(57)【要約】【課題】中空のロータ内部に溜まった水分の凍結により起動することができなくなるという不具合を防止することができるルーツ型圧縮機を提供する。【解決手段】ロータ８，９の軸方向端面とケーシング２の内壁面との間隙から水分が中空部８ａ，９ａ内に浸入しても、ロータ８，９の回転により中空部８ａ，９ａ内の水分はロータ８，９の回転方向に対して中空部８ａ，９ａの後端方向へと流され、中空部８ａ，９ａの後端位置に形成されている連通部８ｂ，９ｂを通ってロータ室７へと排出される。ロータ室７へ排出された水分は、さらに、ロータ室７の吐出ポート１２から外部へと排出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ室内で回転する中空のロータを有するルーツ型圧縮機において、
ロータの壁部に中空部とロータ室とを連通する連通部が形成され、ロータの中空部に浸入した水をロータの回転により前記連通部からロータ室へ排出することを特徴とするルーツ型圧縮機。
【請求項２】
ロータは複数の中空部を有し、各中空部にそれぞれ前記連通部が形成される請求項１に記載のルーツ型圧縮機。
【請求項３】
前記連通部は、ロータの軸方向端部に形成された切り欠きである請求項１または２に記載のルーツ型圧縮機。
【請求項４】
前記連通部は、ロータの壁部に形成された貫通孔である請求項１または２に記載のルーツ型圧縮機。
【請求項５】
前記連通部は、ロータの回転方向に対して中空部の後端位置に形成される請求項１〜４のいずれか一項に記載のルーツ型圧縮機。
【請求項６】
前記連通部は、ロータの回転軸に垂直な面内においてロータの回転中心から中空部の後端部に接線を引いたときの接点の位置に形成される請求項５に記載のルーツ型圧縮機。
【請求項７】
燃料電池システムの燃料ガスを供給するポンプとして使用される請求項１〜６のいずれか一項に記載のルーツ型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ルーツ型圧縮機に係り、特に中空のロータを有するルーツ型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルーツ型圧縮機は、一般に、一対のロータが互いに平行な回転軸の回りを互いに逆方向に回転して吸気及び排気を行うものであるが、ロータの慣性モーメントを小さくして圧縮機の効率を向上させるために、例えば特許文献１に開示されているように、各ロータが中空に形成される。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば燃料電池システムにおける水素ポンプとしてこのルーツ型圧縮機を使用すると、発電に伴って生成された水が水素オフガスと共に燃料電池本体から排出されて水素ポンプ内に水素オフガスと共に水分も導入されるため、水分がロータの軸方向端面とケーシング内壁面との間隙からロータの中空部内に浸入して溜まる傾向にある。このため、低温環境下で燃料電池システムを運転状態から停止すると、水素ポンプのロータの中空部内で水分が凝縮して凍結することがある。また、空気を燃料電池本体の酸素極に供給するために用いられる空気ポンプにおいても、吸入空気中の水分あるいは吐出側からの加湿空気の逆流によりロータの中空部内に水分が浸入して凍結することがある。このようにして、ロータの中空部内に溜まった水分がロータの軸方向端部においてケーシングとの間で凍結すると、運転再開時にルーツ型圧縮機を起動することができなくなる虞を生じてしまう。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、中空のロータ内部に溜まった水分の凍結により起動することができなくなるという不具合を防止することができるルーツ型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るルーツ型圧縮機は、ロータ室内で回転する中空のロータを有するルーツ型圧縮機において、ロータの壁部に中空部とロータ室とを連通する連通部が形成され、ロータの中空部に浸入した水をロータの回転により連通部からロータ室へ排出するものである。
ロータの中空部に浸入した水はロータの回転によって連通部からロータ室へと排出され、ロータ室の吐出ポートから外部へ排出される。その結果、ロータの中空部に水が溜まって凍結することが防止される。
【０００６】
なお、ロータが複数の中空部を有する場合には、各中空部にそれぞれ連通部を形成することが好ましい。
連通部としては、ロータの軸方向端部に形成された切り欠き、あるいはロータの壁部に形成された貫通孔を用いることができる。
また、連通部をロータの回転方向に対して中空部の後端位置に形成することが好ましく、特にロータの回転軸に垂直な面内においてロータの回転中心から中空部の後端部に接線を引いたときの接点の位置に連通部を形成することが望ましい。
さらに、この発明のルーツ型圧縮機は、燃料電池システムの燃料ガスを供給するポンプとして適用することができる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ロータの壁部に連通部を形成することにより、ロータの中空部に水が浸入しても、その水はロータの回転によって連通部からロータ室へ排出される。このため、ロータの中空部に溜まった水分の凍結により起動することができなくなるという不具合が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態に係るルーツ型圧縮機１の内部構成を図１に示す。ルーツ型圧縮機１は、ケーシング２に互いに平行で且つ回転自在に配設された駆動軸３及び従動軸４を有しており、駆動軸３の一端部に取り付けられたドライブギヤ５と従動軸４の一端部に取り付けられたドリブンギヤ６とが噛合している。駆動軸３及び従動軸４はケーシング２内に画成されたロータ室７を貫通しており、ロータ室７内にて駆動軸３に第１のロータ８が、従動軸４に第２のロータ９がそれぞれ固定されている。また、駆動軸３の他端部はケーシング２の外部へ延出しており、ケーシング２に固定された駆動用モータ１０の回転軸を構成している。
【０００９】
駆動用モータ１０により駆動軸３が回転すると、ドライブギヤ５及びドリブンギヤ６を介して従動軸４が駆動軸３とは反対方向に回転する。これにより、ロータ室７内において、第１のロータ８と第２のロータ９が互いに反対方向に回転して吸気と排気が行われる。
【００１０】
駆動軸３及び従動軸４の軸方向から見たロータ室７の内部構造を図２に示す。第１のロータ８は、駆動軸３の両側にそれぞれ配置されると共に駆動軸３の軸方向に延びる一対の中空部８ａを有しており、ロータ８の外郭を形成する壁部８ｗにそれぞれ中空部８ａとロータ室７とを連通する連通部８ｂが形成されている。この連通部８ｂは、第１のロータ８の壁部８ｗの軸方向端部に切り欠きとして形成され、ケーシング２の内壁面２ａとの間に水分を通す連通路を形成する。また、連通部８ｂは、図２に矢印で示すロータ８の回転（進行）方向に対して中空部８ａの後端位置８ｃ、特に駆動軸３に垂直な面内においてロータ８の回転中心（駆動軸３の軸心）８ｒから中空部８ａの後端部に接線Ｌ１を引いたときの接点の位置（最後端位置）に形成されている。
【００１１】
同様に、第２のロータ９は、従動軸４の両側にそれぞれ配置されると共に従動軸４の軸方向に延びる一対の中空部９ａを有しており、ロータ９の外郭を形成する壁部９ｗにそれぞれ中空部９ａとロータ室７とを連通する連通部９ｂが形成されている。この連通部９ｂは、第２のロータ９の壁部９ｗの軸方向端部に切り欠きとして形成され、ケーシング２の内壁面２ａとの間に水分を通す連通路を形成する。また、連通部９ｂは、図２に矢印で示すロータ９の回転（進行）方向に対して中空部９ａの後端位置９ｃ、特に従動軸４に垂直な面内においてロータ９の回転中心（従動軸４の軸心）９ｒから中空部９ａの後端部に接線Ｌ２を引いたときの接点の位置（最後端位置）に形成されている。
また、ケーシング２には駆動軸３及び従動軸４の長さ方向に沿って吸入ポート１１と吐出ポート１２とが互いに対向して形成されている。
【００１２】
例えばこのルーツ型圧縮機を燃料電池システムにおける水素ポンプや空気ポンプとして使用した結果、第１のロータ８の軸方向端面とケーシング２の内壁面２ａとの間隙から水分が中空部８ａ内に浸入したとしても、図３に示されるように、ロータ８の回転により中空部８ａ内の水分はロータ８の回転方向に対して中空部８ａの後端方向へと流され、中空部８ａの後端位置８ｃに形成されている連通部８ｂを通ってロータ室７へと排出される。このようにしてロータ室７へ排出された水分は、さらに、ロータ室７の吐出ポート１２から外部へと排出される。
同様にして、第２のロータ９の中空部９ａ内に水分が浸入したとしても、ロータ９の回転により中空部９ａ内の水分はロータ９の回転方向に対して中空部９ａの後端方向へと流され、中空部９ａの後端位置９ｃに形成されている連通部９ｂを通ってロータ室７へと排出される。
このため、第１のロータ８の中空部８ａあるいは第２のロータ９の中空部９ａに水が溜まって凍結し、圧縮機を起動することができないといった不具合が未然に回避される。
【００１３】
なお、鋳造等によって第１のロータ８及び第２のロータ９を製作する際には、中空部８ａ及び９ａが軸方向端部に向かうテーパ形状となる。このため、軸方向端部に水分が集まりやすくなり、従って軸方向端部に連通部８ｂ及び９ｂを形成すれば、水分をロータ室７へ排出しやすくなる。
【００１４】
なお、上記の実施の形態においては、連通部８ｂ及び９ｂを第１のロータ８及び第２のロータ９の軸方向端部にそれぞれ切り欠きとして形成したが、これに限るものではなく、第１のロータ８及び第２のロータ９の軸方向中間部の壁部に貫通孔を形成し、この貫通孔を中空部８ａ及び９ａとロータ室７とを連通する連通部としてもよい。このようにロータの軸方向中間部の壁部に貫通孔を形成すれば、ケーシング２の内壁面から離れているため、貫通孔からロータ室７へ排出された水分が再びロータの中空部に浸入する虞が少なくなる。
また、各中空部８ａ及び９ａに複数の切り欠き状あるいは貫通孔の連通部を形成することもできる。
【００１５】
上記の実施の形態では、ルーツ型圧縮機１は、吸入ポート１１がロータ室７の上側、吐出ポート１２がロータ室７の下側となるように、駆動軸３を水平方向に向けて横置きして設置される。ただし、ルーツ型圧縮機１を駆動軸３が鉛直方向を向くように縦置きしてもよく、また、その他どのような角度において設置しても構わない。
この発明では、中空部に浸入した水分を排出するため、各中空部をロータの進行方向に対して前方側と後方側とに分けた場合、少なくとも後方側に連通部が位置する必要がある。
【００１６】
この発明は、燃料電池システムにおいて燃料電池本体への燃料ガスを供給する水素ポンプや空気ポンプとして使用されるルーツ型圧縮機に適用される他、各種用途のルーツ型圧縮機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態に係るルーツ型圧縮機の内部を示す断面図である。
【図２】駆動軸及び従動軸の軸方向から見たロータ室の内部構造を示す端面図である。
【図３】ロータの中空部に形成された連通部を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  ルーツ型圧縮機、２  ケーシング、３  駆動軸、４  従動軸、５  ドライブギヤ、６  ドリブンギヤ、７  ロータ室、８  第１のロータ、９  第２のロータ、１０  駆動用モータ、１１  吸入ポート、１２  吐出ポート、２ａ  内壁面、８ａ，９ａ  中空部、８ｂ，９ｂ  連通部、８ｃ，９ｃ  後端位置、８ｒ，９ｒ  回転中心、８ｗ，９ｗ  壁部、Ｌ１，Ｌ２  接線。
【図１】
2005155408.tif 000003
【図２】
2005155408.tif 000004
【図３】
2005155408.tif 000005