアリング（１８）、前記裏側半径方向ベアリング（２２）及び前記軸方向ベアリング（２４）のそれぞれの近傍において流れることを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（５９ａ）と、及び圧縮対象流体が前記前側半径方向ベアリング（１８）、前記裏側半径方向ベアリング（２２）、前記軸方向ベアリング（２４）を冷却した後に前記チャネル（５４）に再び合流することを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（５７ｂ）が形成されている
請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記軸方向ベアリング（２４）は、空気力学的ベアリングであり、
前記軸方向ベアリングの面の少なくとも１つには、空気膜を作るように構成している第１の溝（２４ａ）がある
請求項９又は１０に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記表側半径方向ベアリング（１８）と前記裏側半径方向ベアリング（２２）は、空気力学的ベアリングであり、
前記シャフト（７）には、前記表側半径方向ベアリング（１８）と前記裏側半径方向ベアリング（２２）に対向する位置に、空気膜を作るように構成している第２の溝（３２）がある
請求項９又は１０に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記流体コンプレッサー（１）は、前記シャフト（７）のまわりにてそれぞれ前記モーター（１２）の表側と裏側に配置されるように構成している表側半径方向ベアリングブラケット（２６）と裏側半径方向ベアリングブラケット（２８）を備え、
前記表側半径方向ベアリングブラケット（２６）には、前記表側半径方向ベアリング（１８）に形成された第２の溝（３６）に対向するように配置されている少なくとも第１の溝（３４）があり、
前記第１の溝（３４）と前記第２の溝（３６）は、表側ベアリングＯリングジョイント（３８）を受けるように構成しており、
前記裏側半径方向ベアリングブラケット（２８）には、前記裏側半径方向ベアリング（２２）に形成された第４の溝に対向するように配置されている少なくとも第３の溝があり、
前記第３の溝と前記第４の溝は、裏側ベアリングＯリングジョイントを受けるように構成している
請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記表側半径方向ベアリングブラケット（２６）には、空気を通過させるために設けられた第５の溝（４０）があり、
前記裏側半径方向ベアリングブラケット（２８）には、空気を通過させるために設けられた第６の溝がある
請求項１３に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記ケース（２）には、前記モーター（１２）と前記電子部品（４）の間でケーブルの通過を可能にするように構成しているボア穴（６８）があり、
前記ボア穴（６８）は、シールされている
請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体入口と圧縮流体出口があるケースを有する２段構成の高速流体コンプレッサーを備える燃料電池に関する。前記ケースは、長手軸のまわりを回転可能にマウントされたシャフトと、及び前記シャフト上にて裏側と裏側が対向するようにマウントされた第１の圧縮車と第２の圧縮車とを収容する。前記第１の圧縮車は第１の圧縮段を形成し、前記第２の圧縮車は第２の圧縮段を形成し、前記第１の圧縮車と前記第２の圧縮車の間に、前記シャフトを回転させるように構成しているモーター、好ましくは、同期型の電気モーター、が配置されている。
【背景技術】
【０００２】
前記のような流体コンプレッサーは、一般的には、ターボコンプレッサーや遠心コンプレッサーと呼ばれている。これらは、永久磁石同期モーター（ブラシレスモーター）を形成するステーターとローターを備える。この種のコンプレッサーは、非常に高い速度、例えば、毎分１０００００〜５０００００回転、を達成することができる。モーターは、圧縮車を高速で駆動し、圧縮車が流体を圧縮する。ここで用いられる流体は、空気である２つの圧縮車を用いることによって、流体を２倍多く圧縮することができる。
【０００３】
このようなコンプレッサーには、一般的には、圧縮対象流体のための第１の流れ回路と、及びそのコンプレッサーを冷却するために用いられる冷却液のための第２の流れ回路があり、そして、特に、モーターと、及び一方ではモーターシャフトを支持し他方では電子部品を支持するベアリングがある。実際に、モーターの高速回転によって、非常に大きな熱が発生し、このことによって、コンプレッサーの要素を冷却して損傷を防ぐ必要性が発生する。このような回路は、一般的には、実際のコンプレッサーの外側に、少なくとも関連する冷却回路と同程度に遠くに、配置される。
【０００４】
結果的に、このようなコンプレッサーは非常にかさばることとなり、制約がある環境においては搭載することができなくなる。
【０００５】
また、冷却液によって回収される熱は捨てられる。このことは、非常に大きなエネルギーが捨てられることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高速コンプレッサーを有する既知の燃料電池の様々な課題を解決することを目的とする。
【０００７】
より正確には、本発明は、非常にコンパクトな２段構成の高速流体コンプレッサーを備える燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、小さな体積しか占有しないのに、高い回転速度、高い圧縮比及び最適なエネルギー効率を有するような２段構成の高速流体コンプレッサーを備える燃料電池を提供することを別の目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような状況で、本発明は、流体入口と圧縮流体出口があるケースを有する２段構成の流体コンプレッサーを備える燃料電池に関する。前記ケースは、長手軸のまわりを回転可能にマウントされたシャフトと、及び前記シャフト上にて裏側と裏側が対向するようにマウントされた第１の圧縮車と第２の圧縮車とを収容する。前記第１の圧縮車は第１の圧縮段を形成し、前記第２の圧縮車は第２の圧縮段を形成し、前記第１の圧縮車と前記第２の圧縮車の間に、前記シャフトを回転させるように構成しているモーターが配置されている。
【００１０】
本発明によると、前記ケースは、前記長手軸と同軸に広がっており内部に少なくとも前記モーターが配置されている貫通内側ハウジングを形成しており、前記内側ハウジングには、少なくとも前記内壁と前記モーターの間のチャネルを前記モーターとともに形成するように構成している内壁があり、前記チャネルは、前記第１の圧縮段と前記第２の圧縮段の間にて広がっており、これによって、前記チャネル内を流れる圧縮対象流体と接触した前記モーターを冷却することが可能になる。また、前記ケースには、その表面において、前記コンプレッサーの少なくとも１つの電子部品を受けるように構成している少なくとも１つの一体化されたハウジングを形成する少なくとも１つの空洞があり、前記一体化されたハウジングは、前記内壁の方に広がっており、これによって、前記チャネル内を流れる圧縮対象流体によって前記電子部品を前記内壁を介して冷却することが可能になる。
【００１１】
このように、本発明に係る燃料電池は、コンプレッサーの圧縮と冷却の両方のために同じ１つの流体を用いるコンプレッサーを備える。圧縮対象流体の循環と様々なコンプレッサー要素の冷却の両方のために用いられるチャネルの構成によって、非常にコンパクトなコンプレッサー、したがって、非常にコンパクトな燃料電池を得ることができる。具体的には、電子部品が内壁を介して冷却されるような構成には、電子部品が流体によって直接冷却される構成と比べて、いくつもの利点がある。電子部品のすべてを特殊なシーリングを用いずに配置することができる。複雑で高コストな操作である流体の排出を行わずに、電子部品に対して作業を行うことができる。また、ケースにおける一体化されたハウジング内に電子部品を固定することによって、空間を節約することができる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池は、モーターにおける、モーターシャフトを支持しているベアリングにおける、そして、電子部品における、すべての熱損失を回復させて、このような熱損失を有用な仕事に変換させることができるコンプレッサーを備える。このようにして、本発明に係る燃料電池は、小さい体積しか占めずに、回転速度が高く、圧縮比が大きく、エネルギー効率が最適であるようなコンプレッサーを備える。
【００１３】
非限定的な例としてのみ与えられ添付の図面に示されている本発明の実施形態についての下記の詳細な説明を読むことで、本発明の目的、利点及び特徴が明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】高速コンプレッサーを備える本発明に係る燃料電池の概略的な斜視図である。
【図２】図１のコンプレッサーについての長手軸に沿った分解図である。
【図３】図１のコンプレッサーについての部分的に分解されている上方から見た斜視図である。
【図４】図１のコンプレッサーについての長手方向に沿った断面を示している断面図である。
【図５】図４の線Ｃ−Ｃの断面を示している断面図である。
【図６】圧縮車とローターを担持しているシャフトについての斜視図である。
【図７】ベアリングのまわりのコンプレッサーについての拡大断面図である。
【図８】電子部品を支持しているプレートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると、ターボコンプレッサー又は遠心コンプレッサータイプの２段構成の高速流体コンプレッサーを備える本発明に係る燃料電池１００を概略的に示している。以下の記述において、用語「流体」は、空気である。下で説明するコンプレッサーを例外として、当該燃料電池を構成する要素は知られており、ここで特に説明を必要としない。
【００１６】
コンプレッサー１は、アルミニウムで作られているケース２を備え、その上面２ａは、上側カバー３ａによって閉じられ、その表面２ｂと裏面２ｃはそれぞれ、表側カバー３ｂと裏側カバー３ｃによって閉じられる。ケースの側面２ｄは、それらの基部にて連結しており、Ｕ字形の断面を有する底部２ｅを形成している。
【００１７】
上側カバー３ａは、以下において説明するように、コンプレッサーの電子部品４の側に位置している。このように、以下で説明するように、コンプレッサーに搭載された電子部品４へのアクセスは容易である。上側カバー３ａを介してアクセスが行われるからである。表側及び裏側カバー３ｂ、３ｃは、コンプレッサーの内部（モーター、ローター、ベアリングなど）にアクセスするために用いられる。ケース２の上面２ａと上側カバー３ａの間には、シーリングガスケット２０が挿入される。このガスケット２０は、塵埃や湿気から電子部品４を保護する。
【００１８】
ケース２には、表側カバー３ｂに配置される圧縮対象流体のための入口５と、ケース２の側面２ｄの一方に配置される圧縮された流体の接線方向の出口６がある。
【００１９】
図４を参照すると、ケース２は、表面２ｂと裏面２ｃを通り抜ける長手軸ＡＡのまわりに回転可能にマウントされたセラミックス製のシャフト７と、及びシャフト７の各端において裏側と裏側が対向するようにマウントされた第１の遠心圧縮車８と第２の遠心圧縮車１０とを収容している。この第１の圧縮車８は、第１の圧縮段を形成しており、この第２の圧縮車１０は、第２の圧縮段を形成している。具体的には、シャフト７は中空であり、ねじ山付きのロッド１１を収容しており、このロッド１１の各端において、圧縮車８、１０の一方がねじ込まれており、このことによって、圧縮車の容易な組み立てと分解が可能になる。このように、２つの圧縮車８及び１０は、同じシャフト７上にて駆動され、このことによって、エネルギー効率が向上し、減速ギヤの使用を避けることができる。圧縮車８及び１０の裏側には、コンプレッサー内の圧力を制御し軸方向の力をバランスさせるためにラビリンスシールがある。
【００２０】
ケース２は、さらに、第１の圧縮車８と第２の圧縮車１０の間に位置しておりシャフト７を回転するように構成している同期電気モーターを収容している。モーター１２は、永久磁石同期モーター（ブラシレスモーター）を形成するように相互作用するステーター１４とローターを備える。具体的には、ステーター１４は、ケース２に対して固定マウントされているコイル１４ａと２つのフェライト素子１４ｂによって形成している。ローターは、接着剤連結などによってシャフト７と一体化されている磁石１６ａを備えており、カーボンファイバー製のシース１６ｂによってカバーされている。チタン製のフランジ１６ｃは、（例えば、接着剤連結によって）側方の端に固定されており、高速において遠心力に対するローターの耐性を確実にする。
【００２１】
シャフト７は、その長手軸ＡＡのまわりに回転するように、少なくとも表側半径方向ベアリング１８、裏側半径方向ベアリング２２及び軸方向ベアリング２４によって、ケース２にマウントされている。コンプレッサーは、表側半径方向ベアリング１８を支持する表側半径方向ベアリングブラケット２６と、裏側半径方向ベアリング２２を支持する裏側半径方向ベアリングブラケット２８とを備え、これらはシャフト７のまわりにて、それぞれモーター１６の表側と裏側に、配置されるように構成している。また、裏側にて、裏側半径方向ベアリングブラケット２８と裏側カバー３ｃの間にて巻き２９を備える。巻き２９には、圧縮の後に、接線方向の流体出口６につながっているオリフィスがある。また、第１の圧縮車８と表側半径方向ベアリングブラケット２６の間にてシャフト７のまわりに配置されるように構成しており軸方向ベアリング２４を支持する軸方向ベアリングブラケット３０を備える。モーターの裏側に軸方向ベアリングを配置することができることは明らかである。
【００２２】
ベアリングは、摩擦を抑えるために、非接触のものであり、空気力学的なものである。それらには、潤滑が必要なく、非常にわずかしかメンテナンスが必要ない。具体的には、図６を参照すると、軸方向ベアリング２４は空気力学的なベアリングであり、ディスクによって形成しており、このディスクには、その面の少なくとも１つにおいて、まず、空気膜を作るように構成している、好ましくは渦巻き状の溝２４ａがある。表側半径方向ベアリング１８及び裏側半径方向ベアリング２２は、空気力学的なベアリングであり、シャフト７には、表側及び裏側半径方向ベアリング１８及び２２に対向するように、空気膜を作るように構成している第２の溝３２がある。
【００２３】
図７を参照すると、表側半径方向ベアリングブラケット２６には、表側半径方向ベアリング１８に形成された第２の溝３６に対向するように配置されている少なくとも第１の溝３４があり、前記第１の溝３４と前記第２の溝３６は、表側ベアリングＯリングジョイント３８を受けるように構成している。図７において、２セットの溝３４、３６が形成されている。同様に、裏側半径方向ベアリングブラケット２８には、裏側半径方向ベアリング２２に形成された第４の溝に対向するように配置されている少なくとも第３の溝があり、前記第３の溝と前記第４の溝は、裏側ベアリングＯリングジョイントを受けるように構成している。表側半径方向ベアリング１８と裏側半径方向ベアリング２２に形成された溝の底部は丸まっている。半径方向ベアリング１８、２２は、対応する前記Ｏリングジョイントによってのみ軸方向及び半径方向に保持される。前記Ｏリングジョイントによって、半径方向ベアリング１９、２２のセンタリング、半径方向の遊びの補償、振動の緩和、及び軸方向の位置の保持が確実になる。また、このアセンブリーは、空間を節約し、コンプレッサーの小型化をさらに増進させる。
【００２４】
シャフト７の中心にて２つの圧縮車８及び１０を支持しているねじ山付きロッド１１の半径方向の保持とセンタリングは、ねじ山付きロッド１１に形成された溝内にてマウントされたジョイント３９（図４を参照）によって達成される。
【００２５】
また、表側半径方向ベアリングブラケット２６には、空気を通過させるために設けられた第５の溝４０がある。同様に、裏側半径方向ベアリングブラケット２８には、空気を通過させるために設けられた第６の溝がある。これらの第５及び第６の溝、及びベアリングの各重要な点の間を連通するボア穴によって、コンプレッサー全体にわたって、特に、Ｏリングジョイントの間における、圧力をバランスさせることができる。このことによって、ジョイントが外れることを防ぐことができる。
【００２６】
図２、４及び５を参照すると、ケース２には、貫通内側ハウジング５０がある。これは、ケース２の表面２ｂと裏面２ｃの間にて長手軸ＡＡと同軸に広がっており、表側半径方向ベアリングブラケット２６と表側半径方向ベアリング１８、モーター１２とそのシャフト７、裏側半径方向ベアリングブラケット２８と裏側半径方向ベアリング２２、第２の圧縮車１０と巻き２９を受ける。表面２ｂの側にて、内側ハウジング５０は表側カバー３ｂによって閉じられている。この表側カバー３ｂは、第１の圧縮車８、軸方向ベアリングブラケット３０及び軸方向ベアリング２４を組み入れている。裏面２ｃの側にて、内側ハウジング５０が裏側カバー３ｃによって閉じられている。
【００２７】
内側ハウジング５０には内壁５２があり、これは、少なくとも前記内壁５２とモーター１２の間のチャネル５４をモーター１２とともに形成するように構成している。このチャネル５４は、第１の圧縮段と第２の圧縮段の間にて広がっており、これによって、チャネル５４内を流れる圧縮対象流体と接触したときにモーター１２が冷却されることが可能になる。具体的には、ここで示している変種において、内側ハウジング５０の内壁５２は、円形の断面を有し、モーター１２のステーター１４の２つのフェライト素子１４ｂには、それらの外面上にて、長手軸ＡＡに沿って広がっている長手方向の凹み５５（図５を参照）があり、これによって、モーターに実質的に多角形の断面（ここでは１２角形）を与えて、凹み５５、又は内壁５２と接触していないモーター１２のフェライト素子１４ｂの面が、前記内壁５２とともに、圧縮対象流体を流す前記チャネル５４を形成する。
【００２８】
一般的には、第１の圧縮段と第２の圧縮段の間の長手軸に沿って位置しているコンプレッサーの部品のすべてが、第１の圧縮段と第２の圧縮段に延在している圧縮対象流体を流す前記チャネル５４を形成するように大きさを有し構成している。このようにして、表側カバー３ｂと軸方向ベアリングブラケット３０の間、表側半径方向ベアリングブラケット２６と内壁５２の間（このために、ハウジング５０の入口に載っている表側半径方向ベアリングブラケット２６の肩部５６には、圧縮流体を流すチャネル５４に対応するように構成している溝５８がある）、上記のように、モーター１２のフェライト素子１４ｂと内壁５２の間、裏側半径方向ベアリングブラケット２８と内壁５２の間、巻き２９と内壁５２の間、そして、裏側カバー３ｃと巻き２９の間に、チャネル５４が形成されている。これらのチャネル５４は、コンプレッサー内における乱流を避けるように設計されている。
【００２９】
また、好ましいことに、チャネル５４内を流れている圧縮対象流体がモーター１２に入りステーター１４とローター１６の間を流れることを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（例えば、図４において５７ａと付した点）、そして、圧縮対象流体がモーター１２を出てモーター１２を冷却した後に前記チャネル５４に再び合流することを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（例えば、図４において５７ｂと付した点）が形成されている。
【００３０】
同様に、好ましいことに、チャネル５４内を流れている圧縮対象流体が軸方向ベアリング２４、表側半径方向ベアリング１８及び裏側半径方向ベアリング２２の近傍を流れることを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（例えば、図４において５９ａと付した点）、そして、前記軸方向ベアリング２４を冷却した後に圧縮対象流体が前記チャネル５４に再び合流することを可能にするように構成している少なくとも１つのオリフィス（例えば、図４において５７ｂと付した同じ点）が形成されている。
【００３１】
このようにして、圧縮対象流体は、入口５を通して第１の圧縮段に入った後に、第１の圧縮段と第２の圧縮段にて長手軸に沿って位置しているコンプレッサーの部品を通り抜けてチャネル５４内へと進む。結果的に、圧縮対象流体は、内壁５２とモーターのフェライト素子１４ｂの間を通るときに、モーターを冷却し、モーターによって失われた熱量を回復させて、そのモーターの効率を向上させて、その後に、第２の圧縮段に入る。また、オリフィス５７ａ、５７ｂ、５９Ａによって、流れをわずかに偏向させて、圧縮対象流体がステーター１４とローター１６の間及びベアリング内においても流れて、これらの要素を冷却し、モーターにおける熱損失及びベアリングにおける摩擦によって発生する熱損失を回復させることを可能にする。
【００３２】
また、図３及び５を参照すると、ケース２には、その表面において、コンプレッサーの少なくとも１つの電子部品を受けるように構成している少なくとも１つの一体化されたハウジングを形成する少なくとも１つの空洞６０ａ、６０ｂがある。前記一体化されたハウジングは、チャネル５４のできるだけ近くにて、内壁５２の方に広がっており、これによって、自身がチャネル５４内を流れる圧縮対象流体と接触する内壁５２を介して、チャネル５４内を流れる圧縮対象流体によって前記電子部品を冷却することが可能になる。
【００３３】
好ましいことに、ケース２には、その上側内面６２を形成する同じ表面上にて、いくつかの空洞６０ａ、６０ｂがあり、各空洞６０ａ、６０ｂは、コンプレッサーの電子部品を受けるように構成している一体化されたハウジングを形成している。前記空洞６０ａ、６０ｂは、ケース２の内側ハウジング５０の内壁５２の少なくとも上であって側方の少なくともいずれか、好ましくは、各側にて、配置されている。このようにして、一体化されたハウジング、そして、したがって、これらの一体化されたハウジング内に配置された電子部品は、内壁５２と接触しているチャネル５４を流れる圧縮対象流体のできるだけ近くに配置され、これによって、前記圧縮対象流体は、前記電子部品によって発される熱を前記内壁５２を介して回復させることができる。
【００３４】
好ましくは、少なくとも１つの空洞６０ａ、６０ｂは、圧縮対象流体を流すチャネル５４に少なくとも部分的に沿って長手方向に広がっており、これによって、ケース２の上側内面６２の少なくとも一部にわたって長手方向に広がっている一体化されたハウジングを形成する。このように、このような一体化されたハウジングは、一体化されたハウジング内に配置された電子部品と圧縮対象流体の間の最大限の熱交換の領域を前記内壁５２によって与えるためにチャネル５４に追従する。
【００３５】
好ましいことに、図８を参照すると、コンプレッサーは、コンプレッサーの電子部品４を受けるように構成している少なくとも１つのプレート６４を備える。このプレート６４は、その下面上にて、長手軸ＡＡに沿って長手方向に延在している電子部品４ａ、４ｂを担持している。このプレート６４は、プレート６４の下面をまたがるように長手方向に延在している前記電子部品４ａ、４ｂがそれぞれ、圧縮対象流体を流すチャネル５４に少なくとも部分的に沿って長手方向に広がっている対応する一体化されたハウジング内に収容されるように、ケース２の上側内面６２の上に位置している。プレート６４の上面上には、上側カバー３ａ内に収容されるように構成している他の電子部品４ｃが設けられている。
【００３６】
例えば、電子部品４ａは、プレートの各側にて長手方向に、そして、プレート６４に垂直に構成しているトランジスターであり、これによって、モーター１２の各側にある内壁５２によってケースとの接触面が可能な限り大きくなり圧縮対象流体のできるだけ近くになる。十分な場所があれば、モーターの同じ一方の側にトランジスターをすべて配置することができることは明らかである。
【００３７】
また、一体化されたハウジング、そして、特に、圧縮対象流体を流すチャネル５４に少なくとも部分的に沿って長手方向に広がっている一体化されたハウジングは、好ましくは長手方向に延在している、細長材ばね６６を備えることができ、これは、その一体化されたハウジング内に配置された電子部品４ａを内壁５２の方向にて一体化されたハウジングの壁に対向するように載り続けるように構成している。
【００３８】
電子部品４ｂは、例えば、断面が環状の管型キャパシターであり、モーター１２の上にある対応する丸まった底部において空洞６０ｂ内に収容されるようにプレート６４の下面上にて長手方向に配置されており、これによって、モーター１２の上の内壁５２によってケースとの接触面が可能な限り大きくなり圧縮対象流体のできるだけ近くになる。キャパシターとケース２の間の接触を改善させるために、空洞６０ｂの底部に伝熱性のペーストを配置することができる。
【００３９】
このようにして、チャネル５４内を流れる圧縮対象流体は、その圧縮対象流体のできるだけ近くに配置されたコンプレッサーの電子部品からの熱損失も回復させる。また、コンプレッサーの内部が最適化され、特に、ケースの上面が切断されて小さな体積内にコンプレッサーの電子部品を収容する。このことによって、コンプレッサーが非常にコンパクトになる。
【００４０】
好ましいことに、ケース２の上側内面６２には、モーター１２と電子部品４の間でケーブルの通過を可能にするように構成しているボア穴６８がある。このボア穴３８は、圧縮対象流体の漏れがないようにシールされる。このために、ボア穴６８内には樹脂が注入され、その注入の際に樹脂内にケーブル要素が挿入される。モーター１２と電子部品４に接続された他のケーブル要素はそれぞれ、ボア穴６８内の樹脂にてキャストされたケーブル要素に溶接される。ケース２の裏面２ｃには他のシールされたケーブル通路７０及び７２が設けられる。これは、例えば、制御ケーブル出口、そして、安全な接続を与えるパワーケーブル出口のためである。
【００４１】
好ましくは、コンプレッサーは、コンプレッサーの自己調整を可能にする２つの圧縮段の間に圧力及び温度センサー７４を備える。
【００４２】
本発明において用いる流体コンプレッサーは、１０００００ｒｐｍ〜５０００００ｒｐｍの非常に高い回転速度に到達することができる。これは、第１の圧縮段において圧縮された流体が実質的にシステム全体を通って、失った熱のすべて、特に、モーター、ベアリング及び電子部品において失った熱、を回復させることを可能にする。これによって、第２の圧縮段に入る前に効率を向上させることができる（圧縮対象流体の温度が高くなるほどその圧力も高くなるため）。また、付加的な冷却回路の支援なしで、コンプレッサーを冷却するために圧縮対象流体のみを用いること、そして、エレクトロニクスがケース内にて一体化されるようなコンプレッサー内の電子部品の構成のおかげで、非常にコンパクトなコンプレッサーを得ることができる。このようにして、上記のコンプレッサーを備える本発明に係る燃料電池は、小さい体積しか占めずに、回転速度が高く、圧縮比が大きい。例えば、本発明において用いられるコンプレッサーは、３よりも大きい圧縮比、４ｋＷのオーダーのパワー出力、そして、以下の寸法構成を有する。すなわち、長さ×幅×高さが約１４×８×１１ｃｍであり、重量が１．５ｋｇしかない。
【符号の説明】
【００４３】
１  流体コンプレッサー
２  ケース
４  電子部品
５  流体入口
６  圧縮流体出口
７  シャフト
８  第１の圧縮車
１０  第２の圧縮車
１２  モーター
１４  ステーター
１６  ローター
１８  表側半径方向ベアリング
２２  裏側半径方向ベアリング
２４  軸方向ベアリング
２６  表側半径方向ベアリングブラケット
２８  裏側半径方向ベアリングブラケット
３４  第１の溝
３８  表側ベアリングＯリングジョイント
４０  第５の溝
５０  内側ハウジング
５２  内壁
５４  チャネル
５５  凹み
６２  上側内面
６４  プレート
６６  細長材ばね
６８  ボア穴
１００  燃料電池
３２、３６  第２の溝
６０ａ、６０ｂ  空洞
ＡＡ  長手軸
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2019190461000001.pdf