(57)【要約】【課題】脈動の少ないコンパクトなエアポンプを提供する。【解決手段】左右のポンプ室２２から交互に圧縮空気を吐出する電磁振動型ダイヤフラム式のエアポンプ本体３と、エアポンプ本体を気密に収納する筐体２とから成り、筐体２は、左右のポンプ室２２から吐出された圧縮空気を貯溜する左右の空気室２８と、ポンプ室に空気を導入する空気吸入口６ａ、１２ｆと、左右の空気室を連通してこれらの空気室の圧縮空気を整流し一体化する整流通路２７と、整流通路の中央に設けられ整流した圧縮空気を吐出する吐出口３１とを有する構成としたものである。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右のポンプ室から交互に圧縮空気を吐出する電磁振動型ダイヤフラム式のエアポンプ本体と、
前記エアポンプ本体を気密に収納する筐体とから成り、
前記筐体は、前記左右のポンプ室から吐出された圧縮空気を貯溜する左右の空気室と、前記各ポンプ室に空気を導入する空気吸入口と、前記左右の空気室を連通してこれらの空気室からの圧縮空気を整流し一体化する整流通路と、前記整流通路の中央に設けられ前記整流した圧縮空気を吐出する吐出口とを有する
ことを特徴とするエアポンプ。
【請求項２】
前記ポンプ本体の左右のポンプ室の吐出口は、前記整流通路と反対側に開口されていることを特徴とする請求項１記載のエアポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈動の少ないコンパクトなエアポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアポンプ例えば、電磁振動型ダイヤフラム式のエアポンプは、圧縮方式が潤滑を必要とするような金属面の摩擦が生じない柔軟なダイヤフラムを使用しているのでオイルレス構造として優れており、油分を含まない清浄な空気圧を吐出する機能を有している（特許文献１参照）。
【０００３】
近年、省エネルギと環境対策の両面から燃料電池、中でも固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、出力密度が高く小型化が可能であり、他のタイプの燃料電池より低温で作動するために起動・停止が容易である等の特性を有することから自動車用や家庭用の電源として注目されている。この固体高分子形燃料電池は、燃料極と空気極が高分子膜を挟むサンドイッチ構造とされ、燃料極に水素を、空気極に空気（酸素）を供給し、高分子膜中をプロトン（Ｈ＋）が移動して空気極の酸素と反応する際に水と起電力と熱を発生する。
【０００４】
そこで、上記燃料電池に空気を供給する過給器として高効率の電磁振動型ダイヤフラム式エアポンプの採用が考えられる。前記燃料電池に電磁振動型ダイヤフラム式エアポンプを使用する場合、エアポンプは、燃料電池が発電した電力で運転されるため高効率が先ず要求されるが、同時に燃料電池セル内で安定な化学反応を得るために低脈流であることも要求される。
【０００５】
ところが、電磁振動型ダイヤフラム式エアポンプは、基本的に間欠的にしかエアを圧送できないために脈流が許容されない用途については図６に示すようにポンプ本体４１の外部に脈流を除去するためのサージタンク４２を設け、左右のポンプ室４１ａから夫々空気通路４３を通して間欠圧縮空気を導入し、脈流を低減させて吐出口４４から吐出する構造としている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１４７５８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポンプ本体４１の外部にサージタンク４２を設けた構造では、ポンプ本体４１のみの大きさに比して大きな占有空間を要し、機器組込用としては極めて空間利用率の低いものとなる。機器の大型化を避けるために外部設置型のエアポンプとすると、ポンプ本体４１を覆うケース４５及び清浄な空気圧を供給するための高性能のエアフィルタ４６を必要とし、更に大型化してポンプ本体４１のみの場合に比して２倍強となると共にコストが高くなる等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、脈動の少ないコンパクトなエアポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明では、左右のポンプ室から交互に圧縮空気を吐出する電磁振動型ダイヤフラム式のエアポンプ本体と、前記エアポンプ本体を気密に収納する筐体とから成り、前記筐体は、前記左右のポンプ室から吐出された圧縮空気を貯溜する左右の空気室と、前記各ポンプ室に空気を導入する空気吸入口と、前記左右の空気室を連通してこれらの空気室からの圧縮空気を整流し一体化する整流通路と、前記整流通路の中央に設けられ前記整流した圧縮空気を吐出する吐出口とを有することを特徴とする。
【００１０】
筐体に気密に収納されているポンプ本体は、前記筐体の空気吸入口から空気を吸入し左右のポンプ室から交互に圧縮空気を左右の空気室に吐出する。左右の空気室内の間欠圧縮空気は、整流通路に入り込み、当該整流通路において整流され、一体化される。左右の空気室から間欠圧縮空気が整流通路に集まってくるときに整流作用が行われ、吐出口が整流通路の中央に設けられていることで左右の空気室から整流通路に供給された位相が反対の脈動が平均化される。これにより、筐体の吐出口から吐出される圧縮空気の脈動が大幅に低減される。また、筐体のコンパクト化が図られ、燃料電池等への組込が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明では、前記ポンプ本体の左右のポンプ室の吐出口は、前記整流通路と反対側に開口されていることを特徴する。
ポンプ本体の左右のポンプ室から整流通路と反対側に向けて交互に吐出された間欠圧縮空気は、これら空気室内に貯溜され、整流通路に移動する間に脈動が低減されて整流通路における整流作用が更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエアポンプの第１実施形態を示す断面図、図２は、図１に示すエアポンプの矢線ＩＩ―ＩＩに沿う断面図、図３は、図１に示すエアポンプの矢線ＩＩＩ―ＩＩＩに沿う断面図である。図１及び図２に示すようにエアポンプ１は、電磁振動型ダイヤフラム式のエアポンプで、筐体２と、この筐体２に気密に収納されるエアポンプ本体３から成り、筐体２は、上方に開口する箱体５と、箱体５の開口端に着脱可能に装着されて密閉する蓋体６から成る。
【００１３】
図１及び図２に示すようにポンプ本体３は、左右対称形状をなし、ハウジング１１は、ハウジング本体１２と、このハウジング本体１２の側壁１２ａに装着され、当該側壁１２ａよりも小さいポンプ室ハウジング１３から成る。ポンプ本体３は、図３に示すようにハウジング本体１１内に対向したＥ型鉄心を有する電磁石１５の間に２個の永久磁石１６を有する振動子１７が配置され、この振動子１７の左右両端は、夫々周縁部が両側壁１２ａと左右のポンプ室ハウジング１３との間に気密に固定された円板状の合成ゴム製のダイヤフラム１８、１８の中央部に固定支持されている。
【００１４】
ポンプ室ハウジング１３にはダイヤフラム１８の外側にポンプ室２１、吸入通路２２、吐出通路２３が設けられている。吸入通路２２は、一端がポンプ室２１に連通し、他端がダイヤフラム１８の内側即ち、ハウジング本体１２の内部に連通している。吐出通路２３は、一端がポンプ室２１に連通し、他端がポンプ室ハウジング１３の後側に開口されている。ポンプ室２１と吸入通路２２、吐出通路２３とを連通する吸入口、吐出口に吸気弁２４、吐出弁２５が設けられている。また、ハウジング本体１２の上面１２ｅの所定位置例えば、略中央に空気吸入口１２ｆが開口されており（図１、図２）、ハウジング本体１２の内部に空気（大気）を導入して吸入通路２２からポンプ室２１に供給する。
【００１５】
箱体５は、前壁５ａの上部中央位置に穿設された孔５ｂに吐出口としてのニップル３１が装着されており（図１）、開口端の内側四隅に蓋体６を取り付けるためのボス５ｃが設けられ（図２）、底壁５ｄの四隅に防振用のゴム脚３２が固定されている。ポンプ本体３は、ハウジング本体１２の上面が蓋体６の裏面に密着固定されて箱体５に収納される。蓋体６は、箱体５の開口部に装着されて四隅をボス５ｃにねじ止めされて気密に固定される。蓋体６にはポンプ本体３のハウジング本体１２の空気吸入口１２ｆと連通する空気吸入口６ａが設けられ、ハウジング本体１２内に空気（大気）を導入可能とされている。箱体５及び蓋体６は、例えば、アルミダイキャスト、樹脂部材等で形成されている。尚、箱体５及び蓋体６は、ポンプ本体３の放熱性を考慮するとアルミダイキャスト製が好ましい。
【００１６】
図１乃至図３に示すようにポンプ本体３は、筐体２に収納された状態においてハウジング本体１２の後面１２ｂ、下面１２ｃ、ポンプ室ハウジング１３の側面１３ａと、箱体５の底壁５ｄ、後壁５ｅ、側壁５ｆの各内面との間が相互に干渉しない程度の狭い隙間とされており、前面１２ｄと前壁５ａの内面との間に整流通路２７が形成されている。この整流通路２７は、狭い通路とされ、当該整流通路２７内に流れ込む圧縮空気に抵抗を付与することで整流効果を得るようになっている。
【００１７】
ハウジング本体１２の左右の側壁１２ａと左右のポンプ室ハウジング１３の周縁部と箱体５の内面との間に広い空気室２８、２８が形成され、整流通路２７に連通されている。そして、ポンプ室２１の吐出通路２３の吐出口２３ａは、整流通路２７と反対側即ち、箱体５の後壁５ｅの内面に向かって且つ離隔して開口している。整流通路２７の幅（前面１２ｄと前壁５ａの内面との間隔）、及び当該整流通路２７の吐出口としてのニップル３１の内径は、ポンプ室２１から吐出される圧縮空気量、空気室２８の大きさ、ニップル３１から吐出される圧縮空気圧の目標とする脈動幅等を考慮して最適な値に設定される。
【００１８】
以下に作用を説明する。
図３において、ポンプ本体３の電磁石１５に交流電源を通電すると、周波数に応じた交番磁界が電磁石１５のＥ型鉄心の振動子１７側端面に発生する。この発生した交番磁界と永久磁石１６の固定磁界とにより吸引力／反発力がＥ型鉄心と振動子１７との間に発生し、振動子１７が軸方向（左右方向）振動運動を開始する。振動子１７の両端はダイヤフラム１８に固定されているため、このダイヤフラム１８に閉じられたポンプ室２１の容積が拡大・縮小を繰り返す。そして、吸気弁２４と吐出弁２５の逆止作用によりポンプ作用がなされ、蓋体６の空気吸入口６ａからハウジング本体１２内に大気が導入され、吸入通路２２を通してポンプ室２１に供給されて圧縮され、吐出口２３ａから後壁５ｅに向けて空気室２８に吐出される。
【００１９】
ポンプ本体３は、その動作原理上左右のポンプ室２１、２１から交互に間欠的に圧縮空気が空気室２８、２８に吐出される。左右のポンプ室２１、２１から左右の空気室２８、２８に後壁５ｅに向けて交互に吐出された間欠圧縮空気は、後壁５ｅ内面で反射されて空気室２８内に貯溜され、前壁５ａ側に向かって脈動波となり整流通路２７に入り込み、当該整流通路２７において一体化される。左右の空気室２８、２８の間欠圧縮空気は、整流通路２７が幅狭い通路とされていることで整流通路２７に集まってくるときに抵抗を受けて整流作用が行われて整流され、更にニップル３１が整流通路２７の中央に設けられていることで位相が反対の脈動が平均化されて吐出される。これにより、ニップル３１から吐出される圧縮空気の脈動が大幅に低減される。
【００２０】
図７乃至図９にニップル３１から吐出される圧縮空気の脈動波形の一例を示す。図７乃至図９において横軸（Ｘ軸）が時間を、縦軸（Ｙ軸）が圧力を表し、圧力の電気信号の関係上１Ｖがゲージ圧０（大気圧）になり、その１目盛上（２００ｍＶ）が目標圧力Ｐを示している。また、波形を見やすくするために図７乃至図９の時間軸の幅を変えてあり、図７は、５０ｍ秒／目盛、図８は、１０ｍ秒／目盛、図９は、５ｍ秒／目盛となっている。
【００２１】
そして、図７は、本願発明のエアポンプ１のニップル３１から吐出される圧縮空気の脈動波形を表しており、脈動波形の幅が±５％以下と大幅に軽減されていることが見て取れる。図８は、ニップル３１を整流通路２７の中央から左右何れかに偏位させた場合、具体的には図３に２点鎖線で示す位置にニップル３１’を設けた場合における当該ニップル３１’から吐出される圧縮空気の脈動波形を表している。この場合脈動幅が±１５％程度と大きくなる。また、図９は、図６に示す従来の電磁振動型ダイヤフラム式エアポンプにおいてサージタンク４２を外した場合における吐出圧縮空気の脈動波形を示し、脈動幅が±４０％である。従って、本願発明のエアポンプ１は、圧縮空気の脈動が極めて小さく且つコンパクトに構成することができ、エアポンプ本体３の約１．３倍程度の大きさとすることが可能であり、燃料電池のケース内に過給器として組み込むことが可能となる。
【００２２】
また、ポンプ本体３のケーシング本体１２の空気吸入口１２ｆから導入されて左右のポンプ室２１に供給される空気により電磁石１５、振動子１７等を冷却することが可能であり、従って、冷却したい部材の上方位置に空気吸入口１２ｆ、６ａを設けることで、これらの部材を効果的に冷却することができる。
図４は本発明のエアポンプ１の第２実施形態を示し、図５は、図４の矢線Ｖ−Ｖに沿う断面図である。尚、図１と同一部材には同一符号を付してある。図４及び図５においてエアポンプ１は、蓋体６の空気吸入口６ａの上部にダクト３４を設けて吸気音を低減させると共に、箱体５の底壁５ｄの内面に突起５ｈを左右方向（長手方向）に間隔を存して複数例えば、２個設けてハウジング本体１２の下面１２ｃに当接させて支持し、ポンプ本体３と筐体２との共振を防止するようにしたものである。また、箱体５の前壁５ａにニップル３１を一体に形成して部品点数の低減を図っている。尚、ダクト３４内にエアフィルタを収納して吸入空気を浄化するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の本発明によれば、ポンプ本体の左右のポンプ室から左右のポンプ室に交互に吐出された圧縮空気が整流通路において整流され、一体化されることで、筐体の吐出口から吐出される圧縮空気の脈動が大幅に低減される。また、構造が簡単で配管用のチューブや組付工数が不要となり、コストの低減が図られると共に、筐体のコンパクト化が図られ、燃料電池等への組込が可能となる。
【００２４】
請求項２の発明では、ポンプ本体の左右のポンプ室から整流通路と反対側に向けて交互に吐出された間欠圧縮空気は、これら空気室内を整流通路側に移動する間に脈動が低減されて整流通路に入り込むことで、整流通路における整流作用が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエアポンプの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すエアポンプの矢線ＩＩ―ＩＩに沿う断面図である。
【図３】図１に示すエアポンプの矢線ＩＩＩ―ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】本発明に係るエアポンプの第２実施形態を示す断面図である。
【図５】図４に示すエアポンプの矢線Ｖ−Ｖに沿う断面図である。
【図６】従来のエアポンプの構成図である。
【図７】図１に示すエアポンプの吐出圧縮空気の脈動特性を示す図である。
【図８】図１に示すエアポンプにおいて吐出用のニップルの取付位置をずらした場合における吐出圧縮空気の脈動特性を示す図である。
【図９】図６に示すエアポンプにおいてサージタンクを取り除いた場合の吐出圧縮空気の脈動特性を示す図である。
【符号の説明】
１  エアポンプ
２  筐体
３  エアポンプ本体（電磁振動型フラム式エアポンプ）
５  箱体
６  蓋体
１１  ハウジング
１２  ハウジング本体
１３  ポンプ室ハウジング
２１  ポンプ室
２２  吸入通路
２３  吐出通路
２７  整流通路
２８  空気室
３１  ニップル（吐出口）
【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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【図９】
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