JP2005090646A

JP2005090646A - 燃料電池の空気供給装置及び燃料電池ユニット

Info

Publication number: JP2005090646A
Application number: JP2003325952A
Authority: JP
Inventors: Hironori Masui; 博紀増井
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP4565488B2

Abstract

【課題】ノート型パソコン内等に収容される極めて小型化された燃料電池に確実に空気を供給でき、作動音が小さな燃料電池の空気供給装置、及びこの燃料電池の空気供給装置を備えた燃料電池ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】モータ３の回転をギヤトレイン２によって増速させて羽根部材５に伝達するようになっているため、ギヤトレイン２によってモータ３の回転を増速させることのない場合に比較して、低速で小型の汎用モータ３を使用することができ、作動音を静粛化することができると共に、装置価格の低廉化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、ノート型パソコン，携帯型端末装置，携帯電話，各種電子機器及び自動車部品等に取り付けられる小型の燃料電池の発電セルに空気を送り込む燃料電池の空気供給装置、及びこの燃料電池の空気供給装置を備えた燃料電池ユニットに関するものである。

従来から知られている燃料電池は、天然ガスやメタノール等を改質して製造された燃料ガスがセル内に送り込まれると共に、酸化剤としての空気が空気供給装置によって発電セル内に供給されるようになっている。例えば、特許文献１に記載の空気供給装置は、コンプレッサがシャフトを介して電動モータによって駆動され、そのコンプレッサによって圧縮された空気が燃料電池のセル内に送り込まれるようになっている。また、特許文献２に記載の空気供給装置は、シロッコファンから吐出される旋回流が導風路によって減衰させられて、速度分布が均一化した空気が燃料電池内に送り込まれるようになっている。

特開２００２−５０３７６号公報（段落番号００１６及び図１参照）特開２００３−３６８７８号公報（第１頁参照）

しかしながら、特許文献１及び２に記載された従来の空気供給装置は、自動車のエンジンを駆動するための燃料電池に空気を供給するものであるため、ノート型パソコンや携帯電話等に収納又は着脱可能に取り付けるようにした極めて小型化された燃料電池の空気供給装置として使用することが困難であった。すなわち、ノート型パソコン等の極めて狭いスペースに収容されたり、また、取付スペースが極めて限定される超小型燃料電池は、空気の流路が狭く、空気の流れに対する流路抵抗が大きいため、特許文献１及び２に記載された空気供給装置を単にサイズダウンして使用しても、必要とされる空気量を燃料電池に供給できないという問題を有していた。

このような場合に、モータを可能な限り大型化して、空気供給装置のファン（羽根部材）をより一層高速回転させ、送出する空気量を増加させると共に、送出する空気圧を高めることが考えられるが、スペース的な制限からモータの大型化や空気供給装置のファンの大型化にも限界がある。しかも、モータを大型化すると、作動音（騒音）が増大する虞がある。

そこで、本発明は、ノート型パソコン内等に収容される極めて小型化された燃料電池に確実に空気を供給でき、しかも作動音が小さな燃料電池の空気供給装置を提供すること、及びこのような燃料電池の空気供給装置を備えた燃料電池ユニットを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、モータによって羽根部材を回転駆動し、この羽根部材によって加圧された空気を燃料電池に送り込む燃料電池の空気供給装置に関するものであり、前記モータの回転をギヤトレインで増速して前記羽根部材に伝達することを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、前記羽根部材とこの羽根部材の回転軸とが樹脂で一体に形成されると共に、この羽根部材の回転軸と同心の被動歯車が前記羽根部材及び前記回転軸と樹脂で一体に形成されたことを特徴としている。

請求項３の発明は、上記請求項２の発明において、前記ギヤトレインが遊星歯車機構であることを特徴としている。また、本発明は、この遊星歯車機構が、前記モータの出力軸に固定されたキャリアと、このキャリアに回動可能に支持された遊星歯車と、この遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記遊星歯車に噛み合う前記被動歯車としての太陽歯車と、を備えており、前記内歯車が前記羽根部材を収容するケーシングに一体に形成されたことを特徴としている。

請求項４の発明は、前記請求項１乃至３のいずれかの発明に係る燃料電池の空気供給装置と、この燃料電池の空気供給装置から空気が送り込まれる燃料電池と、これら燃料電池の空気供給装置及び燃料電池を収容するケースと、を備えたことを特徴とする燃料電池ユニットに関するものである。

本発明の燃料電池の空気供給装置によれば、モータの回転をギヤトレインで増速して羽根部材に伝達するようになっているため、小さなモータで十分な風量及び風圧の空気流を燃料電池に供給できる。

また、本発明によれば、羽根部材の駆動用のモータの回転がギヤトレインによって増速されて伝達されるため、羽根部材の駆動用のモータがギヤトレインで増速されない場合に比較して低速回転ですみ、作動音が静かになる。

また、本発明によれば、ギヤトレインの増速比をユーザーの要求（設計条件）に応じて変えることにより、汎用化された小型のモータの回転を高速回転化することができるため、特殊な小型の高速回転モータを使用しなくてすみ、燃料電池の空気供給装置及びこれを備えた燃料電池ユニットの価格の低廉化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

図１〜図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の空気供給装置１を示す図である。このうち、図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の空気供給装置１の縦断面図である。また、図２は、図１の空気供給装置１のギヤトレイン２である遊星歯車機構の正面図である。

これらの図に示すように、燃料電池の空気供給装置１は、モータ３と、このモータ３の出力軸４に連繋されたギヤトレイン２と、このギヤトレイン２を介してモータ３に接続された羽根部材５と、この羽根部材５を回転可能に収容するケーシング６とを備えている。

このうち、ケーシング６は、第１〜第５のケーシングブロック６Ａ〜６Ｅからなっている。このケーシング６を構成する第２のケーシングブロック６Ｂと第３のケーシングブロック６Ｃの空間内には、羽根部材５が回転可能に収容されると共に、羽根部材５によって加速された空気を案内する断面略円形の空気流路７が形成されている。そして、第２のケーシングブロック６Ｂの筒状部８の外周には、第１のケーシングブロック６Ａが嵌合された状態で固定されている。この第１のケーシングブロック６Ａは、その中心部に羽根部材５の回転軸１０の一端側を回転可能に支持する軸受け部１１が形成されており、この軸受け部１１が径方向リブ１２を介して外周側円筒部１３に接続されている。

そして、第３のケーシングブロック６Ｃは、第２のケーシングブロック６Ｂの側面（図１の右側面）１４に固定されており、その第３のケーシングブロック６Ｃの側面（図１の右側面）１５に第４のケーシングブロック６Ｄが形成されている。この第３のケーシングブロック６Ｃ及び第４のケーシングブロック６Ｄの内部空間内には、モータ３の出力軸４に嵌合固定されたキャリア１６が回転できるように収容されている。そして、第３のケーシングブロック６Ｃと第４のケーシングブロック６Ｄの少なくとも一方に形成された軸受け部１７が、羽根部材５の回転軸１０の他端側を回転可能に支持するようになっている。

羽根部材５の回転軸１０の他端には、ギヤトレイン２の被動歯車である太陽歯車１８が固定されている。そして、この太陽歯車１８に噛み合う遊星歯車２０の軸穴が、キャリア１６の側面に突出形成されたピン２１に回動できるように嵌合されている。ここで、遊星歯車２０は、図２に示すように、キャリア１６の側面の周方向に３等配された３本のピン２１にそれぞれ嵌合され、軸用止め輪１９により抜け止めがされている。そして、キャリア１６の径方向外方側の位置において遊星歯車２０と噛み合う内歯車２２が、第４のケーシングブロック６Ｄの凹部２３内周側に固定されている。なお、キャリア１６，遊星歯車２０，内歯車２２及び太陽歯車１８でギヤトレイン２を構成し、このギヤトレイン２がモータ３の出力軸４の回転数を増加させて羽根部材５の回転軸１０に伝達する。

羽根部材５は、回転軸１０と一体に回動するようになっており、その外形寸法がほぼ１０ｍｍ程度に制限されるため、モータ３の回転数の約４倍の回転数（３００００ｒｐｍ以上の回転数）で高速回転させられて、第１のケーシングブロック６Ａの吸気孔２４から取り入れた空気を加速・加圧して空気流路７に送り出すようになっている。そして、この羽根部材５によって加速・加圧された空気は、空気導入路２５を介して燃料電池２６に送り込まれるようになっている。なお、燃料電池２６には、別途、メタノール，プロパン，ブタンや天然ガスなどを改質して製造された改質ガスが供給されるようになっている。

第４のケーシングブロック６Ｄの側面（図１の右側面）２７には、第５のケーシングブロック６Ｅが固定されている。この第５のケーシングブロック６Ｅの内部には、モータ３の出力軸４及びこの出力軸４に嵌合固定されたキャリア１６の軸係合部２８が回動できるように収容されている。そして、この第５のケーシングブロック６Ｅの端部（図１の右側端部）には、モータ３の出力軸４側の先端部３０が嵌合固定されている。そして、モータ３及びケーシング６は、ノート型パソコン等の極めて狭いスペース内の図示しないパネルやフレーム等に固定されるか、又はノート型パソコン等の電動装置に着脱可能に取り付けられるカートリッジ内に収容・固定されるようになっている。

以上のように本実施の形態に係る燃料電池２６の空気供給装置１は、モータ３の回転をギヤトレイン２によって増速させて羽根部材５に伝達するようになっているため、羽根部材５を高速回転させて十分な風量と風圧の空気を燃料電池２６に送り込むことができる。したがって、本実施の形態によれば、燃料電池２６が極めて小さくて、燃料電池２６内の空気の流路が狭く、燃料電池２６内の空気の流路抵抗が大きくても、空気を燃料電池２６内に確実に送り込むことができる。

また、本実施の形態に係る燃料電池２６の空気供給装置１によれば、モータ３の回転をギヤトレイン２によって増速させて羽根部材５に伝達するようになっているため、ギヤトレイン２によってモータ３の回転を増速させることのない場合（例えば、特許文献１の従来例）に比較して、低速で小型の汎用モータ３を使用することができ、作動音を静粛化することができると共に、電力消費量を少なくすることができ、更に、装置価格の低廉化を図ることができる。なお、モータ３を羽根部材５に直結する場合（モータ３の回転を増速するギヤトレイン２を使用しない場合）、モータ３が大型化して作動音が大きくなるか、又は、汎用品でない特殊で高価な高速回転のモータ３を使用する必要があり、本発明の吸気供給装置１に比較して電力消費量が多くなると共に、空気供給装置の価格の高騰を招くことになる。

以上の実施の形態は、羽根部材５，回転軸１０及び太陽歯車１８をそれぞれ別々に形成した後、組み付けて一体化する態様を例示しているが、図３に示すように、羽根部材５，回転軸１０及び太陽歯車１８を樹脂で一体に形成するようにしてもよい。また、第４のケーシングブロック６Ｄと内歯車２２を樹脂で一体に形成するようにしてもよい。このようにすれば、部品点数を削減でき、空気供給装置１の価格の低廉化を一層図ることができると共に、空気供給装置１の組立工数を削減できる。

また、本実施の形態において、第３のケーシングブロック６Ｃと第４のケーシングブロック６Ｄの少なくとも一方の軸受け部１７で回動可能に支持される回転軸１０の大径部３１を、太陽歯車１８の外径よりも大径に形成すれば、上述のように、羽根部材５，回転軸１０及び太陽歯車１８を一体に形成しても、燃料電池２６の空気供給装置１の組み立て作業を容易に行うことができる。

また、本実施の形態は、ギヤトレイン２を一組の遊星歯車機構によって構成したが、これに限られず、遊星歯車機構を直列に複数組組み合わせて使用するようにしてもよい。また、遊星歯車機構と他の歯車又は他の歯車機構（例えば、後述する実施例１及び２に示す歯車機構）と組み合わせてギヤトレイン２を構成するようにしてもよい。

また、本実施の形態に係る燃料電池の空気供給装置１は、燃料電池と共にプラスチック等のケース内に収容し、ノート型パソコンや携帯電話等の電動装置に着脱可能に取り付けられる燃料電池ユニット２９を構成することが可能である。そして、この燃料電池ユニット２９にメタノール等の燃料カートリッジ（図示せず）が着脱可能な状態で取り付けられることになる。

図４は、本発明の実施例１に係る燃料電池の空気供給装置１を示すものである。本実施例に係る燃料電池の空気供給装置１は、ギヤトレイン２がモータ３の出力軸４に固定された大径の平歯車３２と羽根部材５の回転軸１０に固定された小径の平歯車３３とで構成されており、大径の平歯車３２の歯数と小径の平歯車３３の歯数の差により、モータ３の回転数が３００００ｒｐｍ以上となるように増速される。本実施例によっても上述の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

図５は、本発明の実施例２に係る燃料電池の空気供給装置１を示すものである。本実施例に係る燃料電池の空気供給装置１は、ギヤトレイン２がモータ３の出力軸４に固定された大径の傘歯車３４と羽根部材５の回転軸１０に固定された小径の傘歯車３５とで構成されており、大径の傘歯車３４の歯数と小径の傘歯車３５の歯数の差により、モータ５の回転数が３００００ｒｐｍ以上となるように増速される。本実施例によっても上述の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の燃料電池の空気供給装置１は、ノート型パソコンや携帯電話等の本体内の極めて小さなスペース内に収容される燃料電池や、ノート型パソコンや携帯電話等に着脱可能に取り付けられる燃料電池２６に空気を供給するために使用される。

本発明の最良の実施の形態に係る燃料電池の空気供給装置の縦断面図である。図１の空気供給装置１のギヤトレインである遊星歯車機構の正面図である。図１の空気供給装置の羽根部材，回転軸及び太陽歯車を一体成形した状態を示す縦断面図である。本発明の実施例１に係る燃料電池の空気供給装置の縦断面図である。本発明の実施例２に係る燃料電池の空気供給装置の縦断面図である。

符号の説明

１……空気供給装置、２……ギヤトレイン、３……モータ、４……出力軸、５……羽根部材、１６……キャリア、１８……太陽歯車（被動歯車）、２０……遊星歯車、２２……内歯車、２６……燃料電池、２９……燃料電池ユニット

Claims

モータによって羽根部材を回転駆動し、この羽根部材によって加圧された空気を燃料電池に送り込む燃料電池の空気供給装置において、
前記モータの回転をギヤトレインで増速して前記羽根部材に伝達することを特徴とする燃料電池の空気供給装置。
前記羽根部材とこの羽根部材の回転軸とが樹脂で一体に形成されると共に、この羽根部材の回転軸と同心の被動歯車が前記羽根部材及び前記回転軸と樹脂で一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の空気供給装置。
前記ギヤトレインが遊星歯車機構であり、
この遊星歯車機構が、前記モータの出力軸に固定されたキャリアと、このキャリアに回動可能に支持された遊星歯車と、この遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記遊星歯車に噛み合う前記被動歯車としての太陽歯車と、を備え、
前記内歯車が前記羽根部材を収容するケーシングに一体に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の空気供給装置。
前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池の空気供給装置と、この燃料電池の空気供給装置から空気が送り込まれる燃料電池と、これら燃料電池の空気供給装置及び燃料電池を収容するケースと、を備えたことを特徴とする燃料電池ユニット。