JP2004183598A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体ポンプにおいて、電動モーター側への流体の侵入を防止でき、水の供給に用いられる場合に、電動モーターにおける錆びの発生を回避できるようにする。
【解決手段】電動モーター７の回転軸１３が貫通する前記ポンプハウジング４の貫通穴４Ａに、前記ポンプハウジング４の厚さよりの長いブッシュ１１を圧入すると共に、前記ブッシュ１１の外径よりも大きな内径のチューブ１２で、ポンプハウジング４の電動モーター７側端面から回転子７Ｂ端面までの間の回転軸１３の周囲を覆う。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用燃料電池システムにおいて、電解質膜を適正な加湿状態に保持すべく水を圧送供給するのに好適な流体ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用燃料電池システムにおいては、電解質膜が適度に加湿されることにより、イオン伝導率が向上して電気化学反応に伴う発電量を多くすることができるため、従来から、燃料電池スタックに供給する燃焼ガス及び酸化ガスに対し流体ポンプによって加湿用の水を供給することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、従来、内燃機関にガソリンを供給する流体ポンプとして、例えば、特許文献２に開示されるようなものがあった。
このものは、電動モーターを収容する筒状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、流体の吸込口及び吐出口を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ、前記電動モーターにより回転駆動されるインペラとを有して構成される、所謂タービン型流体ポンプである。
【０００４】
そして、前記インペラが電動モーターで回転駆動されると、そのポンプ作用により吸込口を介して燃料が吸込まれ、この吸込まれた燃料は前記ケーシング内へ吐出され、前記ケーシングの吸込口とは反対側に設けられる吐出口から外部へ吐出される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４１０８８号公報
【特許文献２】
特開平０８−０４２４８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術の流体ポンプでは、吸込口から吸込まれた燃料がケーシング内を流通する構成であるため、前記ポンプハウジングの電動モーターの回転軸が貫通する貫通穴の部分からのケーシング内への燃料の漏れ出しについては許容されていた。
【０００７】
しかし、上述した従来技術の流体ポンプを、燃料電池システムでの加湿水供給用ポンプとして使用する場合、前記ケーシング内に水が侵入すると、電動モーターに錆等が発生して円滑な回転を妨げると共に、ポンプ効率が低下し、電動モーターの寿命を低下させるため、ポンプハウジングから直接外部に水を吐き出すように吐出口を設けると共に、前記貫通穴の部分からの水の侵入を防止する必要が生じる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ポンプハウジングの電動モーターの回転軸が貫通する貫通穴の部分からのケーシング内への燃料の漏れ出しを防止でき、以って、燃料電池システムにおいて加湿用ポンプとして使用可能な流体ポンプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明では、電動モーターの回転軸が貫通するポンプハウジングの貫通穴に、ブッシュを圧入する構成とした。
【００１０】
係る構成によると、回転軸がポンプハウジングを貫通する部分において、ブッシュによりクリアランスが縮小され、電動モーター側への流体（水）の侵入が抑制される。
【００１１】
従って、水の供給用として流体ポンプを用いた場合に、水が貫通穴から電動モーター側へ侵入して電動モーターに錆等が発生することを防止できる。
請求項２記載の発明では、前記ブッシュの長さを、前記貫通穴の部分における前記ポンプハウジングの厚さよりも長くする構成とした。
【００１２】
係る構成によると、ブッシュによるクリアランスの小さい部分の長さが長く確保され、より電動モーター側への流体（水）の侵入が抑制される。
請求項３記載の発明では、前記ブッシュの外径よりも大きな内径のチューブで、ポンプハウジングの電動モーター側端面から電動モーターの回転子端面までの間の回転軸の周囲を覆う構成とした。
【００１３】
上記構成によると、ブッシュと回転軸との間のクリアランスが電動モーター側に解放される部分が、チューブによって閉塞空間とされる。
従って、水の供給用として流体ポンプを用いた場合に、ブッシュと回転軸との間のクリアランスを介して電動モーター側に漏れ出した微量な水を、前記チューブの内側に閉じ込めることができ、貫通穴から電動モーターへの水の浸入をより確実に防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る流体ポンプを適用する固体高分子型燃料電池システムの概略図である。
【００１５】
この図１において、流体ポンプ（水ポンプ）２１は、水貯蔵タンク１４より吸上げた水（好ましくは純水）を、水噴射弁１６ａ，１６ｂを介して加湿器１７ａ，１７ｂへそれぞれ供給する。
【００１６】
前記加湿器１７ａ，１７ｂには、燃焼ガスとしての水素を供給する水素供給管１９及び酸化ガスとしての酸素を供給する酸素供給管１８がそれぞれ配設され、前記水噴射弁１６ａ，１６ｂにより噴射される水がそれぞれのガスに混入される。
【００１７】
前記加湿器１７ａ，１７ｂにて加湿された供給ガス（水素，酸素）は、湿潤状態を維持しながら燃料電池スタック２０へと供給され、該燃料電池スタック２０において電気化学反応により発電が行われる。
【００１８】
尚、前記水噴射弁１６ａ，１６ｂに供給される水の圧力を調整するためのプレッシャレギュレータ１５が設けられている。
ここで、図２に基づいて、前記流体ポンプ（水ポンプ）２１の構造を詳細に説明する。
【００１９】
図２において、ケーシング１は、その軸方向一端側にポンプハウジング２が取付けられ、内部に電動モーター７が配置されている。
前記ポンプハウジング２は、外側ポンプハウジング３及び内側ポンプハウジング４の２つのハウジング部材を、上下方向で衝合することで構成され、該ポンプハウジング２内にはインペラ５が内設される。
【００２０】
前記外側ポンプハウジング３には、流体（水）の吸込口９，吐出口１０が形成されると共に（図３参照）、内側ポンプハウジング４と対向する面に、インペラ５を収容するための凹陥部３Ａが形成されている。
【００２１】
そして、外側ポンプハウジング３は、ケーシング１の下端側にカシメ等の手段で嵌合状態で取り付けられ、ケーシング１を外側から閉塞する。
一方、内側ポンプハウジング４には、電動モーター７の回転軸１３が貫通する貫通穴４Ａが形成されている。
【００２２】
前記インペラ５は、前記外側ポンプハウジング３の凹陥部３Ａ内に回転可能に設けられる。
該インペラ５は、例えば耐食性，耐磨耗性に優れた樹脂材によって略円板状に形成され、図４に示すように、外周部の表裏に外周端面方向に開口する複数の羽根５Ｂ，５Ｂ・・・及び溝部５Ｃ，５Ｃ・・・をそれぞれ備える。
【００２３】
そして、インペラ５は、凹陥部３Ａ内で外側ポンプハウジング３の上面と内側ポンプハウジング４の下面との間に、上，下面がフローティングシールされ、この状態で回転軸６と一体に電動モーター７により回転駆動される。
【００２４】
前記電動モーター７は、ケーシング１の内側に固定されるヨーク７Ａと、該ヨーク７Ａの内側に挿入される回転子７Ｂ及びコンミテータ７Ｃと、該コンミテータ７Ｃに摺接する一対のブラシ（図示せず）等により構成されている。
【００２５】
支軸６は、一端がハウジングカバー（図示せず）に圧入固定され、他端が外側ポンプハウジング３に圧入固定される。
該支軸６には、前記回転子７Ｂ及びコンミテータ７Ｃが遊嵌され、前記回転子７Ｂ及びコンミテータ７Ｃを回転可能に支持すると共に、前記インペラ５が遊嵌され、前記インペラ５を回転可能に支持する。
【００２６】
前記回転軸１３は、筒状に形成され、一端が前記回転子７Ｂに固定される一方、その中空部に前記支軸６が挿通され、先端部が前記インペラ５と回転方向に係合することで、回転子７Ｂ，回転軸１３と一体にインペラ５が回転駆動される。
【００２７】
図中、符号８は、インペラ５を収容する凹陥部３Ａの外周側に形成された流体通路を示し、該流体通路８は、その一端側が吸込口９に連通し、他端側が吐出口１０に連通している（図３参照）。
【００２８】
ここで、内側ポンプハウジング部４の回転軸１３が挿通される貫通穴４Ａに、内側ポンプハウジング部４の厚さよりも長い円筒状のブッシュ１１を圧入させてある。
【００２９】
前記ブッシュ１１は、例えばシリコン等の耐錆性を有する材料から形成され、該ブッシュ１１によってクリアランスが小さくかつ長いシール部を構成している。
【００３０】
更に、前記ブッシュ１１の外径よりも大きな内径のチューブ１２の一端を、回転子７Ｂの端部７Ｄに固着し、その先端開口部が前記ブッシュ１１外側の内側ポンプハウジング４の上面に当接されるようにしてある。
【００３１】
即ち、チューブ１２は、その先端が前記ブッシュ１１外側の内側ポンプハウジング４の上面に摺接しつつ、前記回転子７Ｂと一体に回転するようになっており、前記内側ポンプハウジング４と回転子７Ｂとの間の回転軸１３の周囲が、前記チューブ１２で覆われる。
【００３２】
前記チューブ１２は、前記ブッシュ１１と同様に、例えばシリコン等の耐錆性を有する材料から形成される。
前記ブッシュ１１によってクリアランスが小さくかつ長いシール部を構成し、水の電動モーター７側への侵入を抑制するが、前記ブッシュ１１と回転軸１３との間のクラアランスを介して電動モーター７側へ漏れ出した微量の水は、前記チューブ１２で囲まれる閉塞空間に閉じ込められることになり、電動モーター７側への侵入が阻止される。
【００３３】
本実施の形態による流体ポンプ２１は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動を、図５を参照しつつ説明する。
電動モーター７の回転子７Ｂに駆動電流が供給されると、回転子７Ｂが回転軸１３と一体に回転し、ポンプハウジング２内でインペラ５を回転駆動する。
【００３４】
そして、インペラ５の回転により、水貯蔵タンク１４内の水が吸込口９から流体通路８へと吸込まれ、この水は、インペラ５の各羽根５Ｂにより流体通路８に沿って圧送されつつ、吐出口１０から外部の配管（図示せず）へ吐出される。
【００３５】
ここで、前記ポンプハウジング２内と電動モーター７が収容されるケーシング１内の空間とは、内側ポンプハウジング４の回転軸１３及び支軸６を挿通するための貫通穴４Ａによって連通されているため、流体通路８内に供給された水が、貫通穴４Ａを介して電動モーター７側へ浸入してしまう可能性がある。
【００３６】
しかし、本実施形態では、内側ポンプハウジング４の回転軸１３が貫通する貫通穴４Ａと、前記回転軸１３との間に、内側ポンプハウジング４の厚さよりも長く、クリアランスの小さい部分を長く確保できるブッシュ１１を圧入し、かつ、電動モーター７の回転子７Ｂに、前記ブッシュ１１を介して漏れ出した微小の水を閉じ込めるチューブ１２を固定して、電動モーター７側への水の浸入を防止している。
【００３７】
これにより、電動モーター部７への水の浸入によって錆等が発生することを回避でき、円滑な回転を妨げること無く、ポンプ効率・耐久性を向上させることができる。
【００３８】
また、ブッシュ１１及びチューブ１２には耐錆性を有する材料によって形成したことにより、これ自体に錆等の発生が無く、ブッシュ１１及びチューブ１２の錆びによって円滑な回転が妨げることが無い。
【００３９】
尚、上記実施形態では、ブッシュ１１及びチューブ１２の２重構造によって、電動モーター７側への水の侵入を抑止する構成としたが、ブッシュ１１のみで水の侵入の抑止を図る構成としても良い。
【００４０】
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の流体ポンプにおいて、前記流体ポンプが、燃料電池システムにおいて、燃焼ガス及び／又は酸化ガスに水を混入する手段に水を供給するためのポンプであることを特徴とする流体ポンプ。
【００４１】
係る構成によると、燃焼ガス（水素）及び／又は酸化ガス（酸素又は空気）を加湿すべく、水を混入させる燃料電池システムにおいて、前記水の供給に用いられる流体ポンプを構成する電動モーターに水が浸入することを抑止でき、以って、水の浸入による電動モーターの錆びの発生を回避できる。
（ロ）請求項３記載の流体ポンプにおいて、前記ブッシュ及びチューブが、耐錆性を有する材料で形成されることを特徴とする流体ポンプ。
【００４２】
これにより、ブッシュ及びチューブで錆びが発生することがなく、錆びの発生によって円滑な回転を妨げることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態において本発明に係る流体ポンプを適用するの燃料電池システムの概略図。
【図２】実施の形態における流体ポンプを示す断面図。
【図３】図２中の矢示Ｉ−Ｉ方向から見た要部断面図。
【図４】インペラの斜視図。
【図５】ポンプハウジング内での流体の流れを示す状態図。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…ポンプハウジング、３…外側ポンプハウジング、３Ａ…凹陥部、４…内側ポンプハウジング、４Ａ…貫通穴、５…インペラ、６…支軸、７…電動モーター、７Ｂ…回転子、８…流体通路、９…吸込口、１０…吐出口、１１…ブッシュ、１２…チューブ、１３…回転軸、１４…水貯蔵タンク、１６ａ，１６ｂ…水噴射弁、１７ａ，１７ｂ…加湿器、２１…流体ポンプ

Claims (3)

1. 電動モーターを収容する筒状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、流体の吸込口及び吐出口を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ、前記電動モーターにより回転駆動されるインペラとを有する流体ポンプにおいて、
   前記電動モーターの回転軸が貫通する前記ポンプハウジングの貫通穴に、ブッシュを圧入したことを特徴とする流体ポンプ。
2. 前記ブッシュの長さが、前記貫通穴の部分における前記ポンプハウジングの厚さよりも長いことを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。
3. 前記ブッシュの外径よりも大きな内径のチューブで、前記ポンプハウジングの電動モーター側端面から電動モーターの回転子端面までの間の前記回転軸の周囲を覆うことを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。

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