特開 2024-78292 燃料電池用水素循環ポンプ

(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】P2024078292

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】燃料電池用水素循環ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 29/12 20060101AFI20240603BHJP

   F04C 18/18 20060101ALI20240603BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

F04C29/12 D

F04C18/18 A

H01M8/04 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190743

(22)【出願日】2022-11-29

(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】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】吉田 将也

(72)【発明者】

【氏名】正木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】福山 了介

(72)【発明者】

【氏名】城丸 勝俊

(72)【発明者】

【氏名】岩田 滉平

【テーマコード（参考）】

3H129

5H127

【Ｆターム（参考）】

3H129AA06

3H129AA18

3H129AB05

3H129BB37

3H129BB44

3H129CC17

3H129CC19

3H129CC22

5H127BA02

5H127BA28

5H127BA57

5H127EE18

(57)【要約】

【課題】ロータ室から軸受室に流れた水蒸気から生成される凝縮水に起因する軸受やシール部材の劣化を抑制できる燃料電池用水素循環ポンプを提供する。
【解決手段】ハウジング１０は、回転軸２１に取り付けられたロータ２３を収容するロータ室１１と、軸受５１Ａを収容する軸受室４１Ａとを有する。ロータ室１１には水素ガスを吸入する吸入路３３が接続され、ロータ室１１と軸受５１Ａとの間には、回転軸２１が貫通するシール部材６１Ａが設けられる。ハウジング１０には、吸入路３３又は吸入路３３と連通状態にあるロータ室１１の一部と軸受室４１Ａとを連通する連通路３５が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
前記ハウジングにそれぞれ挿入され、軸受を介して回転可能に支持された一対の回転軸と、
前記回転軸にそれぞれ取り付けられ、互いに逆方向へ回転される一対の二葉まゆ形のロータと、を有し、
前記ハウジングには、一対の前記ロータを収容するロータ室と前記軸受を収容する軸受室とが設けられ、
前記ロータ室は、
水素ガスを吸入する吸入路と水素ガスを吐出する吐出路とが接続され、
前記回転軸の軸方向において、前記ロータの端面と所定の軸方向クリアランスを介して対向する一対のロータ室端面と、
前記回転軸の径方向において、一対の円弧面からなり、前記ロータの周面と所定の径方向クリアランスを介して対向するロータ室周面と、を有し、
前記ロータ室と前記軸受との間には、前記回転軸が貫通するシール部材が設けられ、
一対の前記ロータが回転することで、前記吸入路から吸入された水素ガスが、前記ロータ室周面に案内されて、前記吐出路へ吐出される燃料電池用水素循環ルーツポンプであって、
前記ハウジングには、前記軸受室と前記吸入路又は前記吸入路と連通状態にある前記ロータ室の一部とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする燃料電池用水素循環ポンプ。

【請求項2】

前記連通路は、前記軸受室と前記吸入路とを連通し、前記吸入路は、前記軸受室よりも重力方向において下方に設けられている請求項１記載の燃料電池用水素循環ポンプ。

【請求項3】

前記ハウジングは、
一方の前記ロータ室端面にかけて前記ハウジングを貫通する前記吸入路と、
一方の前記ロータ室端面にかけて前記ハウジングを貫通し、一対の前記回転軸の一端部がそれぞれ挿入される一対の回転軸挿入孔と、
前記回転軸挿入孔を覆い、前記シール部材とともに前記軸受室を区画するカバー部材と、を有し、
前記連通路は、前記軸受室から前記吸入路の軸心方向に対して傾斜して延びている請求項２記載の燃料電池用水素循環ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は燃料電池用水素循環ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に従来の燃料電池用水素循環ポンプが開示されている。この燃料電池用水素循環ポンプは、ハウジングと、一対の回転軸と、一対の二葉まゆ形のロータとを備えている。一対の回転軸は、ハウジングにそれぞれ挿入され、軸受を介して回転可能に支持されている。一対のロータは、回転軸にそれぞれ取り付けられ、互いに逆方向へ回転される。

【0003】

ハウジングには、一対のロータを収容するロータ室と、軸受を収容する軸受室とが設けられている。ロータ室には、水素ガスを吸入する吸入路と、水素ガスを吐出する吐出路とが接続されている。ロータ室は、回転軸の軸方向において、ロータの端面と所定の軸方向クリアランスを介して対向する一対のロータ室端面と、回転軸の径方向において、一対の円弧面からなり、ロータの周面と所定の径方向クリアランスを介して対向するロータ室周面とを有している。ロータ室と軸受との間には、回転軸が貫通するシール部材が設けられている。

【0004】

この燃料電池用水素循環ポンプでは、一対のロータが回転することで、吸入路から吸入された水素ガスが、ロータ室周面の円弧面に案内されて、吐出路へ吐出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１６７９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、燃料電池用水素循環ポンプによって循環される水素ガス中には、燃料電池における発電反応により生成した液水が含まれる。このため、燃料電池用水素循環ポンプにおいては、水素ガスと共に液水がロータ室に浸入する。ロータ室内はポンプ作動により昇温するので、加熱された液水から水蒸気が生成される。このとき、シール部材がオイルシールであれば、水蒸気の通過を比較的容易に阻止し得る。

【0007】

しかし、シール部材がドライ条件下で用いられる簡素な構造のものである場合、液水の通過は阻止し得るが、水蒸気の通過を阻止するのは極めて困難である。このため、シール部材を水蒸気が不可避的に通過してしまうことがある。その結果、ポンプ作動時にロータ室の吐出部の圧力が高くなると、軸受室との圧力差により、吐出部から軸受室へ水蒸気が流れることがある。

【0008】

軸受室内に水蒸気が存在すると、温度低下により凝縮水が生成されるので、軸受内のグリスの流出により軸受が劣化するおそれがある。軸受が劣化すれば、回転軸にフレッチングが発生し、フレッチングにより生じた異物がロータ室や燃料電池スタックに侵入して悪影響を及ぼすおそれもある。また、軸受室からシール部材に流れた凝縮水により、シール部材が膨潤して劣化するおそれもある。

【0009】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ロータ室から軸受室に流れた水蒸気から生成される凝縮水に起因する軸受やシール部材の劣化を抑制できる燃料電池用水素循環ポンプを提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の燃料電池用水素循環ポンプは、ハウジングと、
前記ハウジングにそれぞれ挿入され、軸受を介して回転可能に支持された一対の回転軸と、
前記回転軸にそれぞれ取り付けられ、互いに逆方向へ回転される一対の二葉まゆ形のロータと、を有し、
前記ハウジングには、一対の前記ロータを収容するロータ室と前記軸受を収容する軸受室とが設けられ、
前記ロータ室は、
水素ガスを吸入する吸入路と水素ガスを吐出する吐出路とが接続され、
前記回転軸の軸方向において、前記ロータの端面と所定の軸方向クリアランスを介して対向する一対のロータ室端面と、
前記回転軸の径方向において、一対の円弧面からなり、前記ロータの周面と所定の径方向クリアランスを介して対向するロータ室周面と、を有し、
前記ロータ室と前記軸受との間には、前記回転軸が貫通するシール部材が設けられ、
一対の前記ロータが回転することで、前記吸入路から吸入された水素ガスが、前記ロータ室周面に案内されて、前記吐出路へ吐出される燃料電池用水素循環ルーツポンプであって、
前記ハウジングには、前記軸受室と前記吸入路又は前記吸入路と連通状態にある前記ロータ室の一部とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする。

【0011】

本発明の燃料電池用水素循環ポンプでは、燃料電池の発電反応により生成した液水が水素ガスと共にロータ室内に侵入する。ロータ室内はポンプ作動時に昇温するので、ロータ室の温度が沸点以上になれば、ロータ室内の液水が気化して水蒸気が生成される。

【0012】

そして、ポンプ作動時にロータ室の圧力が高くなると、軸受室との圧力差によりロータ室から軸受室へ向かおうとする水蒸気の流れが発生する。

【0013】

このとき、あらゆる条件下において、シール部材により水蒸気の通過を完全に阻止することは極めて困難である。特に、ドライ条件下で用いられる簡素な構造のシール部材の場合、水蒸気が不可避的に通過してしまうことがある。その結果、ポンプ作動時にロータ室の圧力が高くなると、軸受室との圧力差により、ロータ室から軸受室へ水蒸気が流れることがある。そうすると、軸受室の温度が沸点より低くなれば、軸受室内の水蒸気が液化して凝縮水が生成されることになる。

【0014】

この点、この燃料電池用水素循環ポンプでは、吸入路又は吸入路と連通状態にあるロータ室の一部と軸受室とが連通路により連通連通されている。吸入路又は吸入路と連通状態にあるロータ室の一部は、ポンプ作動時に軸受室よりも低圧になる。このため、軸受室内で生成した凝縮水は、連通路を介して、吸入路又は吸入路と連通状態にあるロータ室の一部に流出する。こうして凝縮水が軸受室に滞留せずに軸受室から流出すれば、軸受内のグリスが流出したり、シール部材が膨潤したりすることを抑制できる。

【0015】

したがって、本発明の燃料電池用水素循環ポンプは、ロータ室から軸受室に流れた水蒸気から生成される凝縮水に起因する軸受やシール部材の劣化を抑制できる。

【0016】

連通路は、軸受室と吸入路とを連通することが好ましい。そして、吸入路は、軸受室よりも重力方向において下方に設けられていることが好ましい。

【0017】

この場合、ポンプ非作動時であっても、重力の作用により、軸受室の凝縮水を吸入路に流出させることができる。

【0018】

ハウジングは、一方のロータ室端面にかけてハウジングを貫通する吸入路と、一方のロータ室端面にかけてハウジングを貫通し、一対の回転軸の一端部がそれぞれ挿入される一対の回転軸挿入孔と、回転軸挿入孔を覆い、シール部材とともに軸受室を区画するカバー部材と、を有することが好ましい。そして、連通路は、軸受室から吸入路の軸心方向に対して傾斜して延びていることが好ましい。

【0019】

この場合、ポンプ非作動時であっても、重力の作用により、軸受室の凝縮水を吸入路に流出させることができる。また、吸入路を流れる水素ガスに含まれる液水が、連通路を介して、軸受室へ流れ込むことを抑えることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の燃料電池用水素循環ポンプは、ロータ室から軸受室に流れた水蒸気から生成される凝縮水に起因する軸受や軸シールの劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプを第１軸心Ｏ１及び第２軸心Ｏ２を通る水平面で切断した断面図である。

【図2】図２は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】図３は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第２回転軸及び第２軸受室等を示す図１の部分断面図である。

【図4】図４は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、後方から見た後面図である。

【図5】図５は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプに係り、図４のＢ－Ｂ線におけるエンドハウジングの部分断面図である。

【図6】図６は、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプを含む燃料電池システムの構成図である。

【図7】図７は、実施例２の燃料電池用水素循環ポンプに係り、第１軸心Ｏ１を通る鉛直面で切断した第１回転軸、第１ロータ及び第１軸受室等を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。

【0023】

（実施例１）
図１に示すように、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプ（以下、単に水素循環ポンプという）１００は、ハウジング１０を備えている。ハウジング１０は、ロータハウジング１、エンドハウジング３、ギヤハウジング５、モータハウジング７及びエンドカバー９を有している。

【0024】

本実施例では、図１～図５に示す実線矢印によって、水素循環ポンプ１００の前後方向、左右方向及び上下方向を規定している。なお、これらの方向は説明の便宜のための一例であり、水素循環ポンプ１００は搭載される車両に応じて、自己の姿勢を適宜変更可能である。ただし、本実施例の水素循環ポンプ１００は、後述するように、吸入部１１Ａがロータ室１１の下方に位置し、吐出部１１Ｂがロータ室１１の上方に位置する姿勢で、車両に搭載される。

【0025】

なお、図１は、水素循環ポンプ１００を第１軸心Ｏ１及び第２軸心Ｏ２を通る水平面で切断した断面図であり、図３はその部分断面図である。

【0026】

ロータハウジング１とエンドハウジング３とギヤハウジング５とが複数本のボルト９１によって接合され、ギヤハウジング５とモータハウジング７とが複数本のボルト９３よって接合されている。エンドカバー９は、後述する第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａを塞ぐように、複数本のボルト９５によってエンドハウジング３に接合されている。

【0027】

ロータハウジング１とエンドハウジング３との間にはＯリング２が設けられており、ロータハウジング１とギヤハウジング５との間にはＯリング４が設けられている。エンドハウジング３とエンドカバー９との間には、後述する第１軸受室４１Ａ周りにＯリング６が設けられており、後述する第２軸受室４２Ａ周りにＯリング８が設けられている。

【0028】

ロータハウジング１及びエンドハウジング３によって、ロータ室１１が形成されている。図２に示すように、ロータ室１１は、水素循環ポンプ１００の前後方向から見てまゆ形である。すなわち、ロータ室１１は、前後方向に延びる第１、第２軸心Ｏ１、Ｏ２を中心とする一対の円形７１、７２からなるロータ室周面７０を有している。ロータ室周面７０は、後述する第１ロータ２３、第２ロータ２４の周面と所定の径方向クリアランスを介して対向する。第１軸心Ｏ１と、第２軸心Ｏ２とは、平行であり、かつ、水平方向に並んでいる。

【0029】

ロータハウジング１及びギヤハウジング５によりギヤ室１７が形成され、ギヤハウジング５及びモータハウジング７によりモータ室１９が形成されている。

【0030】

エンドハウジング３、ロータハウジング１、ギヤハウジング５には、第１軸受室４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが形成されている。第１軸受室４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、第１軸心Ｏ１を中心とする円柱状の内部空間を有している。また、エンドハウジング３、ロータハウジング１、ギヤハウジング５、モータハウジング７には、第２軸受室４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが形成されている。第２軸受室４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄは、第２軸心Ｏ２を中心とする円柱状の内部空間を有している。

【0031】

図４に示すように、エンドハウジング３には、吸入口３１と、吐出口３２とが形成されている。吸入口３１及び吐出口３２は、エンドハウジング３の後面に開口している。吸入口３１及び吐出口３２は、エンドハウジング３において左右方向の中央に位置している。吸入口３１は、第１軸受室４１Ａ、第２軸受室４２Ａ及びエンドカバー９よりも下方に位置している。吐出口３２は、第１軸受室４１Ａ、第２軸受室４２Ａ及びエンドカバー９よりも上方に位置している。

【0032】

また、エンドハウジング３には、吸入路３３と、吐出路３４とが形成されている。吸入路３３及び吐出路３４は、前後方向に水平に延びている。すなわち、吸入路３３の中心を通る吸入路３３の軸心及び吐出路３４の中心を通る吐出路３３の軸心は、前後方向に平行に延びている。図２に示すように、吸入路３３の前端はロータ室１１の後述する吸入部１１Ａに接続し、吸入路３３の後端は吸入口３１に接続している。これにより、吸入口３１とロータ室１１の吸入部１１Ａとが吸入路３３によって連通されている。この吸入路３３は、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａよりも鉛直方向において低い位置に在る。すなわち、吸入路３３は、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａよりも重力方向において下方に設けられている。吐出路３４の前端はロータ室１１の後述する吐出部１１Ｂに接続し、吐出路３４の後端は吐出口３２に接続している。これにより、吐出口３２とロータ室１１の吐出部１１Ｂとが吐出路３４によって連通されている。

【0033】

さらに、図４及び図５に示すように、エンドハウジング３には、第１連通路３５と、第２連通路３６とが形成されている。第１連通路３５及び第２連通路３６は、本発明における「連通路」の一例である。第１連通路３５の上端は第１軸受室４１Ａの後端近くに接続し、第１連通路３５の下端は吸入路３３に接続している。第１連通路３５は、第１軸受室４１Ａと吸入路３３とを連通している。同様に、第２連通路３６の上端は第２軸受室４２Ａの後端近くに接続し、第２連通路３６の下端は吸入路３３に接続している。第２連通路３６は、第２軸受室４２Ａと吸入路３３とを連通している。

【0034】

ここに、図５において、吸入路３３における水素ガスの流れ方向を矢印Ｆで示す。第１連通路３５は、第１軸受室４１Ａから吸入路３３の軸心方向に対して傾斜して延びている。言い換えれば、第１連通路３５は、吸入路３３における水素ガスの流れ方向Ｆの下流側に向かうに連れて鉛直方向下方側に傾斜している。同様に、第２連通路３６は、第２軸受室４２Ａから吸入路３３の軸心方向に対して傾斜して延びている。言い換えれば、第２連通路３６は、吸入路３３における水素ガスの流れ方向Ｆの下流側に向かうに連れて鉛直方向下方側に傾斜している。

【0035】

ロータハウジング１、エンドハウジング３及びギヤハウジング５には、第１軸孔１３と、２軸孔１５とが形成されている。ロータハウジング１を前後方向に貫通する第１軸孔１３の前端はギヤハウジング５により閉塞され、第１軸孔１３の後端は第１軸受室４１Ａまで延びている。第１軸孔１３により、ロータ室１１はギヤ室１７に連通するとともに第１軸受室４１Ａに連通している。ロータハウジング１を前後方向に貫通する第２軸孔１５の前端はギヤハウジング５を貫通してモータ室１９まで延びており、第２軸孔１５の後端は第２軸受室４２Ａまで延びている。第２軸孔１５により、ロータ室１１はギヤ室１７とモータ室１９とに連通するとともに第２軸受室４２Ａに連通している。

【0036】

第１軸受室４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃには、第１軸受５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃがそれぞれ配設されている。第１軸孔１３には、第１軸受５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを介して第１回転軸２１が回転可能に設けられている。第１回転軸２１は、ロータ室１１の後側において第１軸受５１Ａに支持されるとともに、ロータ室１１の前側において第１軸受５１Ｂに支持されており、所謂両持ちの状態でエンドハウジング３及びロータハウジング１等に支持されている。

【0037】

第２軸受室４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄには、第２軸受５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄがそれぞれ配設されている。第２軸孔１５には、第２軸受５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを介して第２回転軸２２が回転可能に設けられている。第２回転軸２２は、ロータ室１１の後側において第２軸受５２Ａに支持されるとともに、ロータ室１１の前側において第２軸受５２Ｂに支持されており、所謂両持ちの状態でエンドハウジング３及びロータハウジング１等に支持されている。

【0038】

ロータ室１１と第１軸受５１Ａとの間には、第１回転軸２１が貫通する第１軸シール６１Ａが設けられている。ロータ室１１と第１軸受室４１Ａとの間には、第１回転軸２１が貫通する第１軸シール６１Ａが設けられている。すなわち、エンドハウジング３に形成された第１軸受室４１Ａよりもロータ室１１側における第１軸孔１３には、第１回転軸２１とエンドハウジング３との間をシールする第１軸シール６１Ａが配設されている。第１軸シール６１Ａは、本発明における「シール部材」の一例である。第１軸シール６１Ａは、ドライ条件下で用いられるいわゆるリップシールよりなる。ロータハウジング１に形成された第１軸受室４１Ｂよりもロータ室１１側における第１軸孔１３には、第１回転軸２１とロータハウジング１との間をシールする第１軸シール６１Ｂが配設されている。第１シール６１Ｂはオイルシールよりなる。

【0039】

ロータ室１１と第２軸受５２Ａとの間には、第２回転軸２２が貫通する第２軸シール６２Ａが設けられている。ロータ室１１と第２軸受室４２Ａとの間には、第２回転軸２２が貫通する第２軸シール６２Ａが設けられている。すなわち、エンドハウジング３に形成された第２軸受室４２Ａよりもロータ室１１側における第２軸孔１５には、第２回転軸２２とエンドハウジング３との間をシールする第２軸シール６２Ａが配設されている。第２軸シール６２Ａは、本発明における「シール部材」の一例である。第２軸シール６２Ａは、ドライ条件下で用いられるいわゆるリップシールよりなる。ロータハウジング１に形成された第２軸受室４２Ｂよりもロータ室１１側における第２軸孔１５には、第２回転軸２２とロータハウジング１との間をシールする第２軸シール６２Ｂが配設されている。第２シール６２Ｂはオイルシールよりなる。ギヤハウジング５に形成された第２軸受室４２Ｃよりもモータ室１９側における第２軸孔１５には、第２回転軸２１とギヤハウジング５との間をシールする第２軸シール６２Ｃが配設されている。第２軸シール６２Ｃはオイルシールよりなる。

【0040】

ロータ室１１内では、第１回転軸２１に第１ロータ２３が一体回転可能に固定され、第２回転軸２２に第２ロータ２４が一体回転可能に固定されている。第１ロータ２３、第２ロータ２４は、図２に示すように、互いに噛み合う山歯２３Ａ、２４Ａ及び谷歯２３Ｂ、２４Ｂを有する二葉まゆ形のものである。山歯２３Ａ、２４Ａには軽量化のための中空部２３Ｃ、２４Ｃが形成されている。

【0041】

ロータ室１１を区画するロータハウジング１の後面１Ａは、第１回転軸２１の軸方向において、第１ロータ２３及び第２ロータ２４の前端面と所定の軸方向クリアランスを介して対向する。同様に、ロータ室１１を区画するエンドハウジング３の前面３Ａは、第１回転軸２１の軸方向において、第１ロータ２３及び第２ロータ２４の後端面と所定の軸方向クリアランスを介して対向する。エンドハウジング３の前面３Ａ及びロータハウジング１の後面１Ａは、本発明における「ロータ室端面」の一例である。

【0042】

図２に示すように、第１ロータ２３及び第２ロータ２４によるポンプ作動時に、ロータ室１１には、第１ロータ２３又は第２ロータ２４の下面とロータ室１１のロータ室周面７０との間に吸入部１１Ａが形成されるとともに、第１ロータ２３又は第２ロータ２４の上面とロータ室１１のロータ室周面７０との間に吐出部１１Ｂが形成される。吸入部１１Ａは、ロータ室１１内の下方に位置し、吐出部１１Ｂはロータ室１１内の上方に位置する。

【0043】

ギヤ室１７内では、第１回転軸２１に第１ギヤ８１が固定され、第２回転軸２２に第２ギヤ８２が固定されている。第１ギヤ８１及び第２ギヤ８２は互いに噛み合っている。ギア室１７内にはオイルが貯留されている。第１回転軸２１は、ロータ室１１からギヤ室１７を経てモータ室１９内まで延びている。モータ室１９内では、モータハウジング７にステータ７３が固定され、第２回転軸２２にモータロータ７５が固定されている。ステータ７３に巻回されたコイルには、図示しないハーネスにより電流が供給されるようになっている。

【0044】

この水素循環ポンプ１００は、図６に示すように、燃料電池車に搭載される燃料電池システムに用いられる。燃料電池システムは、水素循環ポンプ１００と、燃料電池１０１と、エアーコンプレッサ１０２と、加湿器１０３と、水素タンク１０４とを備えている。

【0045】

エアーコンプレッサ１０２と加湿器１０３と燃料電池１０１とは空気供給管１０５、１０６によって直列的に接続され、空気を加湿して燃料電池１０１に供給できるようになっている。水素タンク１０４と燃料電池１０１とは水素供給管１０７によって接続され、新規な水素ガスを燃料電池１０１に供給できるようになっている。燃料電池１０１では、空気中の酸素と水素とが反応し、発電が行なわれる。

【0046】

燃料電池１０１には、反応しなかった水素を含む水素オフガスを移送する吸入管１０８が接続される。燃料電池１０１に一端が接続される吸入管１０８の他端が水素循環ポンプ１００の吸入口３１に接続される。また、水素タンク１０４と燃料電池１０１とを接続する水素供給管１０７に一端が接続される供給管１０９の他端が水素循環ポンプ１００の吐出口３２に接続される。

【0047】

ここに、燃料電池１０１における発電反応により液水が生成される。このため、水素オフガスを移送する吸入管１０８から水素循環ポンプ１００の吸入口３１に導入される水素ガス中には液水が含まれる。吸入口３１から導入された水素ガスは、吸入３３内を流れてロータ室１１内の吸入部１１Ａに導入される。その結果、ロータ室１１内に水素ガスと共に液水が侵入する。ロータ室１１内は第１ロータ２３及び第２ロータ２４のポンプ作動により昇温するので、ロータ室１１の温度が沸点以上になれば、ロータ室１１内の液水が気化して水蒸気が生成される。

【0048】

そして、ポンプ作動時には、供給管１０９及び水素供給管１０７を介して燃料電池１０１に水素ガスを圧送する側であるロータ室１１の吐出部１１Ｂ及び吐出路３４は、吸入管１０８を介して水素ガスが導入される吸入路３３及び吸入部１１Ａよりも圧力が高くなる。ロータ室１１の吐出部１１Ｂが第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａよりも高圧になれば、その圧力差により、ロータ室１１の吐出部１１Ｂから第１軸受室４１Ａ、４１Ｂ及び第２軸受室４２Ａ、４２Ｂへ向かおうとする水蒸気の流れが発生する。

【0049】

ギヤハウジング５に設けられた第１軸シール６１Ｂ及び第２軸シール６２Ｂは、オイルシールであるため、水蒸気の通過を阻止する。このため、ロータ室１１の吐出部１１Ｂから第１軸受室４１Ｂ及び第２軸受室４２Ｂへ水蒸気が流れることはない。一方、エンドハウジング３に設けられた第１軸シール６１Ａ及び第２軸シール６２Ａは、ドライ条件下で用いられる簡素なリップシールであるため、水蒸気の通過を阻止し得ず、水蒸気の通過を不可避的に許容してしまう。そのため、ポンプ作動時にロータ室１１の吐出部１１Ｂの圧力が高くなると、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａとの圧力差により、吐出部１１Ｂから第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａへ水蒸気が流れることがある。そうすると、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａの温度が沸点より低くなれば、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａ内の水蒸気が液化して凝縮水が生成されることになる。

【0050】

この点、この水素循環ポンプ１００では、第１軸受室４１Ａと吸入路３３とが第１連通路３５により連通され、第２軸受室４２Ａと吸入路３３とが第２連通路３６により連通されている。第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａ内にはロータロータ室１１の吐出部１１Ｂから水蒸気が流入していることから、吸入路３３の圧力は第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａの圧力よりも低い。このため、第１軸受室４１Ａ内で生成した凝縮水は、第１連通路３５を介して、第１軸受室４１Ａよりも低圧の吸入路３３に流出する。同様に、第２軸受室４２Ａ内で生成した凝縮水は、第２連通路３６を介して、第２軸受室４２Ａよりも低圧の吸入路３３に流出する。こうして第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａから吸入路３３に凝縮水が滞留せずに流出すれば、第１軸受５１Ａ及び第２軸受５２Ａのグリスが流出したり、第１軸シール６１Ａ及び第２軸シール６２Ａのシール材が膨潤したりすることを抑制できる。

【0051】

したがって、実施例１の燃料電池用水素循環ポンプ１００は、ロータ室１１の吐出部１１Ｂから第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａに流れた水蒸気から生成される凝縮水に起因する第１軸受５１Ａ及び第２軸受５２Ａや第１軸シール６１Ａ及び第２軸シール６２Ａの劣化を抑制できる。この結果、第１回転軸２１及び第２回転軸２２を両持ち状態で支持することができ、片持ち状態で支持する構造よりも燃料電池用水素循環ポンプ１００の容量を増加させることができる。

【0052】

また、この水素循環ポンプ１００では、吸入路３３が第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａよりも鉛直方向において低い位置に在る。このため、水素循環ポンプ１００の非作動時であっても、重力の作用により、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａの凝縮水を、第１連通路３５及び第２連通路３６を介して吸入路３３に流出させることができる。

【0053】

しかも、第１連通路３５及び第２連通路３６は、それぞれ第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａから吸入路３３の軸心方向に対して傾斜して延びており、吸入路３３における水素ガスの流れ方向Ｆの下流側に向かうに連れて鉛直方向下方側に傾斜している。このため、吸入路３３を流れる水素ガスに含まれる液水が、第１連通路３５及び第２連通路３６を介して、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａへ流れることを抑えることができる。

【0054】

（実施例２）
実施例２の燃料電池用水素循環ポンプ１１０は、図７に示すように、実施例１の水素循環ポンプ１００において、第１連通路３５０の上端を第１軸受室４１Ａの後端近くに接続し、第１連通路３５０の下端をロータ室１１内の吸入部１１Ａの下端近くに接続している。これにより、第１連通路３５０によって、第１軸受室４１Ａとロータ室１１の吸入部１１Ａとが連通されている。

【0055】

同様に、図示は省略するが、第２連通路の上端を第２軸受室４２Ａに後端近くに接続し、第２連通路の下端をロータ室１１の吸入部１１Ａの下端近くに接続している。これにより、第２連通路によって、第２軸受室４２Ａとロータ室１１の吸入部１１Ａとが連通されている。

【0056】

この燃料電池用水素循環ポンプ１１０では、ポンプ作動時に、第１軸受室４１Ａとロータ室１１の吸入部１１Ａとの圧力差により、第１軸受室４１Ａの凝縮水を第１連通路３５０を介して吸入部１１Ａに流出させることができる。同様に、第２軸受室４２Ａとロータ室１１の吸入部１１Ａとの圧力差により、第２軸受室４１Ａの凝縮水を第２連通路を介して吸入部１１Ａに流出させることができる。

【0057】

また、第１軸受室４１Ａと吸入部１１Ａとを連通する第１連通路３５０の下端は、第１軸受室４１Ａよりも低い吸入部１１Ａの下端近くに接続している。同様に、第２軸受室４２Ａと吸入部１１Ａとを連通する第２連通路の下端は、第２軸受室４２Ａよりも低い吸入部１１Ａの下端近くに接続している。このため、燃料電池用水素循環ポンプ１１０の非作動時であっても、重力の作用により、第１軸受室４１Ａ及び第２軸受室４２Ａの凝縮水を第１連通路３５０及び第２連通路を介して吸入部１１Ａに流出させることができる。

【0058】

この燃料電池用水素循環ポンプ１１０における他の構成及び作用は実施例１の水素循環ポンプ１００と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

【0059】

以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【0060】

例えば、実施例１、２では、両持ち状態で支持された回転軸の一端側に配置された一方の軸受室に連通路を設けている。しかし、これに限らず、ロータ室を間に挟んで回転軸の一端側及び他端側に配置された両軸シールが水蒸気の通過を不可避的に許容してしまうものである場合は、回転軸の一端側及び他端側に配置された両軸受室の双方において、軸受室と吸入路等とを連通する連通路を設けてもよい。

【0061】

実施例２では、吸入口３１、吸入路３３及びロータ室１１の吸入部１１Ａが第１回転軸２１よりも下方に位置するとともに、吐出口３２、吐出路３４及びロータ室１１の吐出部１１Ｂが第１回転軸２１よりも上方に位置している。しかし、これとは逆に、実施例２において、吸入口３１、吸入路３３及びロータ室１１の吸入部１１Ａが第１回転軸２１よりも上方に位置するとともに、吐出口３２、吐出路３４及びロータ室１１の吐出部１１Ｂが第１回転軸２１より下方に位置していてもよい。

【0062】

実施例２では、吸入口３１、吸入路３３、吐出口３２及び吐出路３４をエンドハウジング３に設けている。しかし、これに限らず、実施例２において、吸入口３１、吸入路３３、吐出口３２及び吐出路３４をロータハウジング１に設けてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明は燃料電池自動車に利用可能である。

【符号の説明】

【0064】

１…ロータハウジング
１Ａ…後面（ロータ室端面）
３…エンドハウジング
３Ａ…前面（ロータ室端面）
１０…ハウジング
１１…ロータ室
１１Ａ…吸入部
１１Ｂ…吐出部
１３…第１回転軸挿入孔
１５…第２回転軸挿入孔
２１…第１回転軸（回転軸）
２２…第２回転軸（回転軸）
２３…第１ロータ
２４…第２ロータ
３３…吸入路
３４…吐出路
３５、３５０…第１連通路（連通路）
３６…第２連通路（連通路）
４１Ａ…第１軸受室（軸受室）
４２Ａ…第２軸受室（軸受室）
５１Ａ…第１軸受（軸受）
５２Ａ…第２軸受（軸受）
６１Ａ…第１軸シール（シール部材）
６２Ａ…第２軸シール（シール部材）
７０…ロータ室周面
７１、７２…円弧面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】