特開 2022-111689 燃料電池システム、及び燃料電池用水素ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022111689

(43)【公開日】2022-08-01

(54)【発明の名称】燃料電池システム、及び燃料電池用水素ポンプ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220725BHJP

   F04C 18/18 20060101ALI20220725BHJP

   F04C 23/02 20060101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

F04C18/18 A

F04C23/02 B

H01M8/04 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021007278

(22)【出願日】2021-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】城丸 勝俊

(72)【発明者】

【氏名】森 達志

(72)【発明者】

【氏名】原田 理恵子

(72)【発明者】

【氏名】正木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】柏 真太郎

【テーマコード（参考）】

3H129

5H127

【Ｆターム（参考）】

3H129AA06

3H129AA16

3H129AA17

3H129AB05

3H129BB12

3H129CC08

3H129CC23

3H129CC25

3H129CC46

5H127AC02

5H127BA02

5H127BA28

5H127BA57

5H127BB02

5H127EE18

(57)【要約】

【課題】ギア室内からモータ室内に水素が侵入してしまうことを抑制すること。
【解決手段】流体回路Ｃ１は、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、一対の同期ギアＰ１が回転することに伴い、一対の同期ギアＰ１が吐出口６１から吐出された冷却水をモータ室２３を経由せずに吸入口６０に還流させる。したがって、ロータ室２５内からギア室２４内に水素が侵入しても、ギア室２４内から吐出口６１を介して流体回路Ｃ１へ吐出される冷却水と共に水素が流体回路Ｃ１へ吐出される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池から排出される水素を含むオフガスが流れる水素循環流路と、
前記水素循環流路に設けられるとともに前記水素循環流路を流れる前記オフガスを前記燃料電池に供給する燃料電池用水素ポンプと、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池用水素ポンプは、
ハウジングと、
前記オフガスの吸入及び吐出を行う一対のポンプロータと、
前記一対のポンプロータを回転させる電動モータと、
前記一対のポンプロータを同期回転させる一対の同期ギアと、を有し、
前記ハウジング内には、
前記電動モータを収容するモータ室と、
前記一対の同期ギアを収容するギア室と、
前記一対のポンプロータを収容するロータ室とが区画形成され、
前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室が、前記電動モータの回転軸線方向においてこの順に並んで配置されており、
前記ハウジングは、
前記燃料電池用水素ポンプ外から前記ギア室内に流体を吸入する吸入口と、
前記ギア室内の流体を前記燃料電池用水素ポンプ外へ吐出する吐出口と、を有し、
前記燃料電池用水素ポンプ外には、前記吐出口から吐出された流体を前記吸入口に環流させる流体回路を備え、
前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記一対の同期ギアが前記吸入口から前記ギア室に流体を吸入して前記吐出口から前記ギア室内の流体を吐出することを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記燃料電池用水素ポンプは、
前記電動モータを駆動するインバータと、
前記ハウジング内に形成され、前記インバータを収容するインバータ室と、を備え、
前記インバータ室、前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室は、前記回転軸線方向においてこの順に並んで配置され、
前記ハウジングは、前記回転軸線方向で前記インバータ室と前記モータ室とを隔てる隔壁を有し、
前記隔壁には、前記流体回路に接続される冷却通路が形成され、
前記インバータ及び前記電動モータは、前記冷却通路を流れる流体によってそれぞれ冷却されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記流体は、油であり、
前記燃料電池用水素ポンプは、前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記ギア室内の前記油を、前記吐出口から前記流体回路を介して油圧ユニットへ前記一対の同期ギアが圧送することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

ハウジングと、
一対のポンプロータと、
前記一対のポンプロータを回転させる電動モータと、
前記一対のポンプロータを同期回転させる一対の同期ギアと、を有し、
前記ハウジング内には、
前記電動モータを収容するモータ室と、
前記一対の同期ギアを収容するギア室と、
前記一対のポンプロータを収容するロータ室とが区画形成され、
前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室が、前記電動モータの回転軸線方向においてこの順に並んで配置された燃料電池用水素ポンプであって、
前記ハウジングは、
前記燃料電池用水素ポンプ外の流体回路から前記ギア室内に流体を吸入する吸入口と、
前記ギア室内の流体を前記流体回路へ吐出する吐出口と、を有し、
前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記一対の同期ギアが前記吸入口から前記ギア室内に流体を吸入して前記吐出口から前記ギア室内の流体を吐出することを特徴とする燃料電池用水素ポンプ。

【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、及び燃料電池用水素ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１に記載されている。燃料電池システムは、燃料電池と、水素循環流路と、燃料電池用水素ポンプと、を備えている。水素循環流路には、燃料電池から排出される水素を含むオフガスが流れる。燃料電池用水素ポンプは、水素循環流路に設けられている。そして、燃料電池用水素ポンプは、水素循環流路を流れるオフガスを燃料電池に供給する。

【0003】

燃料電池用水素ポンプは、ハウジングと、オフガスの吸入及び吐出を行う一対のポンプロータと、一対のポンプロータを回転させる電動モータと、一対のポンプロータを同期回転させる一対の同期ギアと、を有している。電動モータは、一対のポンプロータを回転させる。ハウジング内には、電動モータを収容するモータ室と、一対の同期ギアを収容するギア室と、一対のポンプロータを収容するロータ室と、が区画形成されている。モータ室、ギア室、及びロータ室は、電動モータの回転軸線方向においてこの順に並んで配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－８４９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、燃料電池用水素ポンプの運転時、ロータ室内に吸入された水素がギア室内に侵入する場合がある。そして、ロータ室内からギア室内に侵入した水素が、ギア室内からモータ室内に侵入する虞がある。ギア室内からモータ室内に水素が侵入すると、水素によって電動モータに不具合が生じる虞がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出される水素を含むオフガスが流れる水素循環流路と、前記水素循環流路に設けられるとともに前記水素循環流路を流れる前記オフガスを前記燃料電池に供給する燃料電池用水素ポンプと、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池用水素ポンプは、ハウジングと、前記オフガスの吸入及び吐出を行う一対のポンプロータと、前記一対のポンプロータを回転させる電動モータと、前記一対のポンプロータを同期回転させる一対の同期ギアと、を有し、前記ハウジング内には、前記電動モータを収容するモータ室と、前記一対の同期ギアを収容するギア室と、前記一対のポンプロータを収容するロータ室とが区画形成され、前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室が、前記電動モータの回転軸線方向においてこの順に並んで配置されており、前記ハウジングは、前記燃料電池用水素ポンプ外から前記ギア室内に流体を吸入する吸入口と、前記ギア室内の流体を前記燃料電池用水素ポンプ外へ吐出する吐出口と、を有し、前記燃料電池用水素ポンプ外には、前記吐出口から吐出された流体を前記吸入口に環流させる流体回路を備え、前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記一対の同期ギアが前記吸入口から前記ギア室に流体を吸入して前記吐出口から前記ギア室内の流体を吐出する。

【0007】

これによれば、流体回路は、燃料電池用水素ポンプの運転時において、一対の同期ギアが回転することに伴い、一対の同期ギアが吐出口から吐出された流体をモータ室を経由せずに吸入口に還流させる。したがって、ロータ室内からギア室内に水素が侵入しても、ギア室内から吐出口を介して流体回路へ吐出される流体と共に水素が流体回路へ吐出される。その結果、ギア室内からモータ室内に水素が侵入してしまうことを抑制することができる。

【0008】

上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池用水素ポンプは、前記電動モータを駆動するインバータと、前記ハウジング内に形成され、前記インバータを収容するインバータ室と、を備え、前記インバータ室、前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室は、前記回転軸線方向においてこの順に並んで配置され、前記ハウジングは、前記回転軸線方向で前記インバータ室と前記モータ室とを隔てる隔壁を有し、前記隔壁には、前記流体回路に接続される冷却通路が形成され、前記インバータ及び前記電動モータは、前記冷却通路を流れる流体によってそれぞれ冷却されるとよい。

【0009】

これによれば、インバータ及び電動モータが、隔壁に形成された冷却通路を流れる流体によってそれぞれ冷却される。したがって、燃料電池用水素ポンプの運転時において、一対の同期ギアが回転することに伴い、ギア室内から吐出口を介して流体回路へ吐出される流体を利用して、インバータ及び電動モータを冷却することができる。よって、例えば、インバータ及び電動モータを冷却するために、流体回路とは別の回路を用意し、その回路にインバータ及び電動モータを冷却する流体を流すためのポンプを燃料電池用水素ポンプとは別に用意するといった必要が無くなるため、燃料電池システムの構成を簡素化することができる。

【0010】

上記燃料電池システムにおいて、前記流体は、油であり、前記燃料電池用水素ポンプは、前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記ギア室内の前記油を、前記吐出口から前記流体回路を介して油圧ユニットへ前記一対の同期ギアが圧送するとよい。

【0011】

これによれば、燃料電池用水素ポンプの運転時において、一対の同期ギアが回転することに伴い、ギア室内の油を、吐出口から流体回路を介して油圧ユニットへ一対の同期ギアが圧送することができる。したがって、例えば、油圧ユニットへ油を圧送するために、流体回路とは別の回路を用意し、その回路に油圧ユニットへ油を圧送するためのポンプを燃料電池用水素ポンプとは別に用意するといった必要が無くなるため、燃料電池システムの構成を簡素化することができる。

【0012】

上記課題を解決する燃料電池用水素ポンプは、ハウジングと、一対のポンプロータと、前記一対のポンプロータを回転させる電動モータと、前記一対のポンプロータを同期回転させる一対の同期ギアと、を有し、前記ハウジング内には、前記電動モータを収容するモータ室と、前記一対の同期ギアを収容するギア室と、前記一対のポンプロータを収容するロータ室とが区画形成され、前記モータ室、前記ギア室、及び前記ロータ室が、前記電動モータの回転軸線方向においてこの順に並んで配置された燃料電池用水素ポンプであって、前記ハウジングは、前記燃料電池用水素ポンプ外の流体回路から前記ギア室内に流体を吸入する吸入口と、前記ギア室内の流体を前記流体回路へ吐出する吐出口と、を有し、前記一対の同期ギアが回転することに伴い、前記一対の同期ギアが前記吸入口から前記ギア室内に流体を吸入して前記吐出口から前記ギア室内の流体を吐出する。

【0013】

これによれば、燃料電池用水素ポンプの運転時においては、一対の同期ギアが回転することに伴い、流体回路から吸入口を介してギア室内に流体が吸入され、ギア室内の流体が吐出口を介して流体回路へ吐出される。したがって、ロータ室からギア室に水素が侵入しても、ギア室内から吐出口を介して流体回路へ吐出される流体と共に水素が流体回路へ吐出される。その結果、ギア室内からモータ室内に水素が侵入してしまうことを抑制することができる。

【発明の効果】

【0014】

この発明によれば、ギア室内からモータ室内に水素が侵入してしまうことを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態における燃料電池システムの概略図。

【図2】図１における２－２線断面図。

【図3】燃料電池用水素ポンプの一部分を拡大して示す断面図。

【図4】別の実施形態における燃料電池システムの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、燃料電池システム、及び燃料電池用水素ポンプを具体化した実施形態を図１～図３にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池システムは、例えば、燃料電池車などの車両に搭載されている。

【0017】

図１及び図２に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池５１と、水素循環流路５２と、燃料電池用水素ポンプ１０と、を備えている。
図１に示すように、燃料電池用水素ポンプ１０は、筒状のハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、モータハウジング１２、ギアハウジング１３、ロータハウジング１４、及びカバー部材１５を有している。モータハウジング１２は、板状の端壁１２ａと、周壁１２ｂと、を備えている。周壁１２ｂは、端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。

【0018】

ギアハウジング１３は、板状の端壁１３ａと、周壁１３ｂと、を備えている。周壁１３ｂは、端壁１３ａの外周部から筒状に延びている。ギアハウジング１３は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口側の端部に連結されている。ギアハウジング１３の端壁１３ａは、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口を閉塞している。

【0019】

ロータハウジング１４は、板状の端壁１４ａと、周壁１４ｂと、を備えている。周壁１４ｂは、端壁１４ａの外周部から筒状に延びている。ロータハウジング１４は、ギアハウジング１３の周壁１３ｂの開口側の端部に連結されている。ロータハウジング１４の端壁１４ａは、ギアハウジング１３の周壁１３ｂの開口を閉塞している。

【0020】

カバー部材１５は、板状である。カバー部材１５は、ロータハウジング１４の周壁１４ｂの開口側の端部に連結されている。カバー部材１５は、周壁１４ｂの開口を閉塞している。モータハウジング１２の軸線方向、ギアハウジング１３の軸線方向、及びロータハウジング１４の軸線方向は、それぞれ一致している。

【0021】

燃料電池用水素ポンプ１０は、駆動軸１６及び従動軸１７を備えている。駆動軸１６及び従動軸１７は、ハウジング１１に互いに平行に配置された状態で回転可能に支持されている。駆動軸１６及び従動軸１７の軸線方向は、各周壁１２ｂ，１３ｂ，１４ｂの軸線方向に一致している。

【0022】

燃料電池用水素ポンプ１０は、一対の同期ギアＰ１を有している。一対の同期ギアＰ１は、駆動ギア１８及び従動ギア１９により構成されている。駆動ギア１８は、円板状である。駆動ギア１８は、駆動軸１６に固定されている。従動ギア１９は、円板状である。従動ギア１９は、従動軸１７に固定されている。従動ギア１９は、駆動ギア１８と噛合する。

【0023】

燃料電池用水素ポンプ１０は、一対のポンプロータＰ２を有している。一対のポンプロータＰ２は、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１により構成されている。駆動ロータ２０は、駆動軸１６に設けられている。従動ロータ２１は、従動軸１７に設けられている。従動ロータ２１は、駆動ロータ２０と噛合する。

【0024】

燃料電池用水素ポンプ１０は、一対のポンプロータＰ２を回転させる電動モータ２２を有している。電動モータ２２の回転軸線方向は、駆動軸１６の軸線方向である。電動モータ２２は、ハウジング１１内に区画形成されたモータ室２３に収容されている。モータ室２３は、モータハウジング１２の端壁１２ａ、モータハウジング１２の周壁１２ｂ、及びギアハウジング１３の端壁１３ａによって区画されている。電動モータ２２は、円筒状のモータロータ２２ａと、ステータ２２ｂと、を有している。モータロータ２２ａは、駆動軸１６に一体回転可能に止着されている。ステータ２２ｂは、図示しないティースに巻回されたコイル２２ｃを有している。

【0025】

ハウジング１１内には、一対の同期ギアＰ１を収容するギア室２４が区画形成されている。ギア室２４は、ギアハウジング１３の端壁１３ａ、ギアハウジング１３の周壁１３ｂ、及びロータハウジング１４の端壁１４ａによって区画されている。駆動ギア１８及び従動ギア１９は、互いに噛合した状態でギア室２４に収容されている。

【0026】

ハウジング１１内には、一対のポンプロータＰ２を収容するロータ室２５が区画形成されている。ロータ室２５は、ロータハウジング１４の端壁１４ａ、ロータハウジング１４の周壁１４ｂ、及びカバー部材１５によって区画されている。駆動ロータ２０及び従動ロータ２１は、互いに噛合した状態でロータ室２５に収容されている。

【0027】

燃料電池用水素ポンプ１０は、電動モータ２２を駆動するインバータ２７を備えている。モータハウジング１２の端壁１２ａには、インバータカバー２８が取り付けられている。インバータカバー２８は、ハウジング１１の一部を構成している。そして、モータハウジング１２の端壁１２ａとインバータカバー２８とによって、インバータ２７を収容するインバータ室２９が区画されている。したがって、インバータ室２９は、ハウジング１１内に区画形成されている。モータハウジング１２の端壁１２ａは、駆動軸１６の軸線方向でインバータ室２９とモータ室２３とを隔てる隔壁である。したがって、ハウジング１１は、駆動軸１６の軸線方向でインバータ室２９とモータ室２３とを隔てる隔壁を有している。本実施形態において、インバータ室２９、モータ室２３、ギア室２４、及びロータ室２５は、電動モータ２２の回転軸線方向においてこの順に並んで配置されている。

【0028】

ギアハウジング１３の端壁１３ａは、駆動軸１６の軸線方向でギア室２４とモータ室２３とを隔てている。ロータハウジング１４の端壁１４ａは、駆動軸１６の軸線方向でギア室２４とロータ室２５とを隔てている。駆動軸１６は、ギアハウジング１３の端壁１３ａ及びロータハウジング１４の端壁１４ａを貫通している。従動軸１７は、ロータハウジング１４の端壁１４ａを貫通している。

【0029】

ギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅには、駆動軸１６を回転可能に支持する第１軸受３０を収容する円孔状の第１軸受収容凹部３１が形成されている。駆動軸１６は、第１軸受収容凹部３１を貫通している。また、第１軸受収容凹部３１の底面３１ａには、駆動軸１６が貫通するとともにギア室２４とモータ室２３との間をシールする環状の第１シール部材３２が収容される円孔状の第１シール収容凹部３３が形成されている。第１シール収容凹部３３は、第１軸受収容凹部３１に連通している。

【0030】

ロータハウジング１４の端壁１４ａの外面１４ｅには、駆動軸１６及び従動軸１７をそれぞれ回転可能に支持する第２軸受３５及び第３軸受３６を収容する円孔状の第２軸受収容凹部３７及び第３軸受収容凹部３８がそれぞれ形成されている。駆動軸１６は、第２軸受収容凹部３７を貫通している。従動軸１７は、第３軸受収容凹部３８を貫通している。

【0031】

第２軸受収容凹部３７の底面３７ａには、駆動軸１６が貫通するとともにギア室２４とロータ室２５との間をシールする環状の第２シール部材３９が収容される円孔状の第２シール収容凹部４０が形成されている。第２シール収容凹部４０は、第２軸受収容凹部３７に連通している。

【0032】

第３軸受収容凹部３８の底面３８ａには、従動軸１７が貫通するとともにギア室２４とロータ室２５との間をシールする環状の第３シール部材４２が収容される円孔状の第３シール収容凹部４３が形成されている。第３シール収容凹部４３は、第３軸受収容凹部３８に連通している。

【0033】

ギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅには、従動軸１７の一端部を回転可能に支持する第４軸受４５を収容する円孔状の第４軸受収容凹部４６が形成されている。第４軸受収容凹部４６の開口縁は、ギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅに連続している。従動軸１７の一端部は、第４軸受収容凹部４６内に配置され、第４軸受４５に回転可能に支持されている。従動軸１７の他端部は、第３軸受収容凹部３８及び第３シール収容凹部４３を貫通してロータ室２５に突出している。従動軸１７の他端部には従動ロータ２１が取り付けられており、従動軸１７の他端部は自由端になっている。

【0034】

モータハウジング１２の端壁１２ａの内端面１２ｅには、駆動軸１６の一端部を回転可能に支持する第５軸受４７を収容する円筒状の軸受部４８が形成されている。駆動軸１６の一端部は、軸受部４８の内側に配置され、第５軸受４７に回転可能に支持されている。駆動軸１６の他端部は、第１シール収容凹部３３、第１軸受収容凹部３１、ギア室２４、第２軸受収容凹部３７、及び第２シール収容凹部４０を貫通してロータ室２５に突出している。駆動軸１６の他端部には駆動ロータ２０が取り付けられており、駆動軸１６の他端部は自由端になっている。

【0035】

図２に示すように、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１は、駆動軸１６及び従動軸１７の回転軸線方向に直交する断面視が二葉状（瓢箪状）に形成されたルーツタイプである。駆動ロータ２０は、図２に示す矢印Ｒ１の方向に回転し、従動ロータ２１は、図２に示す矢印Ｒ２の方向へ回転する。

【0036】

ロータハウジング１４には、オフガス吸入口４９及びオフガス吐出口５０が形成されている。オフガス吸入口４９は、第１接続配管５１ａを介して燃料電池５１の水素排出口５１ｂに接続されている。オフガス吐出口５０は、第２接続配管５１ｃを介して燃料電池５１の水素供給口５１ｄに接続されている。

【0037】

電動モータ２２の駆動によって駆動軸１６が回転すると、互いに噛合された駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転し、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、従動軸１７が駆動軸１６に対して逆回転する。これにより、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１が互いに噛合された状態でそれぞれ逆回転し、燃料電池用水素ポンプ１０では、燃料電池５１にて酸素と反応しなかった水素を含むオフガスが水素排出口５１ｂ、第１接続配管５１ａ、及びオフガス吸入口４９を介してロータ室２５に吸入され、オフガス吐出口５０から吐出されて第２接続配管５１ｃ及び水素供給口５１ｄを介して燃料電池５１に供給される。したがって、第１接続配管５１ａ、オフガス吸入口４９、ロータ室２５、オフガス吐出口５０、及び第２接続配管５１ｃは、燃料電池５１から排出される水素を含むオフガスが流れる水素循環流路５２を構成している。そして、燃料電池用水素ポンプ１０は、水素循環流路５２に設けられるとともに水素循環流路５２を流れるオフガスを燃料電池５１に供給する。したがって、燃料電池用水素ポンプ１０は、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１の回転によって燃料電池５１に水素を供給する。

【0038】

図１及び図３に示すように、ハウジング１１は、吸入口６０及び吐出口６１を有している。吸入口６０及び吐出口６１は、ギアハウジング１３の周壁１３ｂに形成されている。吸入口６０及び吐出口６１は、ギアハウジング１３の周壁１３ｂを厚み方向に貫通している。吸入口６０及び吐出口６１は、ギアハウジング１３の周壁１３ｂにおける駆動ギア１８と従動ギア１９との噛み合い部分を挟んだ位置にそれぞれ配置されている。図１及び図３では、吸入口６０及び吐出口６１を模式的に図示しており、実際の配置とは異なる。

【0039】

図１に示すように、燃料電池システム１は、流体回路Ｃ１を備えている。流体回路Ｃ１は、燃料電池用水素ポンプ１０外に配置されている。流体回路Ｃ１は、第１配管６２、第２配管６３、第３配管６４、及び第４配管６５を有している。第１配管６２、第２配管６３、第３配管６４、及び第４配管６５それぞれは、燃料電池用水素ポンプ１０外に配置されている。また、燃料電池用水素ポンプ１０は、冷却通路６６を備えている。冷却通路６６は、流体回路Ｃ１に接続されている。

【0040】

第１配管６２の一端は、吸入口６０に接続されている。第１配管６２の他端は、貯水タンクＴ１に接続されている。なお、貯水タンクＴ１には、冷却水（ＬＬＣ：Long Life Coolant）が貯留されている。第２配管６３の一端は、吐出口６１に接続されている。第２配管６３の他端は、冷却通路６６の通路供給口６８に接続されている。第３配管６４の一端は、冷却通路６６の通路排出口６９に接続されている。第３配管６４の他端は、ラジエータＲに接続されている。第４配管６５は、ラジエータＲに接続されている。第４配管６５の他端は、貯水タンクＴ１に接続されている。

【0041】

冷却通路６６は、モータハウジング１２の端壁１２ａに形成されている。したがって、駆動軸１６の軸線方向でインバータ室２９とモータ室２３とを隔てる隔壁であるモータハウジング１２の端壁１２ａには、流体回路Ｃ１に接続される冷却通路６６が形成されている。通路供給口６８及び通路排出口６９は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外周部にそれぞれ開口している。冷却通路６６は、モータハウジング１２の端壁１２ａの内部を通過している。

【0042】

燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転すると、貯水タンクＴ１内の冷却水が、第１配管６２内に排出され、第１配管６２及び吸入口６０を介してギア室２４内に吸入される。したがって、吸入口６０は、燃料電池用水素ポンプ１０外からギア室２４内に流体としての冷却水を吸入する。吸入口６０からギア室２４内に吸入された冷却水は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、吐出口６１を介して第２配管６３に吐出される。したがって、吐出口６１は、ギア室２４内の冷却水を燃料電池用水素ポンプ１０外へ吐出する。

【0043】

吐出口６１から第２配管６３に吐出された冷却水は、第２配管６３を流れて通路供給口６８を介して冷却通路６６に流入する。そして、通路供給口６８から冷却通路６６に流入した冷却水は、冷却通路６６を流れて通路排出口６９を介して第３配管６４内に排出される。通路排出口６９から第３配管６４内に排出された冷却水は、第３配管６４内を流れてラジエータＲに供給される。ラジエータＲに供給された冷却水は、ラジエータＲを介した外気との熱交換が行われることにより冷却される。ラジエータＲにおいて冷却された冷却水は、第４配管６５内に排出され、第４配管６５を介して貯水タンクＴ１内に貯留される。そして、貯水タンクＴ１内に貯留された冷却水は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、第１配管６２を介して吸入口６０に還流する。

【0044】

このように、流体回路Ｃ１は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、吐出口６１から吐出された冷却水をモータ室２３を経由せずに吸入口６０に還流させる。したがって、流体回路Ｃ１は、モータ室２３を経由せずに冷却水が流れる。吸入口６０は、流体回路Ｃ１から冷却水をギア室２４内に吸入する。吐出口６１は、ギア室２４内の冷却水を流体回路Ｃ１へ吐出する。したがって、燃料電池用水素ポンプ１０は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、流体回路Ｃ１から吸入口６０を介してギア室２４内に冷却水を吸入し、ギア室２４内の冷却水を吐出口６１を介して流体回路Ｃ１へ吐出する。

【0045】

なお、第１配管６２内を流れる冷却水は、第１補機７１及び第２補機７２との熱交換が行われることにより、第１補機７１及び第２補機７２を冷却する。また、第３配管６４内を流れる冷却水は、第３補機７３との熱交換が行われることにより、第３補機７３を冷却する。なお、第１補機７１、第２補機７２、及び第３補機７３としては、例えば、車両ＥＣＵ等の制御機器やバッテリなどが挙げられる。

【0046】

図３に示すように、駆動ギア１８の外周部は、駆動軸１６の軸線方向でギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅ及びロータハウジング１４の端壁１４ａの外面１４ｅそれぞれに対向している。従動ギア１９の外周部は、駆動軸１６の軸線方向でギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅ及びロータハウジング１４の端壁１４ａの外面１４ｅそれぞれに対向している。

【0047】

駆動ギア１８の外周部とギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅとの間には、第１隙間８１が形成されている。駆動ギア１８の外周部とロータハウジング１４の端壁１４ａの外面１４ｅとの間には、第２隙間８２が形成されている。駆動ギア１８とギアハウジング１３の周壁１３ｂの内周面との間には第３隙間８３が形成されている。従動ギア１９の外周部とギアハウジング１３の端壁１３ａの内端面１３ｅとの間には、第４隙間８４が形成されている。従動ギア１９の外周部とロータハウジング１４の端壁１４ａの外面１４ｅとの間には、第５隙間８５が形成されている。従動ギア１９とギアハウジング１３の周壁１３ｂの内周面との間には、第６隙間８６が形成されている。そして、第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、第４隙間８４、第５隙間８５、及び第６隙間８６それぞれは、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、ギア室２４内でポンプ作用が生じるような隙間に予め設定されている。

【0048】

次に、本実施形態の作用について説明する。
流体回路Ｃ１は、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、流体回路Ｃ１からギア室２４内に冷却水を吸入するとともにギア室２４内から吐出口６１を介して流体回路Ｃ１へ冷却水を吐出する。よって、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時、ロータ室２５内に吸入された水素が、例えば、駆動軸１６とロータハウジング１４との間の隙間や、従動軸１７とロータハウジング１４との間の隙間を通過してギア室２４内に侵入した場合、ギア室２４内に侵入した水素は、ギア室２４内を吐出口６１に向かって流れる冷却水と共に吐出口６１に向かって流れ、吐出口６１から冷却水と共に第２配管６３に吐出される。

【0049】

さらに、インバータ２７及び電動モータ２２は、冷却通路６６を流れる冷却水によってそれぞれ冷却される。具体的には、インバータ２７から生じる熱は、モータハウジング１２の端壁１２ａに伝達し、冷却通路６６を流れる冷却水によって放熱される。また、電動モータ２２から生じる熱は、モータハウジング１２の端壁１２ａに伝達し、冷却通路６６を流れる冷却水によって放熱される。

【0050】

上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。
（１）流体回路Ｃ１は、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、一対の同期ギアＰ１が回転することに伴い、一対の同期ギアＰ１が吐出口６１から吐出された冷却水をモータ室２３を経由せずに吸入口６０に還流させる。したがって、ロータ室２５内からギア室２４内に水素が侵入しても、ギア室２４内から吐出口６１を介して流体回路Ｃ１へ吐出される冷却水と共に水素が流体回路Ｃ１へ吐出される。その結果、ギア室２４内からモータ室２３内に水素が侵入してしまうことを抑制することができる。

【0051】

（２）インバータ２７及び電動モータ２２が、モータハウジング１２の端壁１２ａに形成された冷却通路６６を流れる冷却水によってそれぞれ冷却される。したがって、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、一対の同期ギアＰ１が回転することに伴い、ギア室２４内から吐出口６１を介して流体回路Ｃ１へ吐出される冷却水を利用して、インバータ２７及び電動モータ２２を冷却することができる。よって、例えば、インバータ２７及び電動モータ２２を冷却するために、流体回路Ｃ１とは別の回路を用意し、その回路にインバータ２７及び電動モータ２２を冷却する流体を流すためのポンプを燃料電池用水素ポンプ１０とは別に用意するといった必要が無くなる。したがって、燃料電池システム１の構成を簡素化することができる。

【0052】

（３）流体回路Ｃ１からギア室２４内に冷却水が吸入されるため、例えば、一対の同期ギアＰ１が回転することによりギア室２４内に生じる熱が、ギア室２４内の冷却水によって放熱される。これによれば、燃料電池用水素ポンプ１０自身の冷却を効率良く行うことができる。

【0053】

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0054】

○ 図４に示すように、燃料電池用水素ポンプ１０が、一対の同期ギアＰ１が回転することに伴い、ギア室２４内の油を、吐出口６１から流体回路Ｃ２を介して油圧ユニットＵ１へ一対の同期ギアＰ１が圧送する構成であってもよい。したがって、図４に示す実施形態では、吸入口６０からギア室２４内に吸入される流体は、油である。

【0055】

流体回路Ｃ２は、第１配管９１、第２配管９２、及び第３配管９３を有している。第１配管９１の一端は、吸入口６０に接続されている。第１配管９１の他端は、貯油タンクＴ２に接続されている。第２配管９２の一端は、吐出口６１に接続されている。第２配管９２の他端は、油圧ユニットＵ１に接続されている。第３配管９３の一端は、第２配管９２の途中に接続されている。第３配管９３の他端は、貯油タンクＴ２に接続されている。第３配管９３には、開放弁９４が設けられている。開放弁９４は、第２配管９２から第３配管９３を介した貯油タンクＴ２への流れを遮断する第１状態と、第２配管９２から第３配管９３を介した貯油タンクＴ２への流れを許容する第２状態とに切替可能に構成されている。

【0056】

燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転すると、貯油タンクＴ２内の油が、第１配管９１内に排出され、第１配管９１及び吸入口６０を介してギア室２４内に吸入される。したがって、吸入口６０は、ギア室２４内に流体としての油を吸入する。吸入口６０からギア室２４内に吸入された油は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、吐出口６１を介して第２配管９２に吐出される。したがって、吐出口６１は、ギア室２４内の油を吐出する。

【0057】

吐出口６１から第２配管９２に吐出された油は、第２配管９２を流れる。このとき、開放弁９４は、油圧ユニットＵ１への油の供給を行う必要があるときには第１状態に切り替えられ、第２配管９２から第３配管９３を介した貯油タンクＴ２への流れを遮断する。これにより、吐出口６１から第２配管９２を介して油圧ユニットＵ１に供給される油の供給量が所望の供給量となり、油圧ユニットＵ１の作動が安定的に行われる。

【0058】

一方で、開放弁９４は、油圧ユニットＵ１への油の供給を行う必要がないときには第２状態に切り替えられ、第２配管９２から第３配管９３を介した貯油タンクＴ２への流れを許容する。これにより、油圧ユニットＵ１へ供給されていた油が第２配管９２、第３配管９３を介して貯油タンクＴ２内に貯留される。また、吐出口６１から第２配管９２に吐出された油が、第３配管９３を介して貯油タンクＴ２内に貯留される。そして、貯油タンクＴ２内に貯留された油は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、第１配管９１を介して吸入口６０に還流する。

【0059】

このように、流体回路Ｃ２は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、吐出口６１から吐出された油をモータ室２３を経由せずに吸入口６０に還流させる。したがって、流体回路Ｃ２は、モータ室２３を経由せずに油が流れる。吸入口６０は、流体回路Ｃ２から油をギア室２４内に吸入する。吐出口６１は、ギア室２４内の油を流体回路Ｃ２へ吐出する。このように、燃料電池用水素ポンプ１０は、駆動ギア１８及び従動ギア１９が同期回転することに伴い、流体回路Ｃ２から吸入口６０を介してギア室２４内に油を吸入し、ギア室２４内の油を吐出口６１を介して流体回路Ｃ２へ吐出する構成であってもよい。

【0060】

これによれば、燃料電池用水素ポンプ１０の運転時において、一対の同期ギアＰ１が回転することに伴い、ギア室２４内の油を、吐出口６１から流体回路Ｃ２を介して油圧ユニットＵ１へ一対の同期ギアＰ１が圧送することができる。したがって、例えば、油圧ユニットＵ１へ油を圧送するために、流体回路Ｃ２とは別の回路を用意し、その回路に油圧ユニットＵ１へ油を圧送するためのポンプを燃料電池用水素ポンプ１０とは別に用意するといった必要が無くなるため、燃料電池システム１の構成を簡素化することができる。

【0061】

○ 実施形態において、流体回路Ｃ１が、第２配管６３を有していない構成であってもよい。この場合、例えば、ギア室２４から冷却通路が延びており、冷却通路がモータハウジング１２の周壁１２ｂの内部を通過した後、モータハウジング１２の端壁１２ａの内部を通過し、第３配管６４に接続される構成であってもよい。この場合、冷却通路の通路排出口が、燃料電池用水素ポンプ１０外へ吐出する吐出口として機能する。これによれば、冷却通路がモータハウジング１２の周壁１２ｂの内部を通過しているため、電動モータ２２から生じてモータハウジング１２の周壁１２ｂに伝達した熱を、冷却通路内を流れる冷却水によって放熱することができる。したがって、電動モータ２２を効率良く冷却することができる。また、冷却通路６６が、モータハウジング１２の端壁１２ａに形成されているのではなく、例えば、モータハウジング１２の周壁１２ｂに形成されていてもよい。

【0062】

○ 実施形態において、冷却通路６６が、モータハウジング１２の端壁１２ａに形成されているのではなく、例えば、インバータカバー２８に形成されていてもよい。これによれば、インバータ２７から生じてインバータカバー２８に伝達した熱を、冷却通路６６内を流れる冷却水によって放熱することができる。したがって、インバータ２７を効率良く冷却することができる。

【0063】

○ 実施形態において、潤滑作用を有する添加剤を冷却水に加えてもよい。これによれば、駆動ギア１８及び従動ギア１９の焼き付きや摩耗を添加剤によって抑制することができる。

【0064】

○ 実施形態において、吸入口６０からギア室２４内に吸入される流体が、油であってもよい。要は、流体回路Ｃ１を流れる流体は、冷却水ではなくてもよく、流体回路Ｃ１を流れる流体は、特に限定されるものではない。

【0065】

○ 実施形態において、インバータ室２９、モータ室２３、ギア室２４、及びロータ室２５は、電動モータ２２の回転軸線方向においてこの順に並んで配置されていたが、例えば、インバータ室２９が、モータ室２３に対して駆動軸１６の径方向外側に位置していてもよい。要は、モータ室２３、ギア室２４、及びロータ室２５が、電動モータ２２の回転軸線方向においてこの順に並んで配置されていれば、インバータ室２９の配置位置は特に限定されるものではない。

【0066】

○ 実施形態において、燃料電池用水素ポンプ１０は、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１を有するルーツタイプであったが、例えば、羽根車を用いたカスケード式や遠心式であってもよい。要は、燃料電池用水素ポンプ１０は、燃料電池５１に水素を供給することができるような構成であればよい。

【0067】

○ 実施形態において、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１は、駆動軸１６及び従動軸１７の回転軸線方向に直交する断面視が、例えば、三葉状であったり、四葉状であったりしてもよい。

【0068】

○ 実施形態において、駆動ロータ２０及び従動ロータ２１は、例えば、ヘリカル形状であってもよい。

【符号の説明】

【0069】

１…燃料電池システム、１０…燃料電池用水素ポンプ、１１…ハウジング、１２ａ…隔壁としての端壁、２２…電動モータ、２３…モータ室、２４…ギア室、２５…ロータ室、２７…インバータ、２９…インバータ室、５１…燃料電池、５２…水素循環流路、６０…吸入口、６１…吐出口、６６…冷却通路、Ｃ１，Ｃ２…流体回路、Ｐ１…同期ギア、Ｐ２…ポンプロータ、Ｕ１…油圧ユニット。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】