(57)【要約】【課題】高回転数で運転しても静粛性を維持することができる燃料ポンプのマウント構造を提供する。【解決手段】インペラ２２を備えた遠心式の水素ポンプ５のマウント構造であって、ポンプベース１８を第１マウント部材３２を介して設置固定すると共にポンプ本体１７をインペラ２２の径方向に沿う方向の振動を吸収する第２マウント部材３４を介してポンプベース１８に固定したことを特徴とする。【選択図】    図３
2004162671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラを備えた遠心式の燃料ポンプのマウント構造であって、ポンプベースを第１マウント部材を介して設置固定すると共にポンプ本体をインペラの径方向に沿う方向の振動を吸収する第２マウント部材を介してポンプベースに固定したことを特徴とする燃料ポンプのマウント構造。
【請求項２】
燃料電池の燃料供給流路に合流する燃料ガスの排出ガスの循環流路に設けられ、未反応燃料ガスを加圧した状態で送り込む燃料ポンプのマウント構造であって、燃料ポンプがインペラを備えた遠心式の燃料ポンプであり、ポンプベースを第１マウント部材を介して車体部材に設置固定すると共にポンプ本体をインペラの径方向に沿う方向の振動を吸収する第２マウント部材を介してポンプベースに固定したことを特徴とする燃料ポンプのマウント構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、燃料電池車両の燃料電池システム等に用いられる燃料ポンプのマウント構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池では発電に伴い水が生成されるので、この生成水を燃料電池から排出するため、水素ガス及び酸化剤ガスを発電に必要な消費量よりも多く供給している。したがって、燃料電池から排出される水素ガスの排出ガスには未反応ガスが含まれており、これをそのまま放出したのでは燃費が悪化してしまう。そこで、燃費向上のために水素の排出ガスを水素ポンプを用いて積極的に循環させ、新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に供給する燃料電池システムが提案されている。
例えば、上記システムに用いられる水素ポンプとしては、ダイアフラムによって区画された密閉空間の容積をダイアフラムを変位させることにより変化させて水素の吸入と吐出を行うダイアフラム型の水素ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２５９９１２号公報
【０００４】
ところが、このようなダイアフラム型の水素ポンプを用いて上述した水素ガスを循環させるための容量を確保しようとすると、ポンプの大型化が避けられないという問題がある。そのため、燃料電池システム、特に車載用の燃料電池システムの水素循環流路には、インペラをケーシング内で回転させる形式の遠心式ポンプを用いることが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記遠心式ポンプを使用することで、ある程度の容量を確保しつつ小型化することで搭載スペースに大きな制限のある車載用燃料電池システムへの搭載が可能となるが、必要な吐出量を確保しようとすると、ポンプの回転数を高く設定しなければならず、ポンプの振動が大きくなり静粛性を損ねてしまうという問題がある。
そこで、この発明は、高回転数で運転しても静粛性を維持することができる燃料ポンプのマウント構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、インペラ（例えば、実施形態におけるインペラ２２）を備えた遠心式の燃料ポンプ（例えば、実施形態における水素ポンプ５）のマウント構造であって、ポンプベース（例えば、実施形態におけるポンプベース１８）を第１マウント部材（例えば、実施形態における第１マウント部材３２）を介して設置固定すると共にポンプ本体（例えば、実施形態におけるポンプ本体１７）をインペラの径方向に沿う方向の振動を吸収する第２マウント部材（例えば、実施形態における第２マウント部材３４）を介してポンプベースに固定したことを特徴とする。
このように構成することで、インペラの回転によるインペラの径方向に沿う方向に生ずる振動を第２マウント部材で吸収してポンプベースに作用しないようにし、これにより吸収できない振動が第１マウント部材によりポンプベースから設置部位に伝達されないようにした。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池３）の燃料供給流路（例えば、実施形態における水素ガス供給流路１０）に合流する燃料ガス（例えば、実施形態における水素ガス）の排出ガスの循環流路（例えば、実施形態における水素オフガス循環流路１２）に設けられ、未反応燃料ガスを加圧した状態で送り込む燃料ポンプのマウント構造であって、燃料ポンプがインペラを備えた遠心式の燃料ポンプであり、ポンプベースを第１マウント部材を介して車体部材（例えば、実施形態における収納ボックス６の下壁１９）に設置固定すると共にポンプ本体をインペラの径方向に沿う方向の振動を吸収する第２マウント部材を介してポンプベースに固定したことを特徴とする。
このように構成することで、循環流路に設けられた遠心式のポンプのインペラの回転によるインペラの径方向に沿う方向に生ずる振動を第２マウント部材で吸収してポンプベースに作用しないようにし、これにより吸収できない振動が第１マウント部材によりポンプベースから車体部材に伝達されないようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１、図２に示すように、燃料電池車両Ｖのフロントフロア１には後方に立ち上がるようにしてリヤフロア２が接続されている。フロントフロア１の下には燃料電池３及びユニット化された周辺機器４及び水素ポンプ（燃料ポンプ）５等を覆う収納ボックス６が図示しない車体部材に取り付けられている。
収納ボックス６の後方には車体後部に水素ガス（燃料ガス）を貯留する高圧の水素タンク７が配置されている。収納ボックス６の前方の車体前部にはコンプレッサ８が配置されている。
【０００９】
燃料電池３は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟持し更にセパレータで挟持したセルを複数積層して構成されている。アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
【００１０】
図６に概略的に示すように、空気はコンプレッサ８により所定圧力に昇圧されて燃料電池３のカソード電極に供給され、反応後には燃料電池３から空気オフガスとして圧力制御弁９を介して排出される。
一方、水素タンク７から供給される水素ガスは、水素ガス供給流路１０の途中に設けられた圧力制御弁１１によって所定圧力に減圧されて燃料電池３のアノード電極に供給される。燃料電池３に供給された水素ガスは発電に供された後、燃料電池３から水素オフガスとして水素オフガス循環流路（燃料ガスの排出ガスの循環流路）１２に排出される。
【００１１】
水素オフガス循環流路１２は、圧力制御弁１１よりも下流の水素ガス供給流路１０に接続され、水素オフガス循環流路１２の途中には水素ポンプ５と逆止弁１３が設けられている。燃料電池３から排出された水素オフガスは、水素ポンプ５で昇圧され、逆止弁１３を通って水素ガス供給流路１０に合流するようになっており、これにより水素オフガスは、水素タンク７から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、再び燃料電池３のアノード電極に供給される。ここで、図６に示すように水素オフガス循環流路１２に例えばエゼクタ１４を更に追加して循環性能を高めてもよい。尚、１５は水素ガス供給流路１０に設けた加湿器を示す。上記圧力制御弁９，１１、逆止弁１３、加湿器１５が周辺機器４を構成している。
【００１２】
図３は水素ポンプの斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図３、図４に示すように水素ポンプ５はモータ一体型のポンプであり、ポンプ本体１７と一対のポンプベース１８で構成され、ポンプベース１８を介して収納ボックス６の下壁（車体部材）１９に設置固定されている。この水素ポンプ５はいわゆる遠心式ポンプであり、ポンプ本体１７のケーシング２０内のポンプ室２１内部にインペラ（羽根車）２２を備えている。インペラ２２の回転軸２３は図示しない軸受けを介してケーシング２０に回転自在に支持され、この回転軸２３はモータ２４の回転軸と供用されている。そして、この回転軸２３が燃料電池車両Ｖの前後方向に沿うようにして水素ポンプ５が設置されている。
ケーシング２０の外周部には、水素オフガスをポンプ室２１内に導入する吸込部２５と、ポンプ室２１内で昇圧された水素オフガスを吐出する吐出部２６が設けられている。この吸込部２５及び吐出部２６が水素オフガス循環流路１２に接続されている。
【００１３】
ポンプベース１８はポンプ本体１７のケーシング２０下側部の取付ベース２７に取り付けられる縦壁２８と、収納ボックス６の下壁１９に設置された状態で取り付けられる横壁２９を互いに直角にして備えた断面Ｌ字型の部材であり、ケーシング２０下部に左右一対設けられている。ポンプベース１８の縦壁２８にはケーシング側取付孔３０が前と後に２つ形成され、横壁２９には収納ボックス６の下壁１９に対する収納ボック側取付孔３１が前と後に２つ形成されている。
【００１４】
ポンプベース１８の収納ボック側取付孔３１には第１マウント部材３２が装着され、この第１マウント部材３２を介してポンプベース１８が収納ボックス６の下壁１９にボルト３３により固定されている。また、ポンプベース１８のケーシング側取付孔３０には第２マウント部材３４が装着され、この第２マウント部材３４を介してケーシング２０の取付ベース２７にポンプベース１８がボルト３５により固定されている。
図５に模式的に示すように第２マウント部材３４は水素ポンプ５のインペラ２２の径方向に沿う方向の振動（この実施形態では左右方向の振動）を吸収してポンプベース１８に伝達させないようにする緩衝部材であり、第１マウント部材３２はポンプベース１８の振動（この実施形態では上下方向の振動）を吸収して収納ボックス６の下壁１９に伝達させないようにする緩衝部材である。
ここで、第１マウント部材３２と第２マウント部材３４は取付場所は異なるが同じ部材である。
【００１５】
第１、第２マウント部材３２，３４は内筒３６と外筒３７との間にゴムなどにより形成された緩衝材３８を加硫接着して形成されたもので、内筒３６と外筒３７とが相対的に軸方向に移動する際に緩衝材３８を弾性変形させて振動を吸収する緩衝部材である。外筒３７はポンプベース１８の厚さ寸法とほぼ同様の長さ寸法に形成され、内筒３６は外筒３７の両端面からわずかに突出する長さに形成されている。尚、緩衝材３８をその径方向から圧縮するように使用するとバネ常数が小さく緩衝作用が十分に発揮できないため緩衝材３８を軸方向に変位させるようにして使用している。
各内筒３６内部にはワッシャー３９付きのボルト３３，３５が挿通され、外筒３７は前記ケーシング側取付孔３０、収納ボック側取付孔３１に圧入されるものである。
【００１６】
したがって、図４に示すように、ポンプベース１８の縦壁２８を第２マウント部材３４を介してケーシング２０の取付ベース２７にボルト３５により締め付け固定し、ポンプベース１８の横壁２９を第１マウント部材３２を介して収納ボックス６の下壁１９にボルト３５により締め付け固定した場合に、ケーシング２０の取付ベース２７と第２マウント部材３４の外筒３７の端面との間、第２マウント部材３４のワッシャー３９と外筒３７の端面との間にクリアランスＣが形成され、収納ボックス６の下壁１９と第１マウント部材３２の外筒３７の端面との間、第１マウント部材３２のワッシャー３９と外筒３７の端面との間にクリアランスＣが形成されることとなる。尚、上記クリアランスＣにより、緩衝材３８の変形しろが確保されている。
【００１７】
上記実施形態によれば、水素ポンプ５のインペラ２２が回転軸２３と共に回転すると、回転によって生じた振動はケーシング２０の取付ベース２７を振動させ、取付ベース２７の振動のうちインペラ２２の径方向に沿う方向の振動である左右方向の振動は、第２マウント部材３４のボルト３５、ワッシャー３９、内筒３６に伝達されるが、緩衝材３８により吸収され外筒３７には伝達されない。
【００１８】
また、取付ベース２７の振動のうちインペラ２２の径方向に沿う方向の振動である上下方向の振動は、第２マウント部材３４の緩衝材３８を径方向から圧縮するように作用するため第２マウント部材３４では吸収されずポンプベース１８に伝達され、その横壁２９から外筒３７に伝達されるが緩衝材３８により吸収されるため、第１マウント部材３２の内筒３６、ボルト３３、ワッシャー３９には伝達されないため収納ボックス６の下壁１９には伝わらない。
【００１９】
その結果、水素ポンプ５を高回転で運転してもインペラ２２の回転による左右方向及び上下方向の振動を第１マウント部材３２、第２マウント部材３４で効果的に吸収することができる。
よって、インペラ２２を高回転させることができるため水素ポンプ５を小型化でき必要な吐出容量を確保しながら静粛性を維持することができる。
【００２０】
また、水素ポンプ５の小型化を含む燃料電池３のシステムの小型化により系内の水素ガス容量の減少を図り燃費向上に寄与することができると共に車室内スペースを広く確保できる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、第１マウント部材３２、第２マウント部材３４の構成は一例であって、左右方向の振動と上下方向の振動を効果的に吸収できればマウント部材の構造は上述した構成に限定されない。また、水素ポンプ５は回転軸２３を車体前後方向に向けて配置した場合を例にして説明したがこれに限られない。また、水素ガス以外の燃料ガス用のポンプにも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、インペラの回転によるインペラの径方向に沿う方向に生ずる振動を第２マウント部材で吸収してポンプベースに作用しないようにし、これにより吸収できない振動が第１マウント部材によりポンプベースから設置部位に伝達されないようにしたため、インペラを高回転することが可能となり小型の燃料ポンプであっても必要な吐出容量を確保しながら静粛性を維持することができる効果がある。
【００２２】
請求項２に記載した発明によれば、循環流路に設けられた遠心式のポンプのインペラの回転によるインペラの径方向に沿う方向に生ずる振動を第２マウント部材で吸収してポンプベースに作用しないようにし、これにより吸収できない振動が第１マウント部材によりポンプベースから車体部材に伝達されないようにしたため、燃料ポンプを高回転で運転しても静粛性を維持することができ、したがって、燃料ポンプの小型化を含む燃料電池システムの小型化により系内の燃料ガス容量の減少を図り燃費向上に寄与することができると共に車室内スペースを広く確保できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の燃料電池車両の側面説明図である。
【図２】この発明の実施形態の収納ボックスの概略斜視図である。
【図３】この発明の実施形態の水素ポンプの斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】この発明の実施形態の水素ポンプの概略正面図である。
【図６】この発明の実施形態の燃料電池システムの概略図である。
【符号の説明】
３  燃料電池
５  水素ポンプ（燃料ポンプ）
６  収納ボックス
９  下壁（車体部材）
１２  水素オフガス循環流路（燃料ガスの排出ガスの循環流路）
１７  ポンプ本体
１８  ポンプベース
１９  下壁
２２  インペラ
３２  第１マウント部材
３４  第２マウント部材
【図１】
2004162671.tif 000003
【図２】
2004162671.tif 000004
【図３】
2004162671.tif 000005
【図４】
2004162671.tif 000006
【図５】
2004162671.tif 000007
【図６】
2004162671.tif 000008