(57)【要約】  軸方向入口及び径方向出口を備えるケーシングと、前記ケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有する遠心ブロワ用の、空気取り入れアセンブリであって、空気入口と前記遠心ブロワの前記ブロワケーシングの前記軸方向入口に接続可能である空気出口とを有する空気取り入れアセンブリケーシング及び前記空気入口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記空気取り入れアセンブリケーシング内に取り付けられた逆止弁を備える空気取り入れアセンブリ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ブロワ空気取り入れ装置であって、
軸方向入口及び径方向出口を備えるブロワケーシングと、前記ケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータと、を有するブロワユニット、及び
空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記ブロワユニットの前記ブロワケーシングの前記軸方向入口に接続される空気取り入れアセンブリケーシングと、前記空気入口から前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記ケーシング内に取り付けられた逆止弁と、を有する空気取り入れアセンブリ、を備える遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項２】
前記逆止弁が、前記空気取り入れアセンブリケーシングの前記入口に取り付けられるフレキシブルダイヤフラムを有する、請求項１に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項３】
前記空気取り入れアセンブリが、前記空気入口及び前記空気出口の少なくとも一方に配置される少なくとも１つの空気濾過ユニットを更に有する、請求項１又は２に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項４】
前記空気濾過ユニットが、硫黄トラップ又は乾燥剤の少なくとも１つを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項５】
前記空気取り入れアセンブリケーシング及び前記ブロワケーシングが、一体に形成されるか又は互いに分離可能であるかの少なくとも一方である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項６】
請求項１に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置を組み込んだ、固体酸化物形燃料電池アセンブリ。
【請求項７】
遠心ブロワシステム用空気取り入れアセンブリであって、
複数のブロワユニットの列であって、前記列中の各ブロワユニットが、軸方向入口及び径方向出口を備えるブロワユニットケーシングと、前記ブロワユニットケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有する、複数のブロワユニットの列、
前記ブロワユニットの列中の少なくとも１つのブロワユニットの前記径方向出口と前記ブロワユニットの列中の少なくとも１つの他のブロワユニットの軸方向入口とを接続するダクト、及び
空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記ブロワユニットの列の第１ブロワユニットの前記ブロワユニットケーシングの前記軸方向入口に接続される空気取り入れアセンブリケーシングと、前記空気入口から前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記空気取り入れアセンブリケーシング内に取り付けられた逆止弁とを有する空気取り入れアセンブリ、を備える遠心ブロワシステム用空気取り入れアセンブリ。
【請求項８】
前記逆止弁が、前記空気取り入れアセンブリケーシングの前記入口に取り付けられるフレキシブルダイヤフラムを有する、請求項７に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項９】
前記空気取り入れアセンブリが、前記空気入口及び前記空気出口の少なくとも一方に配置される少なくとも１つの空気濾過ユニットを更に有する、請求項７又は８に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１０】
前記空気濾過ユニットが、硫黄トラップ又は乾燥剤の少なくとも１つを有する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１１】
前記空気取り入れアセンブリケーシング及び前記ブロワケーシングが、一体に形成されるか又は互いに分離可能であるかの少なくとも一方である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置を組み込んだ、固体酸化物形燃料電池アセンブリ。
【請求項１３】
軸方向入口及び径方向出口を備えるケーシングと、前記ケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有する遠心ブロワ用の、空気取り入れアセンブリであって、
空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記遠心ブロワの前記ブロワケーシングの前記軸方向入口に接続可能である空気取り入れアセンブリケーシング、及び
前記空気入口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記空気取り入れアセンブリケーシング内に取り付けられた逆止弁、を備える空気取り入れアセンブリ。
【請求項１４】
前記逆止弁が、前記空気取り入れアセンブリケーシングの前記入口に取り付けられるフレキシブルダイヤフラムを有する、請求項１３に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１５】
前記空気取り入れアセンブリが、前記空気入口及び前記空気出口の少なくとも一方に配置される少なくとも１つの空気濾過ユニットを更に有する、請求項１３又は１４に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１６】
前記空気濾過ユニットが、硫黄トラップ又は乾燥剤の少なくとも１つを有する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１７】
前記空気取り入れアセンブリケーシング及び前記ブロワケーシングが、一体に形成されるか又は互いに分離可能であるかの少なくとも一方である、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の遠心ブロワ空気取り入れ装置を組み込んだ、固体酸化物形燃料電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ブロワ及びこれを内蔵する燃料電池に関し、より詳細には遠心ブロワ用空気取り入れアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心ブロワ又は遠心ファンは、気体媒体の流れ又は移動を提供するための周知の装置である。一般的なタイプの遠心ブロワは、軸方向向きの気体入口及び径方向向きの気体出口を備える筺体と、筺体内に配設されて気体を第１圧力で前記入口に引き込み、気体をより高い第２の圧力で前記出口から排出するインペラと、インペラを駆動、即ち、回転させる、モータとを有する。この一般タイプの遠心ブロワのバリエーションは、例えば米国特許第４，９１７，５７２号明細書；米国特許第５，８３９，８７９号明細書；米国特許第６，８７７，９５４号明細書；米国特許第７，０６１，７５８号明細書；米国特許第７，３５１，０３１号明細書；米国特許第７，８８７，２９０号明細書；米国特許第７，８９１，９４２号明細書及び米国特許出願公開第２００６/００５１２０３号明細書に開示されており、これらの内容全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。
【０００３】
単一ユニット及び複数の独立ユニット構成での遠心ブロワは、コンピュータ、サーバー及び熱を発生する他の電気・電子装置及び機器用の冷却システムの部品として開示されている。米国特許第６，５２５，９３５号明細書；米国特許第７，１８４，２６５号明細書；米国特許第７，７４４，３４１号明細書；米国特許第７，８０２，６１７号明細書；米国特許第７，８６４，５２５号明細書；米国特許第７，８８５，０６８号明細書；米国特許第７，９４８，７５０号明細書；米国特許第７，９０２，６１７号明細書及び米国特許第７，８８５，０６８号明細書を参照し、これらの内容全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。
【０００４】
上述した一般的なタイプの遠心ブロワは、高分子電解膜（ＰＥＭ）型及び固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）型の両方の燃料電池、及び化学改質装置の部品として開示されており、それらは一つ以上の性能（例えば、燃料電池アセンブリの陰極素子への空気など酸化剤含有気体の流れ及び／又は陽極素子へのガス状又は気化燃料の流れを供給すること、燃料電池アセンブリの陽極素子に未使用の燃料を再循環させること、燃料電池アセンブリを冷却する冷気流を供給すること又は燃料電池アセンブリの作動用の水素を提供するために燃料の外部もしくは内部改質の前に液体燃料を気化させる高温気流を供給すること）を発揮する。一つ以上の遠心ブロワを特徴とする燃料電池ブロアアセンブリは、例えば米国特許第６，４９７，９７１号明細書；米国特許第６，８３０，８４２号明細書；米国特許第７，３１４，６７９号明細書及び米国特許第７，９４３，２６０号明細書に記載され、これらの内容全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，９１７，５７２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３９，８７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８７７，９５４号明細書
【特許文献４】米国特許第７，０６１，７５８号明細書
【特許文献５】米国特許第７，３５１，０３１号明細書
【特許文献６】米国特許第７，８８７，２９０号明細書
【特許文献７】米国特許第７，８９１，９４２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６/００５１２０３号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５２５，９３５号明細書
【特許文献１０】米国特許第７，１８４，２６５号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，７４４，３４１号明細書
【特許文献１２】米国特許第７，８０２，６１７号明細書
【特許文献１３】米国特許第７，８６４，５２５号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，８８５，０６８号明細書
【特許文献１５】米国特許第７，９４８，７５０号明細書
【特許文献１６】米国特許第７，９０２，６１７号明細書
【特許文献１７】米国特許第７，８８５，０６８号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，４９７，９７１号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，８３０，８４２号明細書
【特許文献２０】米国特許第７，３１４，６７９号明細書
【特許文献２１】米国特許第７，９４３，２６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池アセンブリは、通常作動中に、３５０℃から９００℃を超える温度まで熱くなる。当該燃料電池アセンブリの部品は、スタートアップ及び通常作動モード中でも機械的、化学的及び／又は電気的完全性を維持するように設計されている。低出力モードへの移行であれ、又は電力ダウンの手順であれ、冷却期間中に、問題が起こる場合がある。例えば、当該システムの冷却時、燃料電池アセンブリ内の空気は凝縮して燃料電池アセンブリ内の減圧が生み出される場合があり、これにより空気入口から外気が取り込まれ続けるか燃料電池アセンブリの排気を通して排気及びおそらくは外気が引き戻される可能性がある。当該追加の空気又は排気に燃料電池アセンブリを曝すと、燃料電池スタックにダメージを与える酸化が起こる可能性がある。
【０００７】
多くの燃料電池アセンブリ及び改質装置は、内部で起こる電気的及び化学的反応のための並びに当該ユニット内の温度制御のための酸素源として周囲空気を用いている。周囲空気は通常、微粒子（例えば、ちりやほこり）、混入物質（例えば、硫黄、炭化水素）及び／又は水分を含み、それぞれ燃料電池及び改質ユニットにダメージを与える可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、遠心ブロワ空気取り入れ装置であって、軸方向入口及び径方向出口を備えるブロワケーシングと、前記ケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有するブロワユニット、及び空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記ブロワユニットの前記ブロワケーシングの前記軸方向入口に接続される空気取り入れアセンブリケーシングと、前記空気入口から前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記ケーシング内に取り付けられた逆止弁とを有する空気取り入れアセンブリを備える遠心ブロワ空気取り入れ装置が提供される。
【０００９】
本発明によると更に、遠心ブロワシステム用空気取り入れアセンブリであって、複数のブロワユニットの列であって、前記列中の各ブロワユニットが軸方向入口及び径方向出口を備えるブロワユニットケーシングと、前記ブロワユニットケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有する、複数のブロワユニットの列、前記ブロワユニットの列中の少なくとも１つのブロワユニットの前記径方向出口と前記ブロワユニットの列中の少なくとも１つの他のブロワユニットの軸方向入口とを接続するダクト、及び空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記ブロワユニットの列の第１ブロワユニットの前記ブロワユニットケーシングの前記軸方向入口に接続可能な空気取り入れアセンブリケーシングと、前記空気入口から前記空気出口へ空気が流れるようにし、前記空気出口から前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記空気取り入れアセンブリケーシング内に取り付けられた逆止弁とを有する空気取り入れアセンブリを備える遠心ブロワシステム用空気取り入れアセンブリが提供される。
【００１０】
本発明によると更に、軸方向入口及び径方向出口を備えるケーシングと、前記ケーシング内に配設されて気体媒体を第１圧力で前記軸方向入口に引き込み、気体媒体をより高い第２の圧力で前記径方向出口から排出するインペラと、前記インペラを駆動させるモータとを有する遠心ブロワ用空気取り入れアセンブリであって、空気入口と空気出口とを有し、且つ前記空気出口は前記遠心ブロワの前記ブロワケーシングの前記軸方向入口に接続可能である空気取り入れアセンブリケーシング、及び前記空気入口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気出口へ空気が流れるようにし前記空気出口から前記空気取り入れアセンブリケーシングを通って前記空気入口へ空気が流れないようにする位置で前記空気取り入れアセンブリケーシング内に取り付けられた逆止弁を備える空気取り入れアセンブリが提供される。
【００１１】
本明細書に記載の当該遠心ブロワシステム用空気取り入れアセンブリは、特に内部の気体媒体の流れを制御するために燃料電池又は燃料改質装置に内蔵されている場合、先行技術の遠心ブロワにいくつかの利点をもたらす。
【００１２】
逆止弁前での流入空気の濾過は、微粒子、揮発性化合物、環境からの潜在的な硫黄化合物、水分を減らす乾燥剤を濾過するために用いられ得る。
【００１３】
逆止弁後での流入空気の濾過は、微粒子、揮発性化合物、環境からの潜在的な硫黄化合物、水分を減らす乾燥剤を濾過するために用いられ得る。
【００１４】
逆止弁は、ゼロフロー状態がファンやその他のプロセス空気から逆流するのを防ぐ。高温では、これは酸化によって固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と触媒に損傷を与える可能性がある。本発明は、これが起こるのを防ぐことができる。
【００１５】
当該フィルタはある種の網状発泡体（ｆｏａｍ）（低圧降下型）であってもよく、上記の機能を果たすべく特定の物質でドープされていてもよい。
【００１６】
当該逆止弁は、開くのにほとんど圧力降下を引き起こさず且つ閉じて密閉するのにわずかな物質固有の剛性及びばね定数を必要とする、軟質エラストマーであってもよい。
【００１７】
燃料電池の気体流条件を満たすために本発明の複数のブロワシステムを用いることで、制御用の低い慣性インペラと、必要な気体流及び圧力を供給する駆動モータの低い回転数及び低い電力取り出しとの両方から、当該システムは利益を得ることができる。
【００１８】
同等の気体流量を有する単一遠心ブロワより小さい慣性力を本来有する遠心ブロワの複数が一体化した又は相互連結された構成において、本明細書に記載の遠心ブロワシステムは単一の遠心ブロワユニットよりも、幅広い気体圧力及び気体流条件に対して改善された応答時間及び制御を提供する。複数の遠心ブロワを用いたこの構成を特徴とする燃料電池ブロワアセンブリは、例えば米国特許第９，０１７，８９３号；９，５９３，６８６号及び９，５１２，８４６号に記載され、これらの内容全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。
【００１９】
複数の遠心ブロワを用いたこの構成を特徴づける更なる燃料電池ブロワアセンブリは、例えば国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０２０７０７（２０１５年３月１６日に出願）及び国際公開第２０１６/１４８６８１号（２０１６年９月２２日に公開）に記載され、これらの内容全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。
【００２０】
本発明の上記及びその他の新規の特徴と利点は、以下の詳細説明と添付の図面からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本開示による空気取り入れアセンブリが適用され得る第２のブロワユニットの入口部分及びインペラを示すためにダクトの一部を切欠図で表したデュアルブロワシステムの斜視図である。
【図１Ｂ】本開示による空気取り入れアセンブリが適用され得る図１Ａのデュアルブロワシステムの平面図である。
【図２】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示による空気取り入れアセンブリの平面図である。
【図３】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示による空気取り入れアセンブリの斜視図である。
【図４】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示による空気取り入れアセンブリの正面図である。
【図５】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示による空気取り入れアセンブリの側面図である。
【図６】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示による空気取り入れアセンブリの切断斜視図である。
【図７】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示によるフィルタコンポーネントを含む空気取り入れアセンブリの切断斜視図である。
【００２２】
【図８Ａ】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示の様々な実施形態による複数のフィルタコンポーネントを含む空気取り入れアセンブリの切断側面図である。
【図８Ｂ】当該デュアルブロワシステムに接続された、本開示の様々な実施形態による複数のフィルタコンポーネントを含む空気取り入れアセンブリの切断側面図である。
【図９】本発明によるデュアルブロワシステムに対する、本開示による空気取り入れアセンブリの制御システムのブロック図である。
【図１０Ａ】空気及び燃料の流れをそれぞれアセンブリに供給するための、本発明の本開示による空気取り入れアセンブリを有する別々のデュアルブロワシステムを有する筒状ＳＯＦＣアセンブリの斜視図及び平面図をそれぞれ示す。
【図１０Ｂ】空気及び燃料の流れをそれぞれアセンブリに供給するための、本発明の本開示による空気取り入れアセンブリを有する別々のデュアルブロワシステムを有する筒状ＳＯＦＣアセンブリの斜視図及び平面図をそれぞれ示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂの筒状ＳＯＦＣアセンブリでの個々の筒状燃料電池の切断面を例示する概略図である。
【図１１Ａ】空気及び燃料の流れをそれぞれアセンブリに供給するための、本発明の本開示による空気取り入れアセンブリを有する別々のデュアルブロワシステムを有する平面ＳＯＦＣアセンブリの斜視図及び平面図をそれぞれ示す。
【図１１Ｂ】空気及び燃料の流れをそれぞれアセンブリに供給するための、本発明の本開示による空気取り入れアセンブリを有する別々のデュアルブロワシステムを有する平面ＳＯＦＣアセンブリの斜視図及び平面図をそれぞれ示す。
【図１１Ｃ】図１１Ａ及び１１Ｂの平面ＳＯＦＣアセンブリでの個々の平面燃料電池の切断面を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示の一部を形成する添付の図面に関係する本開示の以下の詳細な説明を参照することにより、本開示はより容易に理解され得る。本開示はここで記載及び／又は示される特定の装置、方法、状態、パラメータに限定されず、ここで使用される用語は、例として特定の実施形態を記載することのみを目的とするものであって、特許請求する開示を限定することを意図するものではないと理解されるべきである。
【００２４】
また、添付の特許請求の範囲を含む本明細書での使用において、単数形「一つ（ａ）」、「一つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」は複数形を含み、特定の数値についての言及は文脈で明確に指示されない限り少なくともその特定の数値を含む。範囲はここで、「約（ａｂｏｕｔ又はａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」一つの特定の値から、及び／又は「約（ａｂｏｕｔ又はａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」別の特定の値まで、のように示され得る。このような範囲で示される場合、別の実施形態は当該一つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、値が概算で示される場合、前述の「約（ａｂｏｕｔ）」の使用により、当該特定の値はもう一つの実施形態を形成するものと理解されるであろう。例えば、水平、垂直、上部、上方、下方、底部、左、右等の空間を示す全ての用語は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲内で異なり得る。
【００２５】
上述の通り、多くの燃料電池アセンブリ及び／又は改質装置では、内部で起こる電気的及び化学的反応用の酸素源として周囲空気が用いられる。周囲空気は、燃料電池アセンブリ及び／又は改質装置における適切な作動温度を維持するのにも利用される。
【００２６】
周囲空気は、燃料電池アセンブリ及び／又は改質装置の適切な作動に影響を及ぼし得る微粒子、混入物質及び／又は水分を含んでいる。これらの微粒子（例えば、ちりやほこり）、混入物質（例えば、硫黄、炭化水素)及び／又は水分は、燃料電池及び改質ユニットにダメージを与る可能性がある。このダメージは特に、内部部品の酸化、堆積する微粒子によるホットスポット、又は部品における構造欠陥を引き起こす可能性がある急速な冷却といった形態を取り得る。
【００２７】
燃料電池アセンブリの部品は、スタートアップ及び高作動温度に曝されるような通常作動モード中でもその機械的、化学的及び／又は電気的完全性を維持するように設計されている。冷却期間中、例えば低出力モードへの移行又は電力ダウン手順時に、問題が起こる場合がある。
【００２８】
例えば、システム冷却時に、燃料電池アセンブリ内の空気が凝縮して燃料電池アセンブリ内の減圧が生み出される場合があり、これにより空気入口から外気が取り込まれ続ける及び／又は排気を通して外気が引き戻され続ける可能性がある。追加の外気に当該燃料電池アセンブリが曝されると、酸化反応又は燃料電池スタックの構造完全性がダメージを受ける可能性がある。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、一つの実施形態において、本開示による空気取り入れアセンブリが適用され得る遠心ブロワシステムが記載される。デュアル遠心ブロワシステム１０は、第１遠心ブロワユニット１１を有し、ダクト１３を介して第２遠心ブロワユニット１２に接続されている。第１ブロワユニット１１は、軸方向入口１５と径方向出口１６とを備えるブロワケーシング１４と、ブロワケーシング１４内に配設されて第１圧力で気体媒体を軸方向入口１５に引き込み、そして前記径方向出口１６を介して第２のより高い圧力で気体媒体を放出するインペラ１７と、インペラ１７を駆動する電気モータ１８とを有する。第２ブロワユニット１２は、ケーシング１９と、図１Ａにおいてダクト１３の部分の切り欠きによって図示されているように、ケーシング１９内に配設されるとともに電気モータ２１によって駆動されるインペラ２０と、第１遠心ブロワユニット１１の出口１６から放出される気体媒体を受ける軸方向入口２２とを有する。第２ブロワユニットは、径方向出口２３と出口気体流ハウジング２４とを更に有する。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｂにおける及び本明細書の他の図に示される本発明の他の実施形態における矢印は、空気取り入れアセンブリ及び一連のブロワユニット中のブロワユニットを通る気体流の大体の方向を示している。例えば、図１Ｂに図示されているように、第１ブロワユニット１１の出口１６から放出される気体流の軌道、第２ブロワユニット１２の出口２３から放出される気体流の軌道とは、それぞれの出口に対して平行でなく、それらに対してある角度を形成している。流れがダクトの内壁に対してほぼ平行なままの状態で出口１６から放出される気体流を受け取るようにダクト１３の形状を構成することによって、流れがこれらの壁に当たった場合に生じうる乱流を防止又は低減することが可能である。ブロワシステム内の背圧源としての乱流が低減又は除去されるように、乱流が有利に最小化または回避される。この同じ理由により、気体流ハウジング２４の角度を、その内壁が第２ブロワユニット１２の出口２３から放出される気体流の軌道に対してほぼ平行となるように構成することが有利である。
【００３１】
図２〜図５は、軸方向入口１５に空気取り入れアセンブリ１００を取り付けたデュアル遠心ブロワシステム１０を示す。空気取り入れアセンブリは、ブロワケーシング１４に設置可能な空気取り入れケーシング１０１を有する。これらの図は、一体部品として形成された空気取り入れケーシング１０１及びブロワケーシング１４を示す。このように示されているが、空気取り入れケーシング１０１はブロワケーシング１４から分離したユニットであってもよく、これは順に空気取り入れケーシング１０１をブロワケーシング１４に取り付ける手段と共に構成される。ブロワケーシング１４に空気取り入れケーシング１０１を固定するために、この取り付けは、ねじ、ナットとボルト、成形キー・スロットアセンブリ、スロット・タブアセンブリ、捻り止め式タブ・溝アセンブリ等を含んでいてもよい。
【００３２】
図６〜図８は、様々な実施形態の空気取り入れアセンブリ１００を軸方向入口１５に取り付けたデュアル遠心ブロワシステム１０の断面図である。
【００３３】
図６は、ブロワシステム１０に取り付けた、逆止弁アセンブリを有する空気取り入れアセンブリ１００の一つの実施形態の斜視図である。逆止弁アセンブリは、フレーム１０２、径方向アーム１０６、フラッパ１０３、及びフラッパ１０３に接続されるフラッパ接続支柱１０４を有する。径方向アーム１０６は一端がフレーム１０２に接続され、フラッパ接続支柱１０４を受けるレセプタクルを形成するために中央に集まる。図６に示される実施形態において、フレーム１０２はＯ型リング１０５を使用して圧迫により定位置に保持されている。逆止弁アセンブリは、ゼロフロー状態がファンや他のプロセス空気から逆流するのを防ぐ。高温では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と触媒が酸化によって損傷する可能性がある。逆止弁アセンブリをフラッパ型逆止弁として記載して図示したが、その他の逆止弁アセンブリとしては、例えばボール逆止弁、ばね・ピストン逆止弁等が考えられる。
【００３４】
フラッパ１０３は、開くのにほとんど圧力降下をもたらさず、閉じて密閉するのにわずかな物質固有の剛性及びばね定数を必要とする軟質エラストマーであってよい。当該移動を図８に示す。ここでフラッパ１０３は閉位置では実線で示され、フラッパ１０３は開位置では破線で示される。ブロワが作動し（ｅｎｇａｇｅｄ）軸方向入口１５に空気が引き込まれるとフラッパ１０３は開く。ブロワが停止（ｏｆｆ）されるかシステムの背圧により図８Ａ及び８Ｂの矢印と逆の方向に空気が流れる場合は、フラッパ１０３が閉じて空気の流れが止まる。
【００３５】
図７は、ブロワシステム１０に取り付けられた、逆止弁アセンブリ及びフィルタアセンブリ又は濾過ユニットを有する空気取り入れアセンブリ１００の一つの実施形態の斜視図である。逆止弁アセンブリは、図６で示し上述したものと同じである。フィルタアセンブリは、フィルタフレーム２０１、フィルタ２０３及びＯ型リング２０５を有する。フィルタ２０３は、フィルタフレーム２０１により保持される。図７で示される実施形態において、Ｏ型リング２０５を使用してフィルタフレーム２０１は圧迫により定位置に保持される。逆止弁アセンブリの後のフィルタアセンブリによる流入空気の濾過は、微粒子、揮発性化合物、硫黄化合物、炭化水素等、水分を減らす乾燥剤、空気中の混入物質を取り除く活性濾過媒体等を濾過するために使用することができる。フィルタ２０３はある種の網状発泡体（ｆｏａｍ）（低圧降下型）であってもよく、上記の機能、例えば硫黄トラップとしての機能を果たすべく特定の物質でドープされてもよい。濾過される粒子の大きさの範囲は、１〜１００ミクロン超であってもよい。
【００３６】
フィルタアセンブリはフィルタフレーム２０１、フィルタ２０３及びＯ型リング２０５を有すると記載したが、他の実施形態も考えられる。例えば、単一の形状フィット発泡体（ｆｏｒｍ−ｆｉｔｔｅｄ  ｆｏａｍ）は、フィルタフレーム２０１及びＯ型リング２０５を必要とせずその場所に嵌装することができる。図８Ａ及び８Ｂはその構成を示す。
【００３７】
図８Ａ及び８Ｂは、ブロワシステム１０に取り付けられた、逆止弁アセンブリ及び複数のフィルタアセンブリを有する空気取り入れアセンブリ１００の実施形態の斜視図を示す。逆止弁の前の流入空気の濾過は、微粒子、揮発性化合物／又は水分を濾過するために使用することができる。
【００３８】
図８Ａの実施形態において、外側フィルタ２０２は空気取り入れアセンブリ１００上を覆うように取り付けられている。外側フィルタ２０２は筒状の形をしており、フィルタ材は上端に渡って拡張し、下端は開いて空気取り入れアセンブリ１００を受ける大きさになっている。外側フィルタ２０２が空気取り入れケーシング１０１上に取り付けられると、空気は外側フィルタ２０２の最上部を通るか、部分的に側部に沿って流れることができる。
【００３９】
図８Ｂの実施形態において、図８Ａと同様に外側フィルタ３０２は空気取り入れアセンブリ１００を覆うように取り付けられる。外側フィルタ３０２も筒状の形をしているが本実施形態において、上端及び下端の両方が開いている。外側フィルタ３０２が空気取り入れケーシング１０１上に取り付けられ、例えば燃料電池であるユニットの外側ケーシングに位置する場合、ケーシング３０１の内側表面を用いて、外側フィルタ３０２の上部開口端を密閉することができる。次いで、空気は外側フィルタ３０２の側部のみを通り抜けるか、部分的に沿って流れることができる。
【００４０】
本発明は前述の特徴を有するブロワユニットに限定されず、寸法、電圧及び電力要件、インペラ回転数、気体圧力並びに気体流性能等がより小さな又はより大きなあらゆる遠心ブロワユニットを利用してもよいことはもちろん理解されるであろう。
【００４１】
図９Ａ及び９Ｂは、それぞれ本発明の空気取り入れアセンブリを有する遠心ブロワシステムの制御システム及びその制御論理のフローチャートを示す。当業者は、これらの制御動作が適切にプログラムされたプロセッサ又は制御器で実行可能であることを理解できるであろう。
【００４２】
ブロワユニットの個々の制御に加えて、論理制御器は、空気取り入れアセンブリの部品をモニターする流量計からの入力を利用できる。例えば、ブロワの径方向出口の流量が非常に低いことが流量計で測定された場合は、一つ以上のフィルタアセンブリがそこを通る空気流を妨げていることを示す。次いで制御器は、低流状態であることを示すアラームを出力し、あるいは次いで、そのダメージを防ぐために燃料電池の緊急停止手順を開始することができる。
【００４３】
遠心ブロワシステムに接続された本発明の空気取り入れアセンブリは、様々な用途の気体流条件を管理することができる。図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ及び１１Ｂは、筒状（図１０Ａ及び１０Ｂ）及び平面状（図１１Ａ及び１１Ｂ）のＳＯＦＣアセンブリにおける気体流を提供し仲介させる本発明のブロワシステムの空気取り入れアセンブリの使用を示す。
【００４４】
図１０Ａ及び１０Ｂの筒状ＳＯＦＣアセンブリ又はスタック１４０において、第１のブロワシステム及び空気取り入れアセンブリ１４１は、筒状ＳＯＦＣエレメントの内部アレイ１４３へ行き渡らせるために、例えば水素等のガス状燃料をマニホルド１４２に供給する。アレイ１４３におけるそれぞれのチューブは既知の又は従来の構造であってもよく、図１０Ｃで示されるように、最も内側の燃料接触アノード層、中間電解質層、及び外側カソード層を有する。第２のブロワシステム及び空気取り入れアセンブリ１４４は、初めは周囲温度でマニホルド１４５に空気を行き渡らせ、そこから、それぞれの筒状ＳＯＦＣエレメントのカソードコンポーネントに酸素源を供給するために空気が放出される。マニホルド１４５に入る空気は、テールバーナー１４６から熱交換器１４７中に出る高温燃焼ガスから熱を得る。点線は加熱空気の流路を示し、該加熱空気が、マニホルド１４５の出口を出てＳＯＦＣアレイ１４３を通り抜けテールバーナー１４６に入り、ここで酸素を供給して、筒状ＳＯＦＣエレメントから排気マニホルド１４８に入り、そこからテールバーナーに入る排気ガス中に存在する未使用の燃料の燃焼をサポートする。最終的に高温燃焼ガスは熱交換器１４７に入り、ここでガスは先に示した第１ブロワシステム及び空気取り入れアセンブリ１４１により供給される流入空気を予熱する働きをする。背圧によって、周囲空気がテールバーナー及び熱交換器１４７を逆行してシステムに入ろうとした場合には、逆止弁は閉じ、その結果、周囲空気がシステム内にこれ以上広がることが防止される。
【００４５】
図１１Ａ及び１１Ｂに示される平面ＳＯＦＣアセンブリの構造及び動作は、図１０Ａ及び１０Ｂの筒状ＳＯＦＣアセンブリについて上述に記載されているものとほぼ同じであり、主な違いは平面状ＳＯＦＣエレメントを使用していることである。図１１Ｃに示されるように、アレイ１５１における平面ＳＯＦＣエレメントはそれぞれ、アノード、電解質、カソード及び相互接続コンポーネントを有する。
【００４６】
以上、本発明を例示の目的で詳細に記載したが、これらの詳細はその目的のためのみのものであって、当業者は、特許請求の範囲に定義される本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、それらに対して様々な改変を行うことが可能である、と理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月14日(2020.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図９は、本発明の空気取り入れアセンブリを有する遠心ブロワシステムの制御システム及びその制御論理のフローチャートを示す。当業者は、これらの制御動作が適切にプログラムされたプロセッサ又は制御器で実行可能であることを理解できるであろう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図９】
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【国際調査報告】
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