JP2004360652A - ルーツ式圧縮機モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】コンパクトなルーツ式圧縮機モジュールを提供すること。
【解決手段】ルーツ式の圧縮機１１の主動ロータと同軸上には、該主動ロータ及び従動ロータを回転駆動する電動モータ１２が配設されている。モータハウジング１２ａは圧縮機ハウジング２０に接合固定されている。圧縮機ハウジング２０には、圧縮機１１からの吐出ガスを濾過するためのマフラ１３が支持されている。圧縮機ハウジング２０内においてロータ室の吐出側から主動ロータの軸線Ｌと交差する方向には吐出路が延出されている。該吐出路は連通路２９によってマフラ１３に接続されている。主動ロータの軸線Ｌ方向を前後方向とすると、電動モータ１２の側方にマフラ１３が配置されている。連通路２９は、吐出路側から主動ロータの軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されてマフラ１３に接続されている。
【選択図】 図１
【解決手段】ルーツ式の圧縮機１１の主動ロータと同軸上には、該主動ロータ及び従動ロータを回転駆動する電動モータ１２が配設されている。モータハウジング１２ａは圧縮機ハウジング２０に接合固定されている。圧縮機ハウジング２０には、圧縮機１１からの吐出ガスを濾過するためのマフラ１３が支持されている。圧縮機ハウジング２０内においてロータ室の吐出側から主動ロータの軸線Ｌと交差する方向には吐出路が延出されている。該吐出路は連通路２９によってマフラ１３に接続されている。主動ロータの軸線Ｌ方向を前後方向とすると、電動モータ１２の側方にマフラ１３が配置されている。連通路２９は、吐出路側から主動ロータの軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されてマフラ１３に接続されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーツ式圧縮機モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４及び図５に示すように、ルーツ式圧縮機モジュールとしては、ルーツ式の圧縮機５１と電動モータ５２とが一体化されてなるものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。圧縮機５１は、圧縮機ハウジング５１ａ内に形成されたロータ室５３に主動ロータ５４と従動ロータ５５とが収容されてなる。電動モータ５２は主動ロータ５４と同軸上に配設されており、該主動ロータ５４及び従動ロータ５５を回転駆動する。電動モータ５２のケーシングたるモータハウジング５２ａは、圧縮機ハウジング５１ａに接合固定されている。
【０００３】
前記特許文献１のルーツ式圧縮機モジュールにおいて、圧縮機ハウジング５１ａの側方には、大容量の空間部５６が設けられている。圧縮機ハウジング５１ａ内においてロータ室５３の吐出側からは、主動ロータ５４の軸線Ｌに対して垂直方向でかつ空間部５６の配置側とは異なる方向に向かって吐出路５７が延出されている。吐出路５７は、圧縮機ハウジング５１ａの側方に設けられた連通路５８を介して空間部５６に接続されている。連通路５８は、吐出路５７側から圧縮機ハウジング５１ａの周方向に延在されて空間部５６に接続されている。
【０００４】
そして、前記ロータ室５３からの吐出ガスが空間部５６を経由することで、該空間部５６における膨張作用によって、ルーツ式圧縮機モジュールから吐出されるガスの脈動を低減することができる。つまり、空間部５６は、圧縮機５１からの吐出ガスを脈動低減処理するマフラデバイスとして把握することができる。なお、ルーツ式圧縮機モジュールの用途によっては、前述した空間部５６の位置に該空間部５６に換えて、圧縮機５１からの吐出ガスを濾過処理するフィルタデバイスや、圧縮機５１からの吐出ガスを冷却処理するガスクーラデバイスが配設される場合もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２３７５号公報（第３，４頁、第２，３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示すように、前記ルーツ式圧縮機モジュールにおいては、圧縮機ハウジング５１ａの側方に空間部５６が突出されているとともに、該圧縮機ハウジング５１ａの側方において空間部５６と異なる位置には、連通路５８を形成するための肉部５９が突出されている。従って、圧縮機ハウジング５１ａの軸直交断面の外形が、空間部５６側及び連通路５８側の二方向に大きくなり、ひいてはルーツ式圧縮機モジュールが大型化する問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、コンパクトなルーツ式圧縮機モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のルーツ式圧縮機モジュールでは、圧縮機の主動ロータの軸線方向を前後方向とすると、電動モータの側方にデバイスが配置されている。また、連通路は、圧縮機が備えるロータ室から延出された吐出路側から、主動ロータの軸線方向に沿って電動モータ側へと延在されてデバイスに接続されている。従って、ルーツ式圧縮機モジュールを軸線方向から見た場合、連通路を形成するための肉部とデバイスとが重なるように配置されることとなり、この重なる分だけルーツ式圧縮機モジュールをコンパクト化することができる。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１において、前記デバイスを第１のデバイスとすると、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第１のデバイスで処理された吐出ガスに該第１のデバイスとは異なる処理を施す第２のデバイスが支持されている。また、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第２のデバイスで処理された吐出ガスに前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスとは異なる処理を施す第３のデバイスが支持されている。このように複数のデバイスを圧縮機及び電動モータ等とともにモジュール化することで、これらの設置作業が容易となる。
【００１０】
請求項３の発明は請求項２において、前記第２のデバイスは前記電動モータの側方に配置され、前記第３のデバイスは前記圧縮機の側方に配置され、前記第２のデバイスと前記第３のデバイスとは前記主動ロータの軸線方向に沿って列配置されている。つまり、第２のデバイス及び第３のデバイスは、連通路においては圧縮機側から電動モータ側へ向かっていたガスの流れを、電動モータ側から圧縮機側へ方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、第１〜第３のデバイスを、主動ロータの軸線方向に沿って一列に配置する場合と比較して、ルーツ式圧縮機モジュールが軸線方向に大型化することを抑制できる。
【００１１】
請求項４の発明は請求項２において、前記第２のデバイス及び前記第３のデバイスは、前記電動モータの側方に配置されており、前記第１デバイス及び第２デバイス並びに第３デバイスは、前記電動モータの周方向に沿って列配置されている。つまり、第２のデバイス及び第３のデバイスは、連通路においては圧縮機側から電動モータ側へ向かっていたガスの流れを、電動モータの周方向に方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、第１〜第３のデバイスを、主動ロータの軸線方向に沿って一列に配置する場合と比較して、ルーツ式圧縮機モジュールが軸線方向に大型化することを抑制できる。
【００１２】
請求項５の発明は請求項２〜４のいずれか一項において、第１〜第３のデバイスの一態様を具体化するものである。すなわち、前記第１のデバイスは、マフラ、フィルタ及びガスクーラのうちのいずれか一つよりなるとともに、前記第２のデバイスは残りの二つのうちのいずれか一つよりなり、前記第３のデバイスは残りの一つよりなっている。マフラは、圧縮機からの吐出ガスを脈動低減処理するデバイスである。フィルタは、圧縮機からの吐出ガスを濾過処理するデバイスである。ガスクーラは、圧縮機からの吐出ガスを冷却処理するデバイスである。
【００１３】
請求項６の発明は請求項５において、前記マフラは前記ガスクーラよりも上流側に配設されている。従って、圧縮機からの吐出ガスに脈動が発生している場合、該吐出ガスは脈動がマフラで低減された後にガスクーラへと流入される。従って、熱交換器としての機能上、比較的壁が薄いガスクーラにおいて、吐出ガスの脈動に起因した放射音が発生することを抑制できる。
【００１４】
請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか一項において、前記圧縮機は、燃料電池車が備える燃料電池に対して酸素又は水素を圧送するために用いられる。つまり、本発明のルーツ式圧縮機モジュールは車載用である。車載用のルーツ式圧縮機モジュールは特に配置スペースの制約が大きい。従って、請求項１〜６のいずれか一項の発明によってコンパクト化された圧縮機モジュールは、車載用として特に好適であると言える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を燃料電池車に搭載されるルーツ式圧縮機モジュールに具体化した第１及び第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態においては第１実施形態との相違点についてのみ説明し、同一又は相当部材には同じ番号を付して説明を省略する。
【００１６】
○第１実施形態
図１は、燃料電池車の燃料電池ＦＣに対してエアを圧送供給するために用いられる、ルーツ式圧縮機モジュール（以下、単に圧縮機モジュールという）ＣＭを中核としたエア供給システムを示す概略構成図である。圧縮機モジュールＣＭの吸入側には、エアクリーナＡＣが外部配管２５を介して接続されている。圧縮機モジュールＣＭは、エアクリーナＡＣ及び外部配管２５を介して大気（エア）を吸入する。圧縮機モジュールＣＭの吐出側には、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣが接続されている。圧縮機モジュールＣＭで圧縮されたエアは、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣに供給される。
【００１７】
前記圧縮機モジュールＣＭは、ルーツ式の圧縮機１１と電動モータ１２とが一体化されてなる。図２に示すように、圧縮機１１のケーシングたる圧縮機ハウジング２０内には、横断面瓢箪形状をなすロータ室２０ａが区画されている。圧縮機ハウジング２０には、ロータ室２０ａを挿通するようにして、駆動軸２１及び従動軸２２がそれぞれ回転可能に支持されている。
【００１８】
前記駆動軸２１は、電動モータ１２によって動力の供給を受けて回転される。従動軸２２は、駆動軸２１と平行に配置されており、図示しないギヤを介して駆動軸２１から動力の伝達を受けて回転される。圧縮機１１において駆動軸２１は下方側に配置され、従動軸２２は上方側に配置されている。ロータ室２０ａ内において駆動軸２１には、二葉状の主動ロータ２３が一体回転可能に止着されており、従動軸２２には、同じく二葉状の従動ロータ２４が一体回転可能に止着されている。電動モータ１２は、駆動軸２１及び従動軸２２を介して主動ロータ２３及び従動ロータ２４を回転駆動する。本実施形態においては、主動ロータ２３の軸線Ｌ方向を圧縮機モジュールＣＭの前後方向とする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、前記電動モータ１２は、主動ロータ２３と同軸上に配設されている。電動モータ１２のケーシングたるモータハウジング１２ａは、圧縮機ハウジング２０に接合固定されている。圧縮機ハウジング２０内においてロータ室２０ａの吸入側には、主動ロータ２３の軸線Ｌに対して垂直方向でかつ図２において圧縮機ハウジング２０の右方側に向って、吸入路２６が形成されている。吸入路２６には、外部配管２５を介してエアクリーナＡＣが接続されている。
【００２０】
圧縮機ハウジング２０内においてロータ室２０ａの吐出側からは、主動ロータ２３の軸線Ｌに対して垂直方向に、かつ吸入路２６と反対側、つまり図２において左方側に向かって、吐出路２８が延出されている。
【００２１】
前記圧縮機モジュールＣＭには第１のデバイスとしてのマフラ１３が組み付けられている。圧縮機１１の吐出路２８は、圧縮機ハウジング２０に設けられた連通路２９を介してマフラ１３の入口１３ａに接続されている。箱状のマフラ１３は、連通路２９を形成すべく圧縮機ハウジング２０の側方に突設された肉部３０に支持されている。
【００２２】
マフラ１３は、大容量の空間部１３ｂを備えた膨張型である。すなわち、マフラ１３は、ロータ室２０ａからの吐出エアが空間部１３ｂで膨張することによって、圧縮機１１から吐出されたエアの脈動を低減する。マフラ１３は、電動モータ１２の側方に配置されている。連通路２９は、吐出路２８側から主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されることでマフラ１３に接続されている。
【００２３】
マフラ１３の出口１３ｃには、連結通路１６を介して第２のデバイスとしてのフィルタ１４の入口１４ａが接続されている。フィルタ１４は、連結通路１６、マフラ１３を介して圧縮機ハウジング２０に支持されている。フィルタ１４は、マフラ１３の上方において電動モータ１２の側方に配置されている。フィルタ１４は、円柱状のケース１４ｂ内にフィルタエレメント１４ｃを備えており、マフラ１３を介して圧縮機１１から吐出されたエアを濾過することで例えば圧縮機１１で発生する摩耗粉を吐出エアから除去する。フィルタ１４は、該フィルタの軸線が主動ロータ２３の軸線Ｌと平行になるように配置されている。
【００２４】
前記フィルタ１４の出口１４ｄには、第３のデバイスとしてのガスクーラ１５の入口１５ａが接続されている。ガスクーラ１５は、フィルタ１４、連結通路１６、マフラ１３を介して圧縮機ハウジング２０に支持されている。円柱状のガスクーラ１５は、フィルタ１４よりも大径となっている。ガスクーラ１５の軸線は、フィルタ１４の軸線と同一直線上に位置している。ガスクーラ１５には、水冷式の図示しない冷却系回路が設けられている。該冷却系回路を流れる冷却水によって、ガスクーラ１５に流入した吐出エアが冷却される。
【００２５】
また、本実施形態においては、前記冷却系回路の一部が分岐されて圧縮機１１や電動モータ１２も冷却する構成とされている。ガスクーラ１５の出口１５ｂには、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣが接続されている。
【００２６】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）上述したように、電動モータ１２の側方にマフラ１３が配置されている。また、連通路２９は、圧縮機１１の吐出路２８側から、圧縮機１１の主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されてマフラ１３に接続されている。従って、圧縮機モジュールＣＭを軸線Ｌ方向から見た場合、連通路２９を形成するための肉部３０とマフラ１３とが重なるように配置されることとなり、この重なる分だけ圧縮機モジュールＣＭをコンパクト化することができる。
【００２７】
（２）圧縮機ハウジング２０には、マフラ１３及び連結通路１６を介してフィルタ１４が支持されており、さらに該フィルタ１４を介してガスクーラ１５が支持されている。従って、３個のデバイス（マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５）を圧縮機１１及び電動モータ１２とともにモジュール化することで、これらの設置作業が容易となる。また、モジュール化することで、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５それぞれを繋ぐ配管を短くしたり省略することができるため、部品点数低減、重量低減及びエアの低圧損化を図ることができる。
【００２８】
（３）３個のデバイスをモジュール化することで、ガスクーラ１５の冷却系回路の一部が分岐されて圧縮機１１や電動モータ１２も冷却する構成にすることが可能となる。よって、圧縮機１１用の冷却配管とガスクーラ１５用の冷却配管とを外部配管を介さずに直接繋ぐことができるため、さらなる部品点数低減と重量低減、及び冷却水の低圧損化を図ることができる。
【００２９】
（４）フィルタ１４は電動モータ１２の側方に配置されている。ガスクーラ１５は圧縮機１１の側方に配置され、フィルタ１４とガスクーラ１５とは主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って列配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、連通路２９においては圧縮機１１側から電動モータ１２側へ向かっていたエアの流れを、電動モータ１２側から圧縮機１１側へ方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って一列に配置する場合と比較して、圧縮機モジュールＣＭが軸線Ｌ方向に大型化することを抑制できる。
【００３０】
（５）マフラ１３はガスクーラ１５よりも上流側に配設されている。従って、圧縮機１１からの吐出エアに脈動が発生している場合、該吐出エアは脈動がマフラ１３で低減された後にガスクーラ１５へ流入される。従って、熱交換器としての機能上、比較的壁が薄いガスクーラ１５において、吐出エアの脈動に起因した放射音が発生することを抑制できる。
【００３１】
（６）圧縮機１１は、燃料電池車が備える燃料電池ＦＣに対してエア（エアに含まれる酸素）を圧送するために用いられている。車載用の圧縮機モジュールＣＭは特に配置スペースの制約が大きいため、コンパクト化された本実施形態の圧縮機モジュールＣＭは、車載用として特に好適であると言える。
【００３２】
○第２実施形態
図３に示すように、本実施形態においてフィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方に配置されており、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５は、電動モータ１２の周方向に沿って列配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、連通路２９においては圧縮機１１側から電動モータ１２側へ向かっていたエアの流れを、電動モータ１２の周方向に方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を、主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って一列に配置する場合と比較して、圧縮機モジュールＣＭが軸線Ｌ方向に大型化することを抑制できる。
【００３３】
フィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方において従動ロータ２４に対向するように配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方において従動ロータ２４と対向する領域に生じる空間（デッドスペース）に一部が配置されている。従って、圧縮機モジュールＣＭを軸線Ｌ方向から見た場合、フィルタ１４及びガスクーラ１５と圧縮機１１の従動ロータ２４側とが一部重なるように配置されることとなり、この重なる分だけ圧縮機モジュールＣＭをさらにコンパクト化することができる。なお、圧縮機モジュールＣＭからエアが吐出される側は、圧縮機モジュールＣＭにエアが流入される側と同じ側とされている。
【００３４】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
○上記第１実施形態においては、圧縮機モジュールＣＭから吐出されるエアは、圧縮機モジュールＣＭに対して前方側へ向って吐出されるようになっており、上記第２実施形態においては、圧縮機モジュールＣＭにエアが流入される側と同じ側である左方側へ向って吐出されていた。これらの設定は、燃料電池ＦＣと圧縮機モジュールＣＭとのレイアウトに対応していたのであり、該レイアウトの変更に応じて、フィルタ１４及びガスクーラ１５の配置は適宜変更可能である。
【００３５】
○上記各実施形態においては、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５は圧縮機ハウジング２０に支持されていた。つまり、マフラ１３は連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されており、フィルタ１４はマフラ１３及び連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されており、ガスクーラ１５はフィルタ１４及びマフラ１３並びに連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されていた。これを変更し、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５をモータハウジング１２ａによって支持する構成としてもよい。
【００３６】
○上記各実施形態においては、マフラ１３が第１のデバイスとされ、フィルタ１４が第２のデバイスとされ、ガスクーラ１５が第３のデバイスとされていた。しかし、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を第１〜第３のデバイスに当てはめる順列はこの順列に限定されるものではなく、他の順列であってもよい。すなわち、第１のデバイスをマフラ１３とした上で、第２のデバイスをガスクーラ１５とするとともに第３のデバイスをフィルタ１４としてもよい。
【００３７】
また、第１のデバイスをフィルタ１４とした上で、第２のデバイスをマフラ１３とするとともに第３のデバイスをガスクーラ１５としたり、第２のデバイスをガスクーラ１５とするとともに第３のデバイスをマフラ１３としてもよい。また、第１のデバイスをガスクーラ１５とした上で、第２のデバイスをマフラ１３とするとともに第３のデバイスをフィルタ１４としたり、第２のデバイスをフィルタ１４ととともに第３のデバイスをマフラ１３としてもよい。
【００３８】
○上記各実施形態において圧縮機モジュールＣＭには、デバイスが３個（マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５）組み付けられていたが、これに限らず、デバイスを１個、２個又は４個以上組み付ける態様としてもよい。
【００３９】
○上記各実施形態においてマフラ１３は、膨張型であったが、これに限らず、共鳴型や拡張型でもよい。
○上記各実施形態において圧縮機モジュールＣＭは、燃料電池車の燃料電池ＦＣに対してエア（エアに含まれる酸素）を圧送供給するために用いられていたが、これに限らず、燃料電池ＦＣに対して水素を圧送供給するために用いてもよい。
【００４０】
○上記各実施形態においてルーツ式の圧縮機１１の主動ロータ２３及び従動ロータ２４は、二葉状であったが、これに限らず、三葉状や３次元的に捩れた形状でもよい。
【００４１】
上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について記載すると、前記デバイスを第１のデバイスとすると、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第１のデバイスで処理された吐出ガスに該第１のデバイスとは異なる処理を施す第２のデバイスが支持されており、前記第１のデバイスはマフラよりなるとともに前記第２のデバイスはガスクーラよりなっている請求項１に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
【００４２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、コンパクトなルーツ式圧縮機モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エア供給システムを示す概略構成図。
【図２】ルーツ式圧縮機モジュールの横断面図。
【図３】別例を示す横断面図。
【図４】従来技術を示す平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。
【符号の説明】
１１…圧縮機、１２…電動モータ、１２ａ…モータハウジング、１３…第１及び第２実施形態における第１のデバイスとしてのマフラ、１４…第１及び第２実施形態における第２のデバイスとしてのフィルタ、１５…第１及び第２実施形態における第３のデバイスとしてのガスクーラ、２０…圧縮機ハウジング、２０ａ…ロータ室、２３…主動ロータ（Ｌ…軸線）、２４…従動ロータ、２８…吐出路、２９…連通路、ＣＭ…ルーツ式圧縮機モジュール、ＦＣ…燃料電池。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーツ式圧縮機モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４及び図５に示すように、ルーツ式圧縮機モジュールとしては、ルーツ式の圧縮機５１と電動モータ５２とが一体化されてなるものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。圧縮機５１は、圧縮機ハウジング５１ａ内に形成されたロータ室５３に主動ロータ５４と従動ロータ５５とが収容されてなる。電動モータ５２は主動ロータ５４と同軸上に配設されており、該主動ロータ５４及び従動ロータ５５を回転駆動する。電動モータ５２のケーシングたるモータハウジング５２ａは、圧縮機ハウジング５１ａに接合固定されている。
【０００３】
前記特許文献１のルーツ式圧縮機モジュールにおいて、圧縮機ハウジング５１ａの側方には、大容量の空間部５６が設けられている。圧縮機ハウジング５１ａ内においてロータ室５３の吐出側からは、主動ロータ５４の軸線Ｌに対して垂直方向でかつ空間部５６の配置側とは異なる方向に向かって吐出路５７が延出されている。吐出路５７は、圧縮機ハウジング５１ａの側方に設けられた連通路５８を介して空間部５６に接続されている。連通路５８は、吐出路５７側から圧縮機ハウジング５１ａの周方向に延在されて空間部５６に接続されている。
【０００４】
そして、前記ロータ室５３からの吐出ガスが空間部５６を経由することで、該空間部５６における膨張作用によって、ルーツ式圧縮機モジュールから吐出されるガスの脈動を低減することができる。つまり、空間部５６は、圧縮機５１からの吐出ガスを脈動低減処理するマフラデバイスとして把握することができる。なお、ルーツ式圧縮機モジュールの用途によっては、前述した空間部５６の位置に該空間部５６に換えて、圧縮機５１からの吐出ガスを濾過処理するフィルタデバイスや、圧縮機５１からの吐出ガスを冷却処理するガスクーラデバイスが配設される場合もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２３７５号公報（第３，４頁、第２，３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示すように、前記ルーツ式圧縮機モジュールにおいては、圧縮機ハウジング５１ａの側方に空間部５６が突出されているとともに、該圧縮機ハウジング５１ａの側方において空間部５６と異なる位置には、連通路５８を形成するための肉部５９が突出されている。従って、圧縮機ハウジング５１ａの軸直交断面の外形が、空間部５６側及び連通路５８側の二方向に大きくなり、ひいてはルーツ式圧縮機モジュールが大型化する問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、コンパクトなルーツ式圧縮機モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のルーツ式圧縮機モジュールでは、圧縮機の主動ロータの軸線方向を前後方向とすると、電動モータの側方にデバイスが配置されている。また、連通路は、圧縮機が備えるロータ室から延出された吐出路側から、主動ロータの軸線方向に沿って電動モータ側へと延在されてデバイスに接続されている。従って、ルーツ式圧縮機モジュールを軸線方向から見た場合、連通路を形成するための肉部とデバイスとが重なるように配置されることとなり、この重なる分だけルーツ式圧縮機モジュールをコンパクト化することができる。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１において、前記デバイスを第１のデバイスとすると、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第１のデバイスで処理された吐出ガスに該第１のデバイスとは異なる処理を施す第２のデバイスが支持されている。また、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第２のデバイスで処理された吐出ガスに前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスとは異なる処理を施す第３のデバイスが支持されている。このように複数のデバイスを圧縮機及び電動モータ等とともにモジュール化することで、これらの設置作業が容易となる。
【００１０】
請求項３の発明は請求項２において、前記第２のデバイスは前記電動モータの側方に配置され、前記第３のデバイスは前記圧縮機の側方に配置され、前記第２のデバイスと前記第３のデバイスとは前記主動ロータの軸線方向に沿って列配置されている。つまり、第２のデバイス及び第３のデバイスは、連通路においては圧縮機側から電動モータ側へ向かっていたガスの流れを、電動モータ側から圧縮機側へ方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、第１〜第３のデバイスを、主動ロータの軸線方向に沿って一列に配置する場合と比較して、ルーツ式圧縮機モジュールが軸線方向に大型化することを抑制できる。
【００１１】
請求項４の発明は請求項２において、前記第２のデバイス及び前記第３のデバイスは、前記電動モータの側方に配置されており、前記第１デバイス及び第２デバイス並びに第３デバイスは、前記電動モータの周方向に沿って列配置されている。つまり、第２のデバイス及び第３のデバイスは、連通路においては圧縮機側から電動モータ側へ向かっていたガスの流れを、電動モータの周方向に方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、第１〜第３のデバイスを、主動ロータの軸線方向に沿って一列に配置する場合と比較して、ルーツ式圧縮機モジュールが軸線方向に大型化することを抑制できる。
【００１２】
請求項５の発明は請求項２〜４のいずれか一項において、第１〜第３のデバイスの一態様を具体化するものである。すなわち、前記第１のデバイスは、マフラ、フィルタ及びガスクーラのうちのいずれか一つよりなるとともに、前記第２のデバイスは残りの二つのうちのいずれか一つよりなり、前記第３のデバイスは残りの一つよりなっている。マフラは、圧縮機からの吐出ガスを脈動低減処理するデバイスである。フィルタは、圧縮機からの吐出ガスを濾過処理するデバイスである。ガスクーラは、圧縮機からの吐出ガスを冷却処理するデバイスである。
【００１３】
請求項６の発明は請求項５において、前記マフラは前記ガスクーラよりも上流側に配設されている。従って、圧縮機からの吐出ガスに脈動が発生している場合、該吐出ガスは脈動がマフラで低減された後にガスクーラへと流入される。従って、熱交換器としての機能上、比較的壁が薄いガスクーラにおいて、吐出ガスの脈動に起因した放射音が発生することを抑制できる。
【００１４】
請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか一項において、前記圧縮機は、燃料電池車が備える燃料電池に対して酸素又は水素を圧送するために用いられる。つまり、本発明のルーツ式圧縮機モジュールは車載用である。車載用のルーツ式圧縮機モジュールは特に配置スペースの制約が大きい。従って、請求項１〜６のいずれか一項の発明によってコンパクト化された圧縮機モジュールは、車載用として特に好適であると言える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を燃料電池車に搭載されるルーツ式圧縮機モジュールに具体化した第１及び第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態においては第１実施形態との相違点についてのみ説明し、同一又は相当部材には同じ番号を付して説明を省略する。
【００１６】
○第１実施形態
図１は、燃料電池車の燃料電池ＦＣに対してエアを圧送供給するために用いられる、ルーツ式圧縮機モジュール（以下、単に圧縮機モジュールという）ＣＭを中核としたエア供給システムを示す概略構成図である。圧縮機モジュールＣＭの吸入側には、エアクリーナＡＣが外部配管２５を介して接続されている。圧縮機モジュールＣＭは、エアクリーナＡＣ及び外部配管２５を介して大気（エア）を吸入する。圧縮機モジュールＣＭの吐出側には、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣが接続されている。圧縮機モジュールＣＭで圧縮されたエアは、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣに供給される。
【００１７】
前記圧縮機モジュールＣＭは、ルーツ式の圧縮機１１と電動モータ１２とが一体化されてなる。図２に示すように、圧縮機１１のケーシングたる圧縮機ハウジング２０内には、横断面瓢箪形状をなすロータ室２０ａが区画されている。圧縮機ハウジング２０には、ロータ室２０ａを挿通するようにして、駆動軸２１及び従動軸２２がそれぞれ回転可能に支持されている。
【００１８】
前記駆動軸２１は、電動モータ１２によって動力の供給を受けて回転される。従動軸２２は、駆動軸２１と平行に配置されており、図示しないギヤを介して駆動軸２１から動力の伝達を受けて回転される。圧縮機１１において駆動軸２１は下方側に配置され、従動軸２２は上方側に配置されている。ロータ室２０ａ内において駆動軸２１には、二葉状の主動ロータ２３が一体回転可能に止着されており、従動軸２２には、同じく二葉状の従動ロータ２４が一体回転可能に止着されている。電動モータ１２は、駆動軸２１及び従動軸２２を介して主動ロータ２３及び従動ロータ２４を回転駆動する。本実施形態においては、主動ロータ２３の軸線Ｌ方向を圧縮機モジュールＣＭの前後方向とする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、前記電動モータ１２は、主動ロータ２３と同軸上に配設されている。電動モータ１２のケーシングたるモータハウジング１２ａは、圧縮機ハウジング２０に接合固定されている。圧縮機ハウジング２０内においてロータ室２０ａの吸入側には、主動ロータ２３の軸線Ｌに対して垂直方向でかつ図２において圧縮機ハウジング２０の右方側に向って、吸入路２６が形成されている。吸入路２６には、外部配管２５を介してエアクリーナＡＣが接続されている。
【００２０】
圧縮機ハウジング２０内においてロータ室２０ａの吐出側からは、主動ロータ２３の軸線Ｌに対して垂直方向に、かつ吸入路２６と反対側、つまり図２において左方側に向かって、吐出路２８が延出されている。
【００２１】
前記圧縮機モジュールＣＭには第１のデバイスとしてのマフラ１３が組み付けられている。圧縮機１１の吐出路２８は、圧縮機ハウジング２０に設けられた連通路２９を介してマフラ１３の入口１３ａに接続されている。箱状のマフラ１３は、連通路２９を形成すべく圧縮機ハウジング２０の側方に突設された肉部３０に支持されている。
【００２２】
マフラ１３は、大容量の空間部１３ｂを備えた膨張型である。すなわち、マフラ１３は、ロータ室２０ａからの吐出エアが空間部１３ｂで膨張することによって、圧縮機１１から吐出されたエアの脈動を低減する。マフラ１３は、電動モータ１２の側方に配置されている。連通路２９は、吐出路２８側から主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されることでマフラ１３に接続されている。
【００２３】
マフラ１３の出口１３ｃには、連結通路１６を介して第２のデバイスとしてのフィルタ１４の入口１４ａが接続されている。フィルタ１４は、連結通路１６、マフラ１３を介して圧縮機ハウジング２０に支持されている。フィルタ１４は、マフラ１３の上方において電動モータ１２の側方に配置されている。フィルタ１４は、円柱状のケース１４ｂ内にフィルタエレメント１４ｃを備えており、マフラ１３を介して圧縮機１１から吐出されたエアを濾過することで例えば圧縮機１１で発生する摩耗粉を吐出エアから除去する。フィルタ１４は、該フィルタの軸線が主動ロータ２３の軸線Ｌと平行になるように配置されている。
【００２４】
前記フィルタ１４の出口１４ｄには、第３のデバイスとしてのガスクーラ１５の入口１５ａが接続されている。ガスクーラ１５は、フィルタ１４、連結通路１６、マフラ１３を介して圧縮機ハウジング２０に支持されている。円柱状のガスクーラ１５は、フィルタ１４よりも大径となっている。ガスクーラ１５の軸線は、フィルタ１４の軸線と同一直線上に位置している。ガスクーラ１５には、水冷式の図示しない冷却系回路が設けられている。該冷却系回路を流れる冷却水によって、ガスクーラ１５に流入した吐出エアが冷却される。
【００２５】
また、本実施形態においては、前記冷却系回路の一部が分岐されて圧縮機１１や電動モータ１２も冷却する構成とされている。ガスクーラ１５の出口１５ｂには、外部配管２７を介して燃料電池ＦＣが接続されている。
【００２６】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）上述したように、電動モータ１２の側方にマフラ１３が配置されている。また、連通路２９は、圧縮機１１の吐出路２８側から、圧縮機１１の主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って電動モータ１２側へと延在されてマフラ１３に接続されている。従って、圧縮機モジュールＣＭを軸線Ｌ方向から見た場合、連通路２９を形成するための肉部３０とマフラ１３とが重なるように配置されることとなり、この重なる分だけ圧縮機モジュールＣＭをコンパクト化することができる。
【００２７】
（２）圧縮機ハウジング２０には、マフラ１３及び連結通路１６を介してフィルタ１４が支持されており、さらに該フィルタ１４を介してガスクーラ１５が支持されている。従って、３個のデバイス（マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５）を圧縮機１１及び電動モータ１２とともにモジュール化することで、これらの設置作業が容易となる。また、モジュール化することで、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５それぞれを繋ぐ配管を短くしたり省略することができるため、部品点数低減、重量低減及びエアの低圧損化を図ることができる。
【００２８】
（３）３個のデバイスをモジュール化することで、ガスクーラ１５の冷却系回路の一部が分岐されて圧縮機１１や電動モータ１２も冷却する構成にすることが可能となる。よって、圧縮機１１用の冷却配管とガスクーラ１５用の冷却配管とを外部配管を介さずに直接繋ぐことができるため、さらなる部品点数低減と重量低減、及び冷却水の低圧損化を図ることができる。
【００２９】
（４）フィルタ１４は電動モータ１２の側方に配置されている。ガスクーラ１５は圧縮機１１の側方に配置され、フィルタ１４とガスクーラ１５とは主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って列配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、連通路２９においては圧縮機１１側から電動モータ１２側へ向かっていたエアの流れを、電動モータ１２側から圧縮機１１側へ方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って一列に配置する場合と比較して、圧縮機モジュールＣＭが軸線Ｌ方向に大型化することを抑制できる。
【００３０】
（５）マフラ１３はガスクーラ１５よりも上流側に配設されている。従って、圧縮機１１からの吐出エアに脈動が発生している場合、該吐出エアは脈動がマフラ１３で低減された後にガスクーラ１５へ流入される。従って、熱交換器としての機能上、比較的壁が薄いガスクーラ１５において、吐出エアの脈動に起因した放射音が発生することを抑制できる。
【００３１】
（６）圧縮機１１は、燃料電池車が備える燃料電池ＦＣに対してエア（エアに含まれる酸素）を圧送するために用いられている。車載用の圧縮機モジュールＣＭは特に配置スペースの制約が大きいため、コンパクト化された本実施形態の圧縮機モジュールＣＭは、車載用として特に好適であると言える。
【００３２】
○第２実施形態
図３に示すように、本実施形態においてフィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方に配置されており、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５は、電動モータ１２の周方向に沿って列配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、連通路２９においては圧縮機１１側から電動モータ１２側へ向かっていたエアの流れを、電動モータ１２の周方向に方向転換するようにして配置されている。従って、例えば、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を、主動ロータ２３の軸線Ｌ方向に沿って一列に配置する場合と比較して、圧縮機モジュールＣＭが軸線Ｌ方向に大型化することを抑制できる。
【００３３】
フィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方において従動ロータ２４に対向するように配置されている。つまり、フィルタ１４及びガスクーラ１５は、電動モータ１２の側方において従動ロータ２４と対向する領域に生じる空間（デッドスペース）に一部が配置されている。従って、圧縮機モジュールＣＭを軸線Ｌ方向から見た場合、フィルタ１４及びガスクーラ１５と圧縮機１１の従動ロータ２４側とが一部重なるように配置されることとなり、この重なる分だけ圧縮機モジュールＣＭをさらにコンパクト化することができる。なお、圧縮機モジュールＣＭからエアが吐出される側は、圧縮機モジュールＣＭにエアが流入される側と同じ側とされている。
【００３４】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
○上記第１実施形態においては、圧縮機モジュールＣＭから吐出されるエアは、圧縮機モジュールＣＭに対して前方側へ向って吐出されるようになっており、上記第２実施形態においては、圧縮機モジュールＣＭにエアが流入される側と同じ側である左方側へ向って吐出されていた。これらの設定は、燃料電池ＦＣと圧縮機モジュールＣＭとのレイアウトに対応していたのであり、該レイアウトの変更に応じて、フィルタ１４及びガスクーラ１５の配置は適宜変更可能である。
【００３５】
○上記各実施形態においては、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５は圧縮機ハウジング２０に支持されていた。つまり、マフラ１３は連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されており、フィルタ１４はマフラ１３及び連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されており、ガスクーラ１５はフィルタ１４及びマフラ１３並びに連結通路１６を介して圧縮機ハウジング２０に支持されていた。これを変更し、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５をモータハウジング１２ａによって支持する構成としてもよい。
【００３６】
○上記各実施形態においては、マフラ１３が第１のデバイスとされ、フィルタ１４が第２のデバイスとされ、ガスクーラ１５が第３のデバイスとされていた。しかし、マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５を第１〜第３のデバイスに当てはめる順列はこの順列に限定されるものではなく、他の順列であってもよい。すなわち、第１のデバイスをマフラ１３とした上で、第２のデバイスをガスクーラ１５とするとともに第３のデバイスをフィルタ１４としてもよい。
【００３７】
また、第１のデバイスをフィルタ１４とした上で、第２のデバイスをマフラ１３とするとともに第３のデバイスをガスクーラ１５としたり、第２のデバイスをガスクーラ１５とするとともに第３のデバイスをマフラ１３としてもよい。また、第１のデバイスをガスクーラ１５とした上で、第２のデバイスをマフラ１３とするとともに第３のデバイスをフィルタ１４としたり、第２のデバイスをフィルタ１４ととともに第３のデバイスをマフラ１３としてもよい。
【００３８】
○上記各実施形態において圧縮機モジュールＣＭには、デバイスが３個（マフラ１３及びフィルタ１４並びにガスクーラ１５）組み付けられていたが、これに限らず、デバイスを１個、２個又は４個以上組み付ける態様としてもよい。
【００３９】
○上記各実施形態においてマフラ１３は、膨張型であったが、これに限らず、共鳴型や拡張型でもよい。
○上記各実施形態において圧縮機モジュールＣＭは、燃料電池車の燃料電池ＦＣに対してエア（エアに含まれる酸素）を圧送供給するために用いられていたが、これに限らず、燃料電池ＦＣに対して水素を圧送供給するために用いてもよい。
【００４０】
○上記各実施形態においてルーツ式の圧縮機１１の主動ロータ２３及び従動ロータ２４は、二葉状であったが、これに限らず、三葉状や３次元的に捩れた形状でもよい。
【００４１】
上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について記載すると、前記デバイスを第１のデバイスとすると、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第１のデバイスで処理された吐出ガスに該第１のデバイスとは異なる処理を施す第２のデバイスが支持されており、前記第１のデバイスはマフラよりなるとともに前記第２のデバイスはガスクーラよりなっている請求項１に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
【００４２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、コンパクトなルーツ式圧縮機モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エア供給システムを示す概略構成図。
【図２】ルーツ式圧縮機モジュールの横断面図。
【図３】別例を示す横断面図。
【図４】従来技術を示す平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。
【符号の説明】
１１…圧縮機、１２…電動モータ、１２ａ…モータハウジング、１３…第１及び第２実施形態における第１のデバイスとしてのマフラ、１４…第１及び第２実施形態における第２のデバイスとしてのフィルタ、１５…第１及び第２実施形態における第３のデバイスとしてのガスクーラ、２０…圧縮機ハウジング、２０ａ…ロータ室、２３…主動ロータ（Ｌ…軸線）、２４…従動ロータ、２８…吐出路、２９…連通路、ＣＭ…ルーツ式圧縮機モジュール、ＦＣ…燃料電池。
Claims (7)
- 圧縮機ハウジング内に形成されたロータ室に主動ロータと従動ロータとが収容されてなるルーツ式の圧縮機と、前記主動ロータと同軸上に配設され該主動ロータ及び前記従動ロータを回転駆動するための電動モータと、該電動モータのケーシングたるモータハウジングは前記圧縮機ハウジングに接合固定されていることと、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングに支持され、前記圧縮機からの吐出ガスを処理するためのデバイスと、前記圧縮機ハウジング内において前記ロータ室の吐出側から前記主動ロータの軸線と交差する方向に延出された吐出路と、該吐出路を前記デバイスに接続する連通路とからなるルーツ式圧縮機モジュールにおいて、
前記主動ロータの軸線方向を前後方向とすると、前記電動モータの側方に前記デバイスを配置するとともに、前記連通路を、前記吐出路側から前記主動ロータの軸線方向に沿って前記電動モータ側へと延在させて前記デバイスに接続したことを特徴とするルーツ式圧縮機モジュール。 - 前記デバイスを第１のデバイスとすると、前記圧縮機ハウジング又は前記モータハウジングには、前記第１のデバイスで処理された吐出ガスに該第１のデバイスとは異なる処理を施す第２のデバイス、及び該第２のデバイスで処理された吐出ガスに前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスとは異なる処理を施す第３のデバイスがそれぞれ支持されている請求項１に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
- 前記第２のデバイスは前記電動モータの側方に配置され、前記第３のデバイスは前記圧縮機の側方に配置され、前記第２のデバイスと前記第３のデバイスとは前記主動ロータの軸線方向に沿って列配置されている請求項２に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
- 前記第２のデバイス及び前記第３のデバイスは、前記電動モータの側方に配置されており、前記第１デバイス及び第２デバイス並びに第３デバイスは、前記電動モータの周方向に沿って列配置されている請求項２に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
- 前記第１のデバイスは、マフラ、フィルタ及びガスクーラのうちのいずれか一つよりなるとともに、前記第２のデバイスは残りの二つのうちのいずれか一つよりなり、前記第３のデバイスは残りの一つよりなっている請求項２〜４のいずれか一項に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
- 前記マフラは前記ガスクーラよりも上流側に配設されている請求項５に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
- 前記圧縮機は、燃料電池車が備える燃料電池に対して酸素又は水素を圧送するために用いられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のルーツ式圧縮機モジュール。
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