特開 2024-511 流体ポンプ

(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】P2024000511

(43)【公開日】2024-01-05

(54)【発明の名称】流体ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/42 20060101AFI20231225BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20231225BHJP

   H01M 8/04029 20160101ALI20231225BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20231225BHJP

   F04D 29/30 20060101ALI20231225BHJP

   F04D 29/12 20060101ALI20231225BHJP

   B60L 50/70 20190101ALI20231225BHJP

   B60L 58/33 20190101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

F04D29/42 F

H01M8/04 N

H01M8/04029

F04D29/58 A

F04D29/30 G

F04D29/12 B

B60L50/70

B60L58/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023091270

(22)【出願日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】10 2022 206 140.3

(32)【優先日】2022-06-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】506292974

【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｐｒａｇｓｔｒａｓｓｅ ２６－４６， Ｄ－７０３７６ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アワサル アロック

(72)【発明者】

【氏名】グロス マーティン

【テーマコード（参考）】

3H130

5H125

5H127

【Ｆターム（参考）】

3H130AA02

3H130AB22

3H130AB46

3H130AC13

3H130BA33A

3H130BA41A

3H130CA01

3H130CB00

3H130DB01X

3H130DC02X

3H130DD01X

3H130DF02X

3H130EC16F

3H130EC17C

3H130EC18A

5H125AA01

5H125AA20

5H125AC07

5H125CD06

5H125FF26

5H127AB04

5H127BA57

5H127CC06

5H127EE04

5H127EE18

(57)【要約】

【課題】一般的なタイプの、流体ポンプのための改良された、又は少なくとも別の実施形態を提供する。
【解決手段】 本発明は、燃料電池システム用流体ポンプ（１）に関する。流体ポンプ（１）は、羽根車（４）を含む羽根車ユニット（２）と、流体入口（５ａ）を含む入口側（２ａ）と、流体出口（５ｂ）を含む出口側（２ｂ）とを有する。さらに、流体ポンプ（１）は、電動モータ（６）を有する。流体ポンプ（１）はまた、冷却流体用のガイド流路（２３）を有し、ガイド流路（２３）は羽根車（４）を介して、かつモータ（６）を介して入口側（２ａ）と出口側（２ｂ）とを流体的に接続する。本発明によれば、流体ポンプ（１）は、冷却流体が直接使用され得るガイド流路（２３）内の表面の全てが、いかなるイオンも冷却流体に対して分離しないように設計される。本発明はまた、流体ポンプ（１）を備える燃料電池システムに関する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの燃料電池の燃料電池スタックを含む流体ポンプ（１）であって、
前記流体ポンプ（１）が、冷却流体を運ぶ羽根車（４）を備える羽根車ユニット（２）を備え、
前記羽根車ユニット（２）が、流体入口（５ａ）を有する入口側（２ａ）と流体出口（５ｂ）を有する出口側（２ｂ）とを備え、
前記入口側（２ａ）と前記出口側（２ｂ）とが前記羽根車（４）によって隔てられ、
前記流体ポンプ（１）が回転軸（ＲＡ）の周りを回転するシャフト（８）を有する電動モータ（６）を備え、
前記電動モータ（６）のシャフト（８）が前記羽根車ユニット（２）の前記羽根車（４）に駆動的に接続され、
前記流体ポンプ（１）が羽根車経路（２３ａ）及びモータ経路（２３ｂ）を含む冷却流体のガイド流路（２３）を有し、
前記ガイド流路（２３）の羽根車経路（２３ａ）が羽根車（４）を介して流体的に前記入口側（２ａ）と前記出口側（２ｂ）を接続し、
前記ガイド流路（２３）のモータ経路（２３ｂ）が前記電動モータ（６）を介して流体的に前記入口側（２ａ）と前記出口側（２ｂ）とを流体的に接続し、
前記流体ポンプ（１）は、前記冷却流体を直接使用できるガイド流路（２３）内の表面の全てが、どのイオンも前記冷却流体に分離しないように設計されている、
ことを特徴とする流体ポンプ（１）。

【請求項2】

前記冷却流体が直接使用され得る表面が、少なくとも一部の領域において酸化アルミニウムで不動態化される、及び／又は
前記羽根車（４）は１部品で、好ましくは硫化ポリフェニレンで作られる
ことを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。

【請求項3】

前記電動モータ（６）は、前記シャフト（８）に回転固定されて連結されるロータ（９）と、ステータ（１０）とからなるグループ（７）を有し、
前記電動モータ（６）は、モータハウジング（１１）を有し、
電流を流すことができる前記グループ（７）は、前記モータハウジング（１１）に収容され、
前記ガイド流路（２３）の前記モータ経路（２３ｂ）は、前記モータハウジング（１１）内に形成され、前記モータハウジング（１１）によって、電流を流すことができる前記グループ（７）から流体的に分離される、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の流体ポンプ。

【請求項4】

前記電動モータ（６）は、モータハウジング（１１）を有し、
前記ガイド流路（２３）のモータ経路（２３ｂ）は、少なくとも一部の領域で、前記モータハウジング（１１）に形成された冷却流体ジャケット（２４）により形成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

【請求項5】

前記電動モータ（６）がモータハウジング（１１）を有し、
前記羽根車ユニット（２）が羽根車ハウジング（３）を有していること、及び
前記流体ポンプ（１）がメカニカルシール（２８）を有し、
前記メカニカルシール（２８）が、前記モータハウジング（１１）と前記羽根車ハウジング（３）との間に密封状態でクランプされること、
を特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

【請求項6】

前記メカニカルシール（２８）がＳｉＣ製である、
ことを特徴とする、請求項５に記載の流体ポンプ。

【請求項7】

前記流体ポンプ（１）は、前記シャフト（８）のための少なくとも１つの軸受（１６ａ，１６ｂ）を有し、前記少なくとも１つの軸受（１６ａ，１６ｂ）は、前記メカニカルシール（２８）によって前記ガイド流路（２３）の前記羽根車経路（２３ａ）から流体的に分離されていること、及び／又は
前記流体ポンプ（１）は、前記シャフト（８）用の少なくとも１つの軸受（１６ａ，１６ｂ）を有し、前記少なくとも１つの軸受（１６ａ，１６ｂ）が水密状態にあること、
を特徴とする、請求項５又は６に記載の流体ポンプ。

【請求項8】

前記流体ポンプ（１）は、前記電動モータ（６）用のインバータ（１７）を有し、前記インバータ（１７）は、前記羽根車ユニット（２）に対向して位置する前記電動モータ（６）の長手方向端部（６ｂ）に配置され、かつ
前記ガイド流路（２３）の前記モータ経路（２３ｂ）が少なくともある領域で前記インバータ（１７）に隣接して、好ましくは蛇行状又は迷路状に案内されることにより、前記インバータ（１７）を冷却流体によって冷却することができ、前記冷却流体は、前記羽根車ユニット（２）によって搬送される、
こと特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

【請求項9】

前記流体ポンプ（１）が前記電動モータ（６）用のインバータ（１７）を有し、前記電動モータ（６）がモータハウジング（１１）を有すること、及び
前記インバータ（１７）は、前記モータハウジング（１１）の底部（１１ｂ）の外側に位置するように配置され、前記回転軸（ＲＡ）に直交して位置合わせされ、前記羽根車ユニット（２）に対向する前記電動モータ（６）の長手方向端部（６ｂ）に熱が伝わるように配置され、
前記インバータ（１７）が前記羽根車ユニット（２）によって搬送される前記冷却流体によって冷却されるように、前記ガイド流路（２３）のモータ経路（２３ｂ）が少なくとも一部の領域で、前記インバータ（１７）とは反対側を向く前記モータハウジング（１１）の底部（１１ｂ）に、好ましくは蛇行状又は迷路状に、案内されること、
を特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

【請求項10】

前記流体ポンプ（１）は、
４０００Ｗ以上６０００Ｗ以下、好ましくは４５００Ｗの最大電力、及び／又は
４００ｌ／ｍｉｎ以上７００ｌ／ｍｉｎ以下の最大出力、及び／又は
３ｂａｒ以上４ｂａｒ以下、好ましくは３．５ｂａｒの最大圧力、及び／又は
５０００ｍｉｎ以上６，０００／ｍｉｎ以下、好ましくは５，４００／ｍｉｎの最大速度、及び／又は
６．０Ｎｍ以上８．０Ｎｍ以下の最大トルクを有し、
前記電動モータ（６）は、インバータ（１７）ことによって変換される４００Ｖ以上８６０Ｖ以下のＤＣ電圧で作動させることができ、及び／又は
前記電動モータ（６）が永久磁石同期モータであり、及び／又は
前記羽根車（４）が６０％以上７０％以下、好ましくは６５％の最大効率を有する
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

【請求項11】

請求項１から１０うちのいずれか１項に記載の流体ポンプ（１）を有し、
重量物車両用のいくつかの燃料電池の少なくとも１つの燃料電池スタックを備える、燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部分に記載のいくつかの燃料電池の少なくとも１つの燃料電池スタックを含む燃料電池システム用流体ポンプに関する。本発明はまた、流体ポンプを備える燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

流体ポンプはすでに先行技術から知られており、通常、流体を搬送するための羽根車と、羽根車を駆動するための電動モータとを備えている。流体ポンプは、例えば、重量物車両における燃料電池システムの冷却のために使用することができる。次いで、燃料電池システムは、通常、いくつかの燃料電池を含むいくつかの燃料電池スタックを有する。それによって、燃料電池スタックは、搬送された流体によって冷却され、ここで、所要の冷却性能のために、流体は、いくつかの流体ポンプによって搬送される。不都合なことに、これは高い設置スペースを必要とする。燃料電池システムの燃料電池スタックを冷却する場合、流体に関する別々の要件も存在する。流体は、特に、誘電体であり、また、誘電体のままであるべきである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって、本発明の目的は、記載された欠点が克服される場合の、一般的なタイプの、流体ポンプのための改良された、又は少なくとも別の実施形態を提供することである。また、本発明の目的は、該当する燃料電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この目的は、独立項の主題によって本発明に従って解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

【0005】

本発明は、燃料電池システムに使用される流体ポンプを、特に重量物車両に使用するために適合させるという一般的な考えに基づいている。

【0006】

流体ポンプは、いくつかの燃料電池の少なくとも１つの燃料電池スタックを含む燃料電池システムのために提供される。燃料電池システムは、特に重量物車両のために提供される。それによって、流体ポンプは、冷却流体を搬送するための羽根車を含む羽根車ユニットを有する。それにより、羽根車ユニットは、流体入口を含む入口側及び流体出口を含む出口側を有し、これらの入口側及び出口側は、羽根車によって互いに分離されている。流体ポンプはさらに、回転軸の周りを回転するシャフトを備える電動モータを有し、電動モータのシャフトは羽根車ユニットの羽根車に駆動可能に接続されている。さらに、流体ポンプは、羽根車経路を備えると共に、モータ経路を備える冷却流体用のガイド流路を有し、ガイド流路の羽根車経路は、羽根車を介して入口側と出口側とを流体的に接続し、ガイド流路のモータ経路は、モータを介して入口側と出口側とを流体的に接続する。本発明によれば、流体ポンプは、冷却流体が直接使用され得るガイド流路内の表面の全てが、いかなるイオンも冷却流体に分離しないように設計される。

【0007】

上述のように、ガイド流路は、羽根車を介して入口側と出口側とを流体的に接続する羽根車経路を有すると共に、モータを介して入口側と出口側とを流体的に接続するモータ経路を有する。それにより、羽根車経路とモータ経路は互いにずれ、互いに流体的に接続される。それにより、羽根車経路は羽根車ユニットの羽根車の上方に直接導かれ、その結果、羽根車経路内の冷却流体は羽根車によって入口側から出口側へと搬送され得る。モータ経路は、羽根車ユニットの羽根車の周囲に通じ、モータを介して、特にモータのモータハウジングを介して入口側と出口側とを接続する。入口側と出口側の圧力差は、モータ経路内の冷却流体の循環に使用できる。モータ経路は、特にモータの自己冷却に寄与することができる。モータ経路は、特にモータのモータハウジング内に形成することができ、モータの電流伝導構成部品から流体的に分離することができる。このために、モータハウジングは二重壁で形成することができる。流体ポンプは、特に、ジャケット冷却部を有する、いわゆる乾式ロータとすることができる。

【0008】

冷却流体中へのイオンの分離は、物理的に完全に除外することができないことは言うまでもない。しかしながら、冷却流体中に分離されたイオンの数は非常に少なく、そのため、冷却流体の物理量への影響は、特に、数か月にわたって、より長い時間にわたって無視できるほど小さい。換言すれば、流体ポンプは、冷却流体が直接使用され得るガイド流路内の表面の全てが、冷却流体へのイオン放出を減少させるように設計される。用語「直接使用され得る表面」は、ポンプの動作中に冷却流体と直接接触するか、又は冷却流体がそれぞれ直接流れる周辺を有する表面を指す。

【0009】

このために、冷却流体が直接使用され得る表面を含む流体ポンプの要素は、一方では、イオン放出が低減された材料から作製することができ、又はイオン放出が低減されたコーティングで被覆することができる。冷却流体が直接使用され得るガイド流路内の表面は、例えば、羽根車及び／又は羽根車を収容する羽根車ハウジング及び／又はモータのモータハウジング及び／又は流体ポンプ内に存在する少なくとも１つのシール、及び／又は流体ポンプ内に設けられた少なくとも１つの軸受を収容する羽根車ハウジングによって形成され得る。例えば、冷却流体が直接使用され得る表面は、少なくとも一部の領域において酸化アルミニウムで不動態化することができる。羽根車は、例えば、１部品で、好ましくは硫化ポリフェニレンで作ることができる。一方、冷却流体は、流体ポンプの要素の表面に直接使用することができず、高イオン放出を引き起こす。このために、流体ポンプ内のガイド流路は、それに応じて、言及される要素の周囲に案内され、言及される要素は、任意に、間接的に冷却され得る。したがって、例えば、ガイド流路は、電動モータのステータ及びロータを囲むことができる。

【0010】

よって、本発明によれば、イオンは、流体ポンプ内の冷却流体に分離することができず、冷却流体内へのイオン放出を制御することができる。そういうわけで、燃料電池システムの機能を確保することができ、燃料電池システムの耐用年数を長くすることができる。便宜上、冷却流体は、それぞれ、誘電性又は電気的に非導電性である。主に、冷却流体は液体である。冷却流体は、例えば、水－グリコール混合物のような水性混合物とすることができる。流体ポンプの更なる変形例の場合には、モータは、シャフトに回転方向に固定されて接続されるロータと、ロータを収容するステータとを備える、電流を流すことができるグループを有することができる。モータは、モータハウジングを有することができ、電流を流すことができるグループは、モータハウジング内に収容することができる。ガイド流路のモータ経路は、モータハウジング内に形成することができ、モータハウジングによって、電流を流すことができるグループからそれ自体を流体的に分離することができる。このために、モータハウジングは、例えば、少なくともいくつかの領域において二重壁方式で形成することができる。したがって、冷却流体は、電流を流すことができるグループの高イオン放出を引き起こす表面の周りを流れず、冷却流体中へのイオン放出又は冷却流体中へのイオンの分離は、したがって、除外することができる。ガイド流路のモータ経路は、電流を流すことができるグループが冷却流体と間接的に、かつそれにもかかわらず十分に効果的に冷却されるように、モータハウジング内で案内することができる。すでに説明したように、モータハウジングは、このために、少なくとも一部の領域で二重壁の方法で形成することができる。

【0011】

電動モータは、モータハウジングを有することができ、ガイド流路は、モータハウジング内に形成された冷却流体ジャケットによって少なくとも一部の領域に形成することができると有利である。電流を流すことができるモータのグループは、ここでは冷却流体によって間接的に冷却することもできる。すでに説明したように、電流を流すことができるグループは、シャフトに回転的に固定された状態で接続されたロータと、ステータとを有することができる。

【0012】

電動モータは、モータハウジングを有することができ、羽根車ユニットは羽根車ハウジングを有することができる。さらに、流体ポンプは、モータハウジングと羽根車ハウジングとの間に密封方式でクランプされたメカニカルシールを有することができる。メカニカルシールは、流体ポンプ又はガイド流路をそれぞれ外部に対してシールすることができる。メカニカルシールはＳｉＣ製とすることができる。したがって、メカニカルシールは、いかなる摩耗もなく、したがって、冷却流体へのイオン放出もない。

【0013】

流体ポンプは、回転軸に対して少なくとも１つの軸受（好ましくは２つの軸受）を有することができ、少なくとも１つの軸受は、上述のメカニカルシールによってガイド流路から流体的に分離することができる。メカニカルシールにより、ガイド流路内の冷却流体と少なくとも１つの軸受との接触を回避することができ、したがって、それぞれの軸受の耐用年数を増加させることができる。少なくとも１つの軸受は、水密にすることができる。したがって、軸受は特にメカニカルシールの僅かな漏れに耐えることができる。軸受は、特に保護等級ＩＰ６７用に設計できる。保護等級ＩＰ６７では、軸受は流体ポンプの水没に応じてしっかりと固定されていなければならない。

【0014】

流体ポンプは、電動モータ用のインバータを有することができると有利である。それにより、インバータは、羽根車ユニットの反対側に位置するモータの長手方向端部上に配置することができる。これにより、少なくとも一部の領域では、ガイド流路のモータ経路をインバータに隣接して案内することができるので、羽根車ユニットによって搬送される冷却流体によってインバータを冷却することができる。それにより、インバータは、モータハウジングによって、ガイド流路のモータ経路から、又はガイド流路のモータ経路内の冷却流体から、それぞれ流体的に分離されることができ、その結果、インバータの電気部品は、冷却流体によって間接的に冷却されることができる。インバータは、例えば、いくつかのパワー半導体、例えばＩＧＢＴを含む制御ボードを有することができ、この制御ボードは、その後、冷却流体によって冷却することができる。インバータの冷却を向上させるために、ガイド流路のモータ経路をインバータ上で蛇行状又は迷路状に案内することができる。

【0015】

流体ポンプは、電動モータのためのインバータを有することができ、電動モータはモータハウジングを有することができると有利である。それにより、インバータは、モータハウジングの底部の外側に位置し、かつ羽根車ユニットに対向して位置するモータの長手方向端部上に熱を伝達するように配置することができる。ガイド流路のモータ経路は、インバータとは反対を向いているモータハウジングの底部の少なくともいくつかの領域に導くことができるので、羽根車ユニットによって搬送される冷却流体によってインバータを冷却することができる。これにより、底部を回転軸に対して横方向に整列させることができ、インバータの電気部品を、ガイド流路のモータ経路から、又はガイド流路内の冷却流体から、それぞれ流体的に分離することができる。インバータの電気部品（例えば、いくつかのパワー半導体を含む制御基板）は、その後、冷却流体によって間接的に冷却することができる。これにより、ガイド流路のモータ経路を、蛇行状又は迷路状に底部上で案内することができる。

【0016】

モータハウジングの底部のガイド流路をモータのグループから流体的に分離し、そこに電流を流すことができるようにするために、インバータとは反対を向いた底部にカバーを設けることができる。ガイド流路のモータ経路を外側にシールするカバーシールは、底部とカバーとの間に所定の目的で配置することができる。すでに述べたように、電流を流すことができるモータのグループは、シャフトと共に回転するロータと、ステータとを備えることができる。

【0017】

すでに述べたように、流体ポンプは燃料電池システムのために設けられている。燃料電池システムは、特に重量物車両用にそれぞれ設計又は提供することができる。流体ポンプは、４０００Ｗ以上６０００Ｗ以下、好ましくは４５００Ｗの最大電力、及び／又は４００ｌ／ｍｉｎ以上７００ｌ／ｍｉｎ以下の最大出力及び／又は３ｂａｒ以上４ｂａｒ以下、好ましくは３．５ｂａｒの最大圧力、及び／又は５０００／ｍｉｎ以上６，０００／ｍｉｎ以下、好ましくは５，４００／ｍｉｎの最大速度、及び／又は６．０Ｎｍ以上８．０Ｎｍ以下の最大トルクを有することができると有利である。ここで指定する最大パラメータとは、流体ポンプの全負荷運転を指す。電動モータは、インバータによって変換される４００Ｖ以上８６０Ｖ以下のＤＣ電圧で作動させることができることが有利である。電動モータは、特に永久磁石同期モータとすることができる。羽根車は、６０％以上７０％以下、好ましくは６５％の最大効率を有することができると有利である。

【0018】

本発明はまた、重量物車両用のいくつかの燃料電池の少なくとも１つの燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。それによって、燃料電池システムは、上述の流体ポンプを有する。燃料電池システムは、好ましくは、１つの単一の上述の流体ポンプを有する。特に、燃料電池システムは、冷却流体を少なくとも１つの燃料電池スタックに運ぶために設けられる、更なる流体ポンプを有していない。換言すれば、流体ポンプは、燃料電池システム全体のための冷却流体が、１つの単一流体ポンプによって搬送され得るように設計される。それにより、燃料電池システムは、いくつかの（特に２つの）燃料電池スタックを有することができる。それにより、いくつかの燃料電池スタック用の冷却流体は、１つの単一流体ポンプによって搬送することができる。このために、流体ポンプは、上述の特性を有することができる。反復を避けるため、この時点で上記の備考を参考にしている。

【0019】

本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属請求項から、図面から、及び図面に基づいた対応する図の説明から、得られる。

【0020】

なお、以下に説明する上記の特徴及び特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の組合せのみならず、他の組合せ、又は単独で用いることができることは言うまでもない。

【0021】

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図面に示され、以下の説明でより詳細に説明される。ここで、同一の参照符号は、同一、類似又は機能的に同一の構成を示す。

【図面の簡単な説明】

【0022】

それぞれの場合において、概略的に、

【図1】本発明による流体ポンプの分解図を示す。

【図2】本発明による流体ポンプの断面図を示す。

【図3】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【図4】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【図5】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【図6】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【図7】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【図8】本発明による流体ポンプの異なる図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本発明による流体ポンプ１の分解図を示す。流体ポンプ１は、いくつかの燃料電池の少なくとも１つの燃料電池スタックを含む燃料電池システムに対してそれぞれ提供又は設計される。燃料電池システムは、特に、重量物車両用にそれぞれ提供又は設計することができる。これにより、流体ポンプ１は、羽根車ハウジング３及び羽根車４を備える羽根車ユニット２を有する。羽根車４は１部品で作られ、好ましくは硫化ポリフェニレンで作られる。さらに、羽根車ユニット２は、流体入口５ａを有する入口側２ａ（つまり低圧側）と流体出口５ｂを有する出口側２ｂ（つまり高圧側）とを含む。入口側２ａ及び出口側２ｂは、羽根車４によって互いに分離されているか、又は互いに流体的に接続されている。流体入口５ａ及び流体出口５ｂは羽根車ハウジング３に形成されている。

【0024】

さらに、流体ポンプ１は、電動モータ６を有する。電動モータ６は、特に永久磁石同期モータとすることができる。それにより、モータ６は、回転軸ＲＡの周りに回転するシャフト８と、電流を流すことができ、シャフト８にしっかりと接続されたロータ９と、ロータ９を収容するステータ１０とを有するグループ７とを備える。シャフト８は羽根車４に駆動可能に連結されている。ここで、回転軸ＲＡは、流体ポンプ１の長手方向中心軸に対応し、モータ６は、回転軸ＲＡに対して互いに反対側に位置する２つの長手方向端部６ａ及び６ｂを有する。羽根車ユニット２は、モータ６の長手方向端部６ａに配置されている。

【0025】

モータ６は更に、ポット状のハウジング本体１１ａと、回転軸ＲＡに対して横方向に整列された底部１１ｂとからなるモータハウジング１１を有している。さらに、モータハウジング１１はハウジングシール１２を有し、このハウジングシール１２は、ハウジング本体１１ａと底部１１ｂとの間に密封方式で配置又はクランプされ、対応する接続点をそれぞれ外部に対して密封する。ハウジング本体１１ａと底部１１ｂとは、いくつかのハウジングネジ１３によって互いにネジ結合されている。また、モータハウジング１１は、ステータ側又はロータ側の底部１１ｂをそれぞれ閉塞するカバー１１ｃを有している。外側への対応する接続点をシールするカバーシール１４が、底部１１ｂとカバー１１ｃとの間に、それぞれシールするように配置又はクランプされている。底部１１ｂとカバー１１ｃとは、いくつかのカバーネジ１５によって互いにネジ結合されている。

【0026】

ステータ１０は、モータハウジング１１内に回転固定された状態で収容され、ロータ９を有するシャフト８がモータハウジング１１内で回転するように収容されている。このため、流体ポンプ１は、モータ６のそれぞれの長手方向端部６ａ及び６ｂにシャフト８を収容する２つの軸受１６ａ及び１６ｂを有する。さらに、シャフト８には、羽根車シール２７が長手方向端部６ａに配置されている。

【0027】

流体ポンプ１はさらに、メカニカルシール２８を有する。メカニカルシール２８は、モータハウジング１１と羽根車ハウジング３との間に、それぞれ密封方式で配置又はクランプされ、対応する接続点を外側に密封する。メカニカルシール２８は、ＳｉＣ製であることが好ましい。さらに、流体ポンプ１は、モータハウジング１１と羽根車ハウジング３との間に、同様に密封状態でそれぞれ配置又はクランプされたＵ字状シール２１を有する。

【0028】

さらに、流体ポンプ１はインバータ１７を有する。インバータ１７は、モータ６を駆動するための４００ Ｖ以上８６０Ｖ以下のＤＣ電圧を変換するように設計することができる。これにより、インバータ１７は、モータ６の長手方向端部６ｂに、又は羽根車ユニット２とは反対側に配置される。このインバータ１７は、制御基板１８とインバータカバー１９とを有し、制御基板１８は、モータハウジング１１の底部１１ｂとインバータカバー１９との間に配置されている。さらに、インバータ１７はインバータシール２０を備え、これは底部１１ｂとインバータカバー１９との間に密封方式で配置又はクランプされ、対応する接続点を外部に対して密封する。底部１１ｂとインバータカバー１９は、いくつかのインバータネジ２２によって互いにネジ接続されている。

【0029】

流体ポンプ１は、冷却流体、好ましくは液体を搬送するように設計される。このために、流体ポンプ１は、羽根車経路２３ａ及びモータ経路２３ｂを備えるガイド流路２３を有する。羽根車経路２３ａは、入口側２ａの流体入口５ａから羽根車４を経由して出口側２ｂの流体出口５ｂに至る。冷却流体は、羽根車経路２３ａにおいて羽根車４の周りを直接流れ、羽根車４によって流体入口５ａから流体出口５ｂに直接運ばれる。ガイド流路２３のモータ経路２３ｂは、ここでは、モータハウジング１１内に形成された冷却流体ジャケット２４によっていくつかの領域に形成され、モータ６を経て羽根車４の周りに導かれる。モータ経路２３ｂ内の冷却流体は、羽根車４の周囲を直接流れず、モータ経路２３ｂの流通は、流体出口５ｂと流体入口５ａとの間に存在する圧力差によって生じる。

【0030】

それにより、冷却流体ジャケット２４は、ハウジング本体１１ａ内のいくつかの（ここでは７つの）前進流路２５ａ及び戻り流路２５ｂと、底部１１ｂとカバー１１ｃとの間の蛇行状又は迷路状の接続流路２６とを備える。これにより、前進流路２５ａは、出口側２ｂからハウジング本体１１ａを通って、蛇行状又は迷路状の接続流路２６にそれぞれ移行する。接続流路２６は戻り流路２５ｂ内に開口しており、この戻り流路はハウジング本体１１ａを通って入口側２ａに至る。流体ポンプ１では、入口側２ａの流体入口５ａから出口側２ｂの流体出口５ｂに冷却流体が運ばれる。出口側２ｂから、冷却流体の一部は流体出口５ｂを介して流体ポンプ１から流出し、冷却流体の一部は冷却流体ジャケット２４に流入する。冷却流体ジャケット２４から、冷却流体は入口側２ａに流れ、冷却流体と共に羽根車４によって再び出口側２ｂに運ばれ、流体入口５ａを介して流体ポンプに流入する。

【0031】

流体ポンプ１では、冷却流体が直接使用され得るガイド流路２３内の全ての表面は、いかなるイオンも冷却流体に向かって分離しない。このために、少なくとも一部の領域でこの表面を形成するそれぞれの要素は、イオン放出が低減された材料で作ることができ、又はイオン放出が低減されたコーティングで被覆することができる。したがって、それぞれの要素は、例えば陽極酸化アルミニウムで作ることができる。さらに、冷却流体は、電流を流すことのできるグループ７に直接、又はその周りに直接流れず、したがって、冷却流体へのイオン放出は流体ポンプ１内で回避される。冷却流体自体は誘電体である。したがって、流体ポンプ１は、特に燃料電池システムを冷却することに適している。

【0032】

燃料電池システムは、特に、重量物車両用に提供することができる。この場合、流体ポンプ１は、１つの単一流体ポンプ１が、いくつかの燃料電池が粘着している場合でも、燃料電池システムを冷却するのに十分であるように設計することができる。したがって、流体ポンプは、４０００Ｗ以上６０００Ｗ以下、好ましくは４５００Ｗの最大電力、及び／又は４００ｌ／ｍｉｎ以上７００ｌ／ｍｉｎ以下の最大出力及び／又は３ｂａｒ以上４ｂａｒ以下、好ましくは３．５ｂａｒの最大圧力、及び／又は５０００／ｍｉｎ以上６，０００／ｍｉｎ以下、好ましくは５，４００／ｍｉｎの最大速度、及び／又は６．０Ｎｍ以上８．０Ｎｍ以下の最大トルクを有することができる。羽根車４は、６０％以上７０％以下、好ましくは６５％の最大効率を有することができる。

【0033】

図２は、本発明による流体ポンプ１の断面図を示す。特に、モータハウジング１１の底部１１ｂとカバー１１ｃとの間の冷却流体ジャケット２４の蛇行状又は迷路状の接続流路２６は、図２で見ることができる。図３から図８は、流体ポンプ１の異なる図を示している。図３～図８に流体ポンプ１の組立状態を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】