CN101918713B - 压缩机的固定结构体 - Google Patents

Abstract

提供一种能够抑制结露的产生的压缩机的固定结构体。压缩机的固定结构体具备电动马达(80)和与电动马达(80)并列设置并由该电动马达(80)驱动的压缩机构(90)，其中，电动马达(80)的马达收纳壳体(81)与压缩机构(90)的压缩机构收纳壳体(91)分开构成，在压缩机构收纳壳体(91)上设置用于固定在安装对象(9)上的固定部(94)。由此，压缩机构收纳壳体(91)与安装对象(9)成为一体，包括压缩机构收纳壳体(91)的压缩机构(90)的热容量成为加上与安装对象(9)相当的热容量而成的热容量，从而变大。

Description

压缩机的固定结构体

技术领域

本发明涉及压缩机的固定结构体。

背景技术

近年来，将通过燃料气体和氧化气体之间的电化学反应进行发电的燃料电池作为能量源的燃料电池系统得以开发。这样的燃料电池系统具有通过将从燃料电池排出的燃料废气经由燃料废气循环路返回至用于对燃料电池供给燃料气体的燃料气体供给路、来有效地利用在燃料废气中含有的燃料气体成分的结构，在燃料废气循环路中设置有用于将燃料废气吸引并喷出的燃料废气循环泵。

然而，由于电化学反应而在燃料电池的阴极侧产生的水分经由电解质膜渗透到阳极侧，结果使燃料废气中含有水分。因此，使用压缩机作为上述的燃料废气循环泵。该压缩机通过并列设置电动马达和与该电动马达并列设置并由该电动马达驱动的压缩机构而构成，出于加工性的考虑，在电动马达的马达收纳壳体上设置的固定部被固定于安装对象上(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-162671号公报

在压缩机中，如上述的例子所述，若要压缩的流体中含有水分，则在该水分结露并冻冰的情况下，有可能会给压缩机构的动作带来影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制结露的产生的压缩机的固定结构体。

本发明的压缩机的固定结构体具有电动马达和与该电动马达并列设置并由该电动马达驱动的压缩机构，其中，上述电动马达的马达收纳壳体与上述压缩机构的压缩机构收纳壳体分开构成，在上述压缩机构收纳壳体上设置用于固定在安装对象上的固定部。

根据该结构，由于在压缩机构收纳壳体上设置用于固定在安装对象上的固定部，因此使压缩机构收纳壳体与安装对象成为一体，包括压缩机构收纳壳体的压缩机构的热容量成为还假想地加上与安装对象相当的热容量而成的热容量，因而变大。因此，能够抑制压缩机构的温度降低，能够抑制结露的产生。

在这种情况下，优选的是，使上述安装对象为在燃料电池的单电池层叠方向端部上配置的端板，其中的燃料电池是将通过燃料气体和氧化气体之间的电化学反应进行发电的单电池层叠多个而形成的，使上述压缩机为使从上述燃料电池排出的燃料废气循环回上述燃料电池的燃料废气循环泵。

根据该结构，由于压缩机构收纳壳体与燃料电池的端板成为一体，因此，热容量变大从而能够抑制压缩机构产生结露。在此基础上，即使假设产生了结露而使压缩机构冻结，也能够通过起动时燃料电池的温度上升而从端板传来的传递热，尽早地将该冻结解除。因此，压缩机的低温起动性提高。

另外，上述压缩机构收纳壳体在设有多个上述固定部的情况下，优选的是，在这些固定部的与上述端板面接触的固定面之间，设置有与上述端板面接触的接触面积扩大部。

根据该结构，通过固定面之间的接触面积扩大部，能够增大压缩机构收纳壳体与端板之间的接触面积，因此能够进一步抑制压缩机构的温度降低。另外，通过接触面积的增大，压缩机构收纳壳体能够提高端板的刚性，因此，即使在端板上作用了使其产生翘曲的外力，相对于该翘曲的产生也能够维持压缩机构收纳壳体的密封性。

另外，优选的是，压缩机构收纳壳体及马达收纳壳体的材质被设定成：上述压缩机构收纳壳体的刚性高于上述马达收纳壳体的刚性。

上述压缩机构可以是例如气液两相流体用的压缩机。

发明效果

根据本发明的压缩机的固定构造体，能够抑制结露的发生。

附图说明

图1是表示适用了本发明所涉及的压缩机的固定结构体的一实施方式的燃料电池系统的整体结构的系统结构图。

图2是表示该燃料电池系统的燃料电池的侧视图。

图3是表示本发明所涉及的压缩机的固定结构体的一实施方式的正视图。

图4是表示马达收纳壳体及压缩机构收纳壳体上的对端板的接触范围的图。

图5是表示本发明所涉及的压缩机的固定结构体的一实施方式的温度变化的特性线图。

附图标记说明

9、端板(安装对象)

20、燃料电池

80、电动马达

81、压缩机构

81、马达收纳壳体

91、压缩机构收纳壳体

94、固定部

94a、固定面

96、连结部(接触面积扩大部)

H50、氢泵(压缩机、燃料废气循环泵)

具体实施方式

首先对将本发明所涉及的压缩机的固定结构体的一实施方式适用于燃料电池的燃料电池系统的整体结构进行说明。该燃料电池系统是燃料电池车辆的车载发电系统，但是除了车辆搭载用的燃料电池系统之外，还能够适用于船舶、航空器、电车、行走机器人等所有的移动体用的燃料电池、或者例如将燃料电池作为建筑物(住宅、大楼等)用发电设备而使用的定置用燃料电池系统。

在图1所示的燃料电池系统1中，作为氧化气体的空气经由空气供给路71被供给至燃料电池20的空气供给口。在空气供给路71中设置有从空气中除去微粒的空气过滤器A1、对空气进行加压的压气机A3以及对空气施加需要的水分的加湿器A21。在空气过滤器A1中设置有用于检测空气流量的省略了图示的空气流量计(流量仪)。压气机A3通过马达被驱动。该马达通过后述的控制部50受到驱动控制。

从燃料电池20排出的空气废气经过排气路72排出至外部。排气路72中设置有压力调节阀A4及加湿器A21。压力调节阀A4作为对向燃料电池20供给的供给空气压力进行设定的调压(减压)器发挥功能。控制部50通过调节驱动压气机A3的马达的转速和压力调节阀A4的开度面积，来设定对燃料电池20的供给空气压力、供给空气流量。

作为燃料气体的氢气从氢供给源30经由氢供给路74被供给至燃料电池20的氢供给口。氢供给源30例如是高压氢罐，但是也可以是燃料改性器或氢吸附合金等。

在氢供给路74中设置有从氢供给源30供给氢或者停止氢供给的截流阀H100、对向燃料电池20供给的氢气的供给压力进行减压调节的氢调压阀H9、以及对燃料电池的氢供给口和氢供给路74之间进行开闭的截流阀H21。作为氢调压阀H19，例如能够使用进行机械式的减压的调压阀，但是也可以是通过脉冲马达线性或连续地调节阀的开度的阀。

没有被燃料电池20消耗的氢气作为氢废气(燃料废气)被排出至氢循环路(燃料废气循环路)75，返回至氢供给路74的氢调压阀H9及截流阀H21的下游侧。在氢循环路75中设置有从氢废气回收水分的气液分离装置H42、将所回收的生成水回收至氢循环路75外的未图示的罐体等等排水阀H41、以及对氢废气进行加压的压缩机即氢泵(燃料废气循环泵)H50。

截流阀H21将燃料电池20的阳极侧封闭。氢泵H50通过控制部50使动作被控制。氢废气在氢供给路74与氢气集流之后被供给至燃料电池20而进行再利用。截流阀H21通过来自控制部50的信号而被驱动。

氢循环路75经由排出控制阀H51，通过净化流路76与加湿器A21的下游侧的排气路72连接。排出控制阀H51是电磁式的截流阀，根据来自控制部50的指令进行动作，由此使氢废气与从燃料电池20排出的空气废气一起排出至外部(净化)。通过间歇地进行该净化动作，能够防止由于氢气中杂质浓度的增加而引起的单电池电压的降低。

在燃料电池20的冷却水出入口设置有用于循环冷却水的冷却路73。在冷却路73中设置有将冷却水的热向外部散热的散热器(热交换器)C2、以及对冷却水加压并使其循环的泵C1。另外，在散热器C2上设置有通过马达被旋转驱动的冷却扇C13。

燃料电池是固体高分子型的电池，构成为燃料电池组，所述燃料电池组通过层叠所需个数的接受氢气和空气的供给发生电化学反应而进行发电的单电池而形成。燃料电池20所产生的电力被供给至未图示的功率控制单元。功率控制单元具备对车辆的驱动马达供给电力的逆变器、对压气机马达或氢泵用马达等各种辅机类供给电力的逆变器、和对二次电池等蓄电单元进行充电或从该蓄电单元向马达类进行电力供给的DC-DC转换器等。

控制部50通过由包括CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口及显示器等公知的结构的控制计算机系统构成，接受来自未图示的车辆的加速信号等的要求负载或燃料电池系统1的各部队传感器(压力传感器、温度传感器、流量传感器、输出电流计、输出电压计等)的控制信息，对系统各部分的阀类或马达类的运转进行控制。

加湿器A21在从压气机A3经过空气供给路71供给至燃料电池20的空气与从燃料电池20经过排气路72排出至外部的空气废气之间进行水分交换从而对空气施加水分。加湿器A21具备加湿模块和收纳加湿模块的外壳。

如图2所示，燃料电池20具备层叠多个作为基本单位的单电池2而成的电池组主体3和支撑电池组主体3的框体5。在电池组主体3的沿着单电池2的层叠方向的一端配置有接线板7，在其外侧配置有绝缘板8。再在进一步的外侧配置有构成框体5的端板9。

另外，在电池组主体3的另一端配置有接线板7，在其外侧配置有绝缘板8，在进一步的外侧配置有压板13。各个接线板7上设置有输出端子6。在压板13的外侧，构成框体5的端板10与压板13之间分开配置，在压板13和端板10之间夹装有弹簧部件14。

在电池组主体3两侧配置的2张端板9、10之间，沿着单电池2的层叠方向架设有多个张力板11。各张力板11的两个端部通过螺栓12分别固定在各端板9、10上，与2张端板9、10一起构成框体5。

在2张端板9、10经由多个张力板11连结在一起时，压缩力被导入弹簧部件14，弹簧部件14对电池组主体3向单电池2的层叠方向作用施力。多个单电池2通过该施力而缔结。相对于弹簧部件14的施力的反作用力由张力板11来承受，并由此在张力板11上作用张力。

并且，在燃料电池20的一个端板9的外侧安装有作为压缩机的氢泵H50。换言之，氢泵H50的安装对象为端板9。

如图3所示，氢泵H50是具有电动马达80、与该电动马达80一体并列设置且通过电动马达80被驱动的压缩机构90的压缩机。作为氢泵H50，例如能够采用气液两相流体用的压缩机，但是并不限于该种类的压缩机。

电动马达80具有构成其外侧部分的马达收纳壳体81、固定在马达收纳壳体81的内侧的定子82、以及通过轴承83以可旋转的方式支撑于马达收纳壳体81的转子84。在此，考虑到强度及耐久性，轴承83以及被轴承83支撑的转子84的轴85由不锈钢(SUS材料)形成；考虑到成形性及成本等，马达收纳壳体81由铝合金等形成。

压缩机构90具有构成其外侧部分的压缩机构收纳壳体91和通过轴承92以可旋转的方式支撑于压缩机构收纳壳体91内侧的叶轮93。压缩机构收纳壳体91与马达收纳壳体81分开，一体固定于马达收纳壳体81。

压缩机构90配置成构成氢循环路75的一部分，叶轮93与电动马达80的转子84连结并与转子84同步旋转，由此，经由氢循环路75从燃料电池20的阳极侧吸引氢废气，进行压缩后喷出至氢供给路74。在此，考虑到强度及耐久性，压缩机构收纳壳体91、叶轮93以及轴承92由相同的不锈钢材料(SUS材料)形成。

在压缩机构收纳壳体91中，在其电动马达80侧的端部设置有固定在端板9上的多个、具体为2个固定部94、94。如图2所示，这些固定部94、94相对于形成为大致有底圆筒状而收纳叶轮93的壳体主体部95在大致同一切线上向相互相反朝向突出的方式形成，在这些固定部94、94之间，在上述切线上形成连接该固定部94、94的连结部(接触面积扩大部)96。这些固定部94、94及连结部96在压缩机构收纳壳体91中构成安装在端板9上的安装脚部97。

因此，在一个固定部94的与端板9面接触的固定面94a与另一个固定部94的与端板9面接触的固定面94a之间，设置有与这些固定面94a、94a连续且与端板9面接触的连结部96的接触面96a。在各固定部94、94上插通螺栓100，通过这些螺栓100将压缩结构收纳壳体91固定于端板9。另外，图4所示的剖面线的范围X1是图3所示的压缩机构收纳壳体91的与端板9的接触范围。

如图3所示，在马达收纳壳体81中，在与该压缩机构90相反的一侧，固定在端板9上的固定部86设置成少于压缩机构收纳壳体91的固定部94、94的个数，仅设置1个。该固定部86相对于形成为大致有底圆筒状而收纳定子82和转子84等的壳体主体部87、从在轴向方向重叠的范围内直到沿着轴线方向朝向与压缩机构90相反的一侧突出的范围延伸的形状。

在该固定部86中也插通有螺栓100，通过该螺栓100，马达收纳壳体81被固定于端板9。另外，图4所示的剖面线的范围X2是图3所示的马达收纳壳体81的固定部86的固定面86a与端板9的接触范围，该马达收纳壳体81的与端板9的接触范围X2的面积小于压缩机构收纳壳体91的与端板9的接触范围X1的面积。

如上所述，压缩机构收纳壳体91的材质为不锈钢材料，马达收纳壳体81的材质为铝合金。

在此，端板9在其长边方向的两端部上设置有上述的冷却路73的冷却水入口9A以及冷却水出口9B，氢泵H50的整体配置在冷却水出口9B侧，并且，压缩机构90接近于冷却水出口9B，电动马达80以位于与压缩机构90的冷却水出口9B相反的位置的姿势，通过上述的压缩机构收纳壳体91的2个固定部94、94以及马达收纳壳体81的1个固定部86，安装于端板9。

根据如上所述的氢泵H50的固定结构体，由于将固定在端板9上的固定部94、94设置在压缩机构收纳壳体91上，因此使压缩机构收纳壳体91与端板9成为一体，包括压缩机构收纳壳体91的压缩机构90的热容量成为假想地还加上与端板9相当的热容量而成的热容量，因而变大。因此，压缩机构90不易被冷却，从而能够抑制温度降低，能够抑制结露的产生。

也就是说，如图5的虚线所示，在燃料电池系统1的运转停止时刻t0之后，氢泵H50的压缩机构90按照图5的实线所示的与端板9相同的缓梯度进行温度下降，而在图5的双点划线所示的热容量小、温度按照陡梯度进行下降的氢循环路75的配管、气液分离装置H42中先产生结露。由此，能够抑制氢泵H50的压缩机构90的结露。

并且，即使产生了结露而使压缩机构90冻结、压缩机构收纳壳体91与叶轮93被粘固，由于将固定部94、94设置在压缩机构收纳壳体91上，因此也能够在系统起动时通过燃料电池20的温度上升而从端板9传来的传递热尽早地将压缩机构90的该冻结解除。因此，氢泵H50的低温起动性得以提高。

此外，通过在压缩机构收纳壳体91的固定部94、94之间的连结部96，能够增大压缩机构收纳壳体91与端板9之间的接触面积，因此能够进一步抑制燃料电池系统1的运转停止后的压缩机构90的温度降低，并且能够进一步提高低温起动性。并且，通过该接触面积的增大使压缩机构收纳壳体91成为加强部件，从而能够提高端板9的刚性，因此，能够相对于端板9因两端连结于张力板11而产生的热应力翘曲，维持压缩机构收纳壳体91的密封性。

Claims (3)

1.一种压缩机的固定结构体，所述压缩机具有电动马达和与该电动马达并列设置并由该电动马达驱动的压缩机构，

上述电动马达的马达收纳壳体与上述压缩机构的压缩机构收纳壳体分开构成，

在上述压缩机构收纳壳体上设置用于固定到安装对象上的固定部，并且，

上述安装对象是配置在燃料电池的单电池层叠方向端部的端板，上述燃料电池通过层叠多个利用燃料气体与氧化气体之间的电化学反应进行发电的单电池而形成，

上述压缩机是使从上述燃料电池排出的燃料废气循环回上述燃料电池的燃料废气循环泵，

上述压缩机构收纳壳体设置有多个上述固定部，在这些固定部的与上述端板面接触的固定面之间，设置有与上述端板面接触的接触面积扩大部。

2.如权利要求1所述的压缩机的固定结构体，

上述压缩机构收纳壳体及上述马达收纳壳体的材质被设定成：上述压缩机构收纳壳体的刚性高于上述马达收纳壳体的刚性。

3.如权利要求1或2所述的压缩机的固定结构体，其中，

上述压缩机为气液二相流体用的压缩机。

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