(57)【要約】【課題】大型化、コスト増加及びポンプ効率の低下を招くことなく、凍結によるロータの固着を抑制可能な水素ポンプを提供する。【解決手段】燃料電池へ水素ガスを供給するルーツ式の水素ポンプ１１であって、ハウジング２１と、ハウジング２１内に回転可能に設けられたロータ２５と、ロータ２５を回転させるモータ部１４と、を備える。ロータ２５の軸方向一端側の端面２５ａとこれに対向するハウジング２１の一方の側壁部２２ａとのクリアランスが、ロータ２５の軸方向他端側の端面２５ｂとこれに対向するハウジング２１の他方の側壁部２２ｂとのクリアランスよりも小さい。クリアランスが小さい側のハウジング２１には、ヒータ２８が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池へ水素ガスを供給するルーツ式の水素ポンプであって、
ハウジングと、
該ハウジング内に回転可能に設けられたロータと、
該ロータを回転させるモータと、を備え、
前記ロータの軸方向一端面とこれに対向する前記ハウジングの一方の側壁とのクリアランスが、前記ロータの軸方向他端面とこれに対向する前記ハウジングの他方の側壁とのクリアランスよりも小さく、前記クリアランスが小さい側の前記ハウジングに加熱手段が設けられている水素ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに用いられる水素ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のアノードに燃料ガスとしての水素を供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させる燃料電池システムは、その水素循環路に、水素を循環させるための水素ポンプを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池システムの水素循環路に設けられたポンプは、燃料電池からの生成水及び結露水の混入が避けられない。このため、燃料電池システムの起動停止後に氷点下環境となると、水素ポンプのハウジング内の水が凍結するおそれがある。水素ポンプがルーツ式である場合に、ロータの軸方向両端面と該両端面に対向するハウジングの内壁との隙間において水が凍結すると、ロータ両端面がハウジング内壁に固着してしまう。したがって、凍結によるロータ両端面とハウジング内壁との固着を防ぐには、ロータの一端面とこれに対向するハウジング内壁とのクリアランス、ロータの他端面とこれに対向するハウジング内壁とのクリアランスの両方を大きくしなければならず、かかる場合には、水素ポンプの大型化及びポンプ効率の低下を招くおそれがある。凍結によるロータのハウジングへの固着を防ぐためにハウジングにヒータを取り付けることも考えられるが、水素ポンプがルーツ式の場合には、ロータの両端面にそれぞれ対向するハウジングの両側壁にヒータを取り付ける必要があるため、水素ポンプの大型化及びコスト増加を招くおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大型化、コスト増加及びポンプ効率の低下を招くことなく、凍結によるロータの固着を抑制可能な水素ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の水素ポンプは、
燃料電池へ水素ガスを供給するルーツ式の水素ポンプであって、
ハウジングと、
該ハウジング内に回転可能に設けられたロータと、
該ロータを回転させるモータと、を備え、
前記ロータの軸方向一端面とこれに対向する前記ハウジングの一方の側壁とのクリアランスが、前記ロータの軸方向他端面とこれに対向する前記ハウジングの他方の側壁とのクリアランスよりも小さく、前記クリアランスが小さい側の前記ハウジングに加熱手段が設けられている。
【０００７】
この構成の水素ポンプによれば、ロータの端面とハウジングとのクリアランスを両方とも大きくすることなく、加熱手段によってロータの軸方向一端面とハウジングとのクリアランスが小さい方の隙間における凍結を抑制することができる。これにより、大型化を招くことなく、コスト増加を抑えつつ、凍結によるロータの固着を抑制することができる。また、ロータの一端面とハウジングとのクリアランスを小さくすることができるので、ポンプ効率を高めることができる。
このように、本発明の水素ポンプによれば、通常運転時のポンプ効率の向上と耐凍結性の向上とを両立させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大型化、コスト増加及びポンプ効率の低下を招くことなく、凍結によるロータの固着を抑制可能な水素ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る水素ポンプの概略構成を示す図であって、（ａ）は水素ポンプの概略側面図、（ｂ）は水素ポンプの概略正面図である。
【図２】水素ポンプを構成するポンプ部の軸方向に直交する方向の概略断面図である。
【図３】水素ポンプを構成するポンプ部の軸方向に沿う方向の概略断面図である。
【図４】変形例に係る水素ポンプの概略構成を示す図であって、（ａ）は水素ポンプの概略側面図、（ｂ）は水素ポンプの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る水素ポンプの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る水素ポンプの概略構成を示す図であって、（ａ）は水素ポンプの概略側面図、（ｂ）は水素ポンプの概略正面図である。図２は、水素ポンプを構成するポンプ部の軸方向に直交する方向の概略断面図である。図３は、水素ポンプを構成するポンプ部の軸方向に沿う方向の概略断面図である。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の水素ポンプ１１は、ポンプ部１２と、ギヤ部１３と、モータ部１４とを有している。水素ポンプ１１は、燃料電池システムの水素循環路に設けられ、燃料電池へ供給されるアノードガスとしての水素を循環するものである。
【００１２】
図２及び図３に示すように、ポンプ部１２は、ハウジング２１と、一対のロータ２５とを有している。ハウジング２１は、一対の側壁部２２ａ，２２ｂと、これらの側壁部２２ａ，２２ｂの周縁同士を繋ぐように設けられた周壁部２３とを有している。ハウジング２１は、側壁部２２ａ，２２ｂと周壁部２３とで囲われた部分がポンプ室２４とされている。ハウジング２１は、その周壁部２３に、吸入口２３ａと吐出口２３ｂとを有している。吸入口２３ａ及び吐出口２３ｂは、燃料電池システムの水素循環路（図示略）に接続されている。
【００１３】
一対のロータ２５は、ハウジング２１のポンプ室２４内に収容されている。ロータ２５は、断面視が双葉状（瓢箪状）に形成されており、その中心に、回転軸２６を有している。回転軸２６は、ハウジング２１の側壁部２２ａ，２２ｂに回転可能に支持されている。一対のロータ２５は、互いに噛み合わされた状態でポンプ室２４内に収容されている。ロータ２５の端面２５ａ，２５ｂは、ハウジング２１の側壁部２２ａ，２２ｂに対向されている。
【００１４】
ハウジング２１の一方の側壁部２２ａには、ヒータ２８が設けられている。ヒータ２８は、平面型電気ヒータであり、ハウジング２１の一方の側壁部２２ａの外面に取り付けられている。ヒータ２８は、給電線２８ａから給電されることで発熱する。
【００１５】
ポンプ部１２では、ヒータ２８の配置側におけるロータ２５の軸方向の端面２５ａとハウジング２１の一方の側壁部２２ａとのクリアランスＣ１が、ヒータ２８と反対側におけるロータ２５の軸方向の端面２５ｂとハウジング２１の他方の側壁部２２ｂとのクリアランスＣ２よりも小さくされている。
【００１６】
ギヤ部１３は、ギヤケース３１と、一対のギヤ３５とを有している。ギヤケース３１は、ポンプ部１２のハウジング２１の他方の側壁部２２ｂに取り付けられている。ギヤ３５は、互いに噛み合わされた状態でギヤケース３１内に収容されている。これらのギヤ３５は、ポンプ部１２のロータ２５から延びる回転軸２６に固定されている。
【００１７】
モータ部１４は、ギヤ部１３におけるポンプ部１２と反対側に設けられている。モータ部１４は、駆動軸４１を有している。駆動軸４１は、ポンプ部１２の一方のロータ２５の回転軸２６に連結されている。モータ部１４は、給電されることで駆動軸４１を回転させる電動モータである。
【００１８】
上記構造の水素ポンプ１１では、モータ部１４が駆動することで駆動軸４１が回転されると、この駆動軸４１に連結された回転軸２６が回転される。すると、この回転軸２６に設けられた一方のギヤ３５及び一方のロータ２５が回転する。また、一方のギヤ３５が回転されることで、一方のギヤ３５に噛み合わされた他方のギヤ３５が反対方向へ回転される。これにより、この他方のギヤ３５が固定された他方の回転軸２６が一方の回転軸２６と反対方向へ回転され、よって、他方のロータ２５が一方のロータ２５と反対方向へ回転される。すると、ポンプ室２４内でのロータ２５の回転により、水素ガスが吸入口２３ａからポンプ室２４へ吸入され、吐出口２３ｂからポンプ室２４外へ吐出される。これにより、水素ガスが、水素循環経路を移送されて循環され、燃料電池へ送り込まれる。
【００１９】
ところで、燃料電池システムの水素循環路に設けられた水素ポンプ１１には、ポンプ部１２のポンプ室２４内への燃料電池からの生成水及び結露水の混入が避けられない。
【００２０】
このため、燃料電池システムの起動停止後、氷点下環境となると、ポンプ室２４内の水が凍結するおそれがある。したがって、凍結によるロータ２５のハウジング１２への固着を防ぐため、ロータ２５とハウジング２１の側壁部２２ａ，２２ｂとのクリアランスＣ１，Ｃ２を大きくしなければならない。
【００２１】
しかし、本実施形態に係る水素ポンプ１１では、ロータ２５の軸方向の一方の端面２５ａ側にヒータ２８が設けられているので、ヒータ２８に通電して加熱することで、ロータ２５のヒータ２８側の端面２５ａとハウジング１２のヒータ２８側の一方の側壁部２２ａとのクリアランスＣ１を大きくすることなく、ヒータ２８によってロータ２５の軸方向の端面２５ａとハウジング２１の一方の側壁部２２ａとの隙間における凍結を抑制することができる。これにより、大型化を招くことなく、コスト増加を抑えつつ、凍結によるロータ２８の固着を抑制することができる。また、ロータ２５の一方の端面２５ａとハウジング２１の一方の側壁部２２ａとのクリアランスＣ１を小さくすることができるので、ポンプ部１２のポンプ効率を高めることができる。
【００２２】
なお、ロータ２５の軸方向の他方の端面２５ｂ側とハウジング２１の他方の側壁部２２ｂとの隙間における凍結による固着は、広めのクリアランスＣ２が確保されていることによって防止できる。
【００２３】
ポンプ部１２のハウジング２１を加熱する加熱手段としては、給電によって発熱するヒータ２８に限らない。
図４は、変形例に係る水素ポンプの概略構成を示す図であって、（ａ）は水素ポンプの概略側面図、（ｂ）は水素ポンプの概略正面図である。
【００２４】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、この水素ポンプ１１では、ポンプ部１２を構成するハウジング２１の一方の側壁部２２ａ内に流路５１が形成されている。この流路５１は、ハウジング２１を鋳造する際に形成される。この流路５１には、供給管路５１ａ及び排出管路５１ｂが接続されている。
【００２５】
ポンプ部１２では、供給管路５１ａから流路５１内に温水が供給される。流路５１に供給された温水は、流路５１内を流れ、排出管路５１ｂへ排出される。これにより、ポンプ部１２のハウジング２１は、一方の側壁部２２ａが、流路５１内を流れる温水によって加熱される。
【００２６】
この変形例においても、流路５１内に流される温水によってハウジング１２の一方の側壁部２２ａが加熱されるので、一方の側壁部２２ａとロータ２５の軸方向の一方の端面２５ａとのクリアランスＣ１を大きくすることなく、ロータ２５の軸方向の端面２５ａとハウジング２１の一方の側壁部２２ａとの隙間における凍結を抑制することができ、しかも、ポンプ部１２のポンプ効率を高めることができる。
【００２７】
なお、流路５１には、温水に限らず温めたオイルを流しても良く、この場合も、流路５１を流れるオイルによってハウジング１２の一方の側壁部２２を加熱することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１１  水素ポンプ
１４  モータ部（モータ）
２１  ハウジング
２５  ロータ
２５ａ  端面
２８  ヒータ（加熱手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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