JP2006214348A - Pump device, cooling system, and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、片吸込みの羽根車を備えた渦巻式ポンプ、および、これを備えた冷却システムに関する。 The present invention relates to a centrifugal pump provided with a single suction impeller, and a cooling system provided with the centrifugal pump.
従来から遠心ポンプとして片吸込みの渦巻式ポンプが知られている。片吸込み渦巻式ポンプは、インペラと呼ばれる羽根車とモータを備え、モータの駆動力によりインペラを回転させることで吸い込む流体にエネルギを与えるポンプである。このポンプは、流体を一の吸込口から吸い込み、吸い込み方向に垂直な面内方向へ吐出する。かかるポンプは、例えば、燃料電池や内燃機関などの冷却系統に用いられ、冷却系統の配管内の冷却水を循環させている。 Conventionally, a single suction centrifugal pump is known as a centrifugal pump. The single suction centrifugal pump is a pump that includes an impeller called an impeller and a motor, and gives energy to a sucked fluid by rotating the impeller by a driving force of the motor. This pump sucks fluid from one suction port and discharges it in an in-plane direction perpendicular to the suction direction. Such a pump is used, for example, in a cooling system such as a fuel cell or an internal combustion engine, and circulates cooling water in piping of the cooling system.
こうしたポンプを備えた冷却系統などの流路上には、流路を切替える切替弁を備えていることが多い。例えば、上記の燃料電池の冷却系統であれば、燃料電池を冷却するためラジエータを備えた主流路と、過冷却を防止するためラジエータへの流れを回避するバイパス流路とが設けられ、切替弁の作用により、適宜流路が切り替えられている。こうすることで冷却系統としては十分に機能するが、冷却系統が大きな空間を占めることとなる。これに対応するため、二つの機器の機能を一つにまとめて、省スペース化を図る技術がある。例えば、下記特許文献1,2には、ポンプによる流体の循環機能と、切替弁による流路の切替機能とを一つの機器で果たす流路可変式ポンプが開示されている。こうしたポンプでは、内部の流路を切替える案内機構(開閉弁など)を駆動して、適切に流路を切り替えて液体を流すことができるとされている。なお、下記特許文献3には、一体機構ではないが、ポンプの吐出圧により流路を切替える切替弁が開示されている。
In many cases, a switching valve for switching the flow path is provided on a flow path such as a cooling system equipped with such a pump. For example, in the above cooling system for a fuel cell, a main flow path provided with a radiator for cooling the fuel cell and a bypass flow path for avoiding a flow to the radiator to prevent overcooling are provided. As a result, the flow path is appropriately switched. By doing so, the cooling system functions sufficiently, but the cooling system occupies a large space. In order to cope with this, there is a technology for saving space by combining functions of two devices into one. For example,
しかしながら、かかる流路可変式ポンプにおいては、同一平面内に設けた複数の流路を切替える複雑な案内機構が必要であり、しかも案内機構を駆動する外部からの駆動源が必要であった。例えば、弁の開閉をモータなどの外部動力により行なう場合には、ポンプ自体の回転数制御に加えて、弁用のモータの制御が必要となり、複雑な制御を伴うものとなっていた。 However, such a variable flow channel pump requires a complicated guide mechanism for switching a plurality of flow channels provided in the same plane, and also requires an external drive source for driving the guide mechanism. For example, when the valve is opened and closed by external power such as a motor, it is necessary to control the valve motor in addition to the rotation speed control of the pump itself, which involves complicated control.
本発明は、こうした問題を踏まえて、簡単な案内機構により流路の切り替えを行なうポンプ装置を提供することを目的とする。 In view of these problems, an object of the present invention is to provide a pump device that switches a flow path with a simple guide mechanism.
本発明の第1のポンプ装置は、上記課題を鑑み、以下の手法を採った。すなわち、羽根車を回転させる動力源を備え、所定の液体を該羽根車の回転軸方向に設けた一の吸込部から吸い込んで該羽根車の回転円周方向へ流し、吐出部から吐出する片吸込みの渦巻式のポンプ装置であって、前記吐出部に、前記羽根車を収納するポンプケーシングの一部であって前記羽根車の回転軸方向に並べて、複数の吐出口を設け、前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、前記動力源による回転数の増減によって、前記羽根車を前記複数の吐出口の中の一の吐出口の位置へ移動することで、前記複数の吐出口を切替えることを要旨としている。 In view of the above problems, the first pump device of the present invention employs the following method. That is, a piece provided with a power source for rotating the impeller, sucking a predetermined liquid from one suction portion provided in the rotation axis direction of the impeller, flowing in the circumferential direction of the impeller, and discharging from the discharge portion A suction spiral pump device, wherein the discharge unit is provided with a plurality of discharge ports arranged in a direction of a rotation axis of the impeller, which is a part of a pump casing that houses the impeller. Movably assembled in the direction of the rotation axis, and by moving the impeller to the position of one of the plurality of discharge ports by increasing or decreasing the number of rotations by the power source, the plurality of discharge ports The gist is to switch.
本発明の第1のポンプ装置によれば、ポンプケーシング自体に複数の吐出口を備え、各吐出口に対応する位置まで羽根車が移動することで、直接的に流路の切り替えを行なう。この羽根車の移動は、回転数の増大に伴って増大する軸スラスト力を、羽根車が受けることで生じる。つまり、羽根車の移動が流路の切り替えの駆動源となり、回転数の増減によって羽根車の移動を調整することができる。したがって、流路の切り替えに別の部材を必要とせず、比較的簡単な構造で流路の切り替えを行なうことができると共に、羽根車の回転数によって機械的に流路の切り替えを行なうことができる。 According to the first pump device of the present invention, the pump casing itself includes a plurality of discharge ports, and the flow path is directly switched by moving the impeller to a position corresponding to each discharge port. This movement of the impeller is generated when the impeller receives an axial thrust force that increases as the rotational speed increases. That is, the movement of the impeller becomes a driving source for switching the flow path, and the movement of the impeller can be adjusted by increasing or decreasing the rotation speed. Therefore, it is possible to switch the flow path with a relatively simple structure without requiring another member for switching the flow path, and to mechanically switch the flow path depending on the rotation speed of the impeller. .
上記の構成を有するポンプ装置は、更に、回転数の増大に伴って前記吸込部方向へ移動する前記羽根車を、所定値よりも低い回転数で初期位置に戻す初期位置設定部を備えるものとすることができる。 The pump device having the above-described configuration further includes an initial position setting unit that returns the impeller that moves in the direction of the suction unit as the rotational speed increases to an initial position at a rotational speed lower than a predetermined value. can do.
かかるポンプ装置によれば、回転による軸スラスト力により吸込部方向へ移動した羽根車は、所定の条件で初期位置設定部の作用により初期位置に戻る。したがって、回転数による羽根車の位置の調整を容易にすることができる。 According to such a pump device, the impeller moved in the direction of the suction portion by the axial thrust force due to rotation returns to the initial position by the action of the initial position setting portion under a predetermined condition. Therefore, the adjustment of the position of the impeller according to the number of rotations can be facilitated.
上記の構成を有するポンプ装置の初期位置設定部は、復元力で前記羽根車を初期位置に戻す弾性体を備えるものとしても良い。 The initial position setting unit of the pump apparatus having the above-described configuration may include an elastic body that returns the impeller to the initial position with a restoring force.
かかるポンプ装置によれば、例えば、バネやゴムなどの弾性体の復元力を用いて、羽根車の初期状態の位置を設定し、移動した羽根車を初期位置に戻す。つまり、簡易な部品を用いて、羽根車の初期位置を設定することができる。 According to such a pump device, for example, the initial position of the impeller is set using the restoring force of an elastic body such as a spring or rubber, and the moved impeller is returned to the initial position. That is, the initial position of the impeller can be set using simple parts.
上記の構成を有するポンプ装置の初期位置設定部は、磁力で前記羽根車を初期位置に戻す電磁石を備えるものとしても良い。 The initial position setting unit of the pump apparatus having the above configuration may include an electromagnet that returns the impeller to the initial position by magnetic force.
かかるポンプ装置によれば、電磁石による磁力を用いて、羽根車の初期状態の位置を設定し、移動した羽根車を初期位置に戻す。必要に応じて電磁石を励磁することで、羽根車の位置を調整することができる。 According to such a pump device, the initial position of the impeller is set using the magnetic force of the electromagnet, and the moved impeller is returned to the initial position. The position of the impeller can be adjusted by exciting the electromagnet as necessary.
また、本発明の第2のポンプ装置は、羽根車を回転させる動力源を備え、所定の液体を該羽根車の回転軸方向に設けた一の吸込部から吸い込んで該羽根車の回転円周方向へ流し、吐出部から吐出する片吸込みの渦巻式のポンプ装置であって、前記吐出部に、一の吐出口からの前記液体が流入する複数の流路と、当該液体の流れを該複数の流路の中の一の流路へ切替える方向切替弁とを設け、前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、前記羽根車の回転軸方向の移動を伝達して、前記方向切替弁を駆動する伝達部を備え、前記動力源による回転数の増減によって、前記方向切替弁を駆動し、前記複数の流路を切替えることを要旨としている。 The second pump device of the present invention includes a power source for rotating the impeller, and sucks a predetermined liquid from one suction portion provided in the rotation axis direction of the impeller to rotate the impeller A single-suction spiral pump device that discharges in a direction and discharges from a discharge unit, wherein a plurality of flow paths into which the liquid from one discharge port flows into the discharge unit, and the flow of the liquid A direction switching valve for switching to one of the flow paths, and assembling the impeller so as to be movable in the direction of the rotational axis, transmitting the movement of the impeller in the rotational axis direction, and switching the direction The gist is to provide a transmission unit that drives the valve, and to drive the direction switching valve and switch the plurality of flow paths by increasing or decreasing the number of revolutions by the power source.
本発明の第2のポンプ装置によれば、羽根車の移動を方向切替弁に伝達して、方向切替弁を駆動し、流路の切り替えを行なう。つまり、羽根車の移動量を駆動源として取り出して、方向切替弁に伝達する。したがって、特別な駆動源を設けることなく弁を駆動することができる。 According to the second pump device of the present invention, the movement of the impeller is transmitted to the direction switching valve, the direction switching valve is driven, and the flow path is switched. That is, the amount of movement of the impeller is taken out as a drive source and transmitted to the direction switching valve. Therefore, the valve can be driven without providing a special drive source.
上記の構成を有するポンプ装置の伝達部は、前記方向切替弁と前記羽根車とを接続するリンクであるものとしても良い。 The transmission part of the pump device having the above-described configuration may be a link that connects the direction switching valve and the impeller.
かかるポンプ装置によれば、羽根車の移動量を取り出して、リンクを用いて方向切替弁に伝達する。方向切替弁の稼動範囲と羽根車の移動範囲とは、リンクの比率により決定することができる。例えば、羽根車の移動範囲を小さくしても、方向切替弁を確実に駆動することができる。 According to such a pump device, the movement amount of the impeller is taken out and transmitted to the direction switching valve using the link. The operating range of the direction switching valve and the moving range of the impeller can be determined by the link ratio. For example, the direction switching valve can be reliably driven even if the moving range of the impeller is reduced.
本発明の冷却システムは、所定の装置に冷却水を循環して冷却する冷却システムであって、前記冷却水を、羽根車の回転軸方向に設けた一の吸込部から吸い込んで該羽根車の回転円周方向へ流し、吐出部から吐出する片吸込みの渦巻式のポンプ装置と、前記所定の装置を流れることで前記冷却水が吸収した熱を放出させる熱交換器と、前記ポンプ装置からの前記冷却水を、前記熱交換器へ導く熱交換器側流路と、前記ポンプ装置からの前記冷却水を、前記熱交換器へ流さずに前記所定の装置に供給するバイパス流路と、前記熱交換器側流路または前記バイパス流路を経由した前記冷却水を前記所定の装置を通過させて、再び前記ポンプ装置に戻す主流路と、前記ポンプ装置の回転数を制御する制御部とを備え、前記ポンプ装置は、前記吐出部に2つの流路を設けて、該2つの流路の一方の流路と前記熱交換器側流路とを、他方の流路と前記バイパス流路とを、それぞれ接続し、前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、前記回転数の増大に伴って前記吸込部方向へ移動する前記羽根車を、所定値より低い回転数で初期位置に戻す初期位置設定部を備え、前記制御部は、前記回転数を調整して前記羽根車を所定位置に移動させることで、前記熱交換器側流路と前記バイパス流路との流れの切り替えの制御を行なうことを要旨としている。 The cooling system of the present invention is a cooling system that circulates cooling water to a predetermined device and cools the cooling water. The cooling water is sucked from one suction portion provided in the rotation axis direction of the impeller, and the impeller A single suction spiral pump device that flows in the circumferential direction of the rotation and discharges from the discharge unit, a heat exchanger that releases the heat absorbed by the cooling water by flowing through the predetermined device, and the pump device A heat exchanger side flow path for guiding the cooling water to the heat exchanger, a bypass flow path for supplying the cooling water from the pump device to the predetermined device without flowing to the heat exchanger, and A main flow path for returning the cooling water that has passed through the heat exchanger side flow path or the bypass flow path to the pump apparatus through the predetermined apparatus, and a controller that controls the rotation speed of the pump apparatus. The pump device includes the discharge unit Two flow paths are provided, one flow path of the two flow paths and the heat exchanger side flow path are connected to the other flow path and the bypass flow path, and the impeller is connected to the flow path. An initial position setting unit that is assembled so as to be movable in the direction of the rotation axis, and that returns the impeller that moves in the direction of the suction unit as the rotation speed increases to an initial position at a rotation speed lower than a predetermined value; The gist is to control the switching of the flow between the heat exchanger side flow path and the bypass flow path by adjusting the rotational speed and moving the impeller to a predetermined position.
本発明の冷却システムによれば、熱交換器側流路とバイパス流路との切り替えをポンプ装置の羽根車の移動によって行なう。ポンプ装置は、冷却水を循環させると共に、流路の切り替えを行なうため、例えば切替弁などの流路切替装置を別途備える必要がない。したがって、部品点数を低減し、システム全体をコンパクトなものとすることができる。 According to the cooling system of the present invention, switching between the heat exchanger side flow path and the bypass flow path is performed by moving the impeller of the pump device. Since the pump device circulates the cooling water and switches the flow channel, it is not necessary to separately provide a flow channel switching device such as a switching valve. Therefore, the number of parts can be reduced and the entire system can be made compact.
また、上記の冷却システムは、燃料電池システムに適用することができる。すなわち、本発明の燃料電池システムは、上記の冷却システムと、前記所定の装置として、発熱反応である電気化学反応により発電する燃料電池と、前記冷却システムに、更に、前記冷却水に混在するイオンを除去するイオン交換器とを備え、前記ポンプ装置の前記初期位置設定部は、前記回転数が所定値より低い場合には、前記バイパス流路と接続する前記流路の位置に前記羽根車を保持しており、前記燃料電池を所定期間の停止後に起動する際には、前記燃料電池の発電に先立って、前記制御部は、前記回転数を前記所定値よりも増大して前記熱交換器側流路と接続する前記流路の位置へ前記羽根車を移動させて該流路の切り替え制御を行なうことを要旨としている。 The above cooling system can be applied to a fuel cell system. That is, the fuel cell system of the present invention includes the above-described cooling system, the fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction that is an exothermic reaction as the predetermined device, and the ions mixed in the cooling water in the cooling system. The initial position setting unit of the pump device, when the rotational speed is lower than a predetermined value, the impeller at the position of the flow path connected to the bypass flow path. And when starting the fuel cell after stopping for a predetermined period, prior to power generation of the fuel cell, the control unit increases the number of revolutions above the predetermined value to increase the heat exchanger. The gist is to perform switching control of the flow path by moving the impeller to the position of the flow path connected to the side flow path.
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムを所定期間の停止後に起動する際に、ポンプ装置の羽根車の回転数を増大して羽根車を移動し、熱交換器側流路に冷却水を流す。熱交換器側を流れる冷却水は、イオン交換器でイオンの除去が行なわれ、低導電率で冷却システムを循環する。つまり、長期間の停止で熱交換器から溶け出した金属イオンや冷却水の劣化により生じるイオンなどを、早い段階で除去し、燃料電池による発電を実行する。したがって、燃料電池による発電をより一層安全に行なうことができる冷却システムを備えた燃料電池システムを構築することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, when the fuel cell system is started after stopping for a predetermined period, the impeller rotational speed of the pump device is increased to move the impeller and cool to the heat exchanger side flow path. Run water. The cooling water flowing on the heat exchanger side is subjected to ion removal by the ion exchanger, and circulates in the cooling system with low conductivity. That is, metal ions melted from the heat exchanger after a long-term stop, ions generated by deterioration of the cooling water, and the like are removed at an early stage, and power generation by the fuel cell is executed. Therefore, it is possible to construct a fuel cell system including a cooling system that can perform power generation by the fuel cell more safely.
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムにおける冷却システムの構成:
A−2.ポンプ装置の構造:
A−3.ポンプ装置の制御:
B.第2実施例:
B−1.ポンプ装置の構造:
B−2.ポンプ装置の制御:
C.変形例:
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the cooling system in the fuel cell system:
A-2. Pump device structure:
A-3. Control of pump device:
B. Second embodiment:
B-1. Pump device structure:
B-2. Control of pump device:
C. Variations:
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムにおける冷却システムの構成:
図1は、本発明の第1実施例としての車載用の燃料電池システムにおける冷却システムを示す概略構成図である。図示する燃料電池5は、エア供給部6からの空気と、燃料供給部7からの水素ガスとの供給を受けて、電気化学反応により発電する。発電した電力は、出力部8に取り出され、車両の駆動源として利用されている。本実施例における燃料電池5は、水素極と酸素極と電解質膜とを備えた単セルを複数枚積層したスタック構造からなり、電解質膜には固体高分子の電解質膜を使用している。この電解質膜を介して起こる電気化学反応は、発熱反応であり、運転に伴って燃料電池の温度は上昇する。かかる燃料電池5は、良好に発電を行なう作動温度域が存在する。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of the cooling system in the fuel cell system:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a cooling system in an in-vehicle fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell 5 shown in the figure receives the supply of air from the
こうした燃料電池5の温度上昇を抑制するため備えられた冷却システム10は、図示するように、冷却水を循環させるポンプ装置20、冷却水の熱を放散する熱交換器25、イオンを除去するイオン交換器28、こうした機器や燃料電池5を接続する主流路15,熱交換器側流路16,バイパス流路17などから構成されている。
As shown in the figure, the
冷却システム10内の冷却水を圧送するポンプ装置20は、吸い込んだ冷却水を、吸い込み方向に垂直な面内方向に吐出する片吸込の渦巻式ポンプである。このポンプ装置20は、一の吸込口30と、2つの吐出口40,45を備えており、所定の運転条件のもと、吸い込んだ冷却水を吐出口40、あるいは、吐出口45から吐出し、冷却水を循環する。つまり、このポンプ装置20は、吐出口40,45(すなわち、流路)を切り替える機能と、冷却水を圧送する機能とを備えた装置である。なお、ポンプ装置20の構造については、後に詳しく説明する。
The
ポンプ装置20と熱交換器側流路16を介して接続された熱交換器25は、大きな放熱面積を有するコアを備えており、コア内を冷却水が通過する過程で大気中に熱を放散している。この熱交換器25には電動式のファン26が併設されており、熱交換器25内の冷却水は所定条件のもと、ファン26により冷やされる。冷やされた冷却水は、燃料電池5に供給される。
The
主流路15は、主として冷却水が流れる流路であり、流路上には燃料電池5が配置されている。主流路15の一端は、熱交換器側流路16およびバイパス流路17と合流点Aで接続しており、他端は、ポンプ装置20の吸込口30と接続している。熱交換器側流路16またはバイパス流路17を通過した冷却水は、主流路15を流れ、燃料電池5内部に流入する。流入した冷却水は、発熱反応で温度上昇した燃料電池5から熱を奪いつつ、燃料電池5から流出してポンプ装置20の吸込口30に到達する。到達した冷却水は、ポンプ装置20の作用によって循環している。
The
熱交換器側流路16は、燃料電池5を通過することで温度上昇した冷却水を冷やす流路であり、流路上には熱交換器25が配置されている。熱交換器側流路16の一端は、ポンプ装置20の吐出口40と接続し、他端は、合流点Aで主流路15と接続している。ポンプ装置20の吐出口40から吐出された冷却水は、熱交換器25を通過する過程で冷却され、主流路15へ流入する。つまり、熱交換器側流路16に冷却水を流すことで、効率よく燃料電池5を冷却することができる。
The heat exchanger
バイパス流路17は、冷却水の過冷却を防ぐための流路である。バイパス流路17の一端は、ポンプ装置20の吐出口45と接続し、他端は、合流点Aで主流路15と接続している。ポンプ装置20の吐出口45から吐出された冷却水は、熱交換器25を介さずに主流路15へ流入する。つまり、バイパス流路17に冷却水を流すことで、燃料電池5の過冷却を防ぐことができる。例えば、燃料電池5が冷えた状態にあるシステムの始動初期には、バイパス流路17に冷却水を流して、燃料電池5の温度を速やかに上昇させている。
The
こうした3つの主な流路に加え、冷却システム10は、イオン交換器28を配置するイオン交換器流路18を備えている。このイオン交換器流路18は、燃料電池5の冷却水の流入側の主流路15と、流出側の主流路15とを接続する流路であり、イオン交換器流路18上に配置されるイオン交換器28は、燃料電池5と並列に配置されている。イオン交換器28は、内部にイオン交換樹脂を備えており、冷却水に混在するイオンをイオン交換樹脂で吸着して除去する。冷却システムを循環する冷却水には、各流路や熱交換器25などから溶け出した金属イオンや、冷却水の劣化により生じたイオンなどが混在している。イオン交換器28は、こうした冷却水を低導電率の冷却水とし、燃料電池5の安全性を向上する。こうしたイオン交換器28は、燃料電池5の下流側、つまり、燃料電池5と直列に配置するものであっても良い。
In addition to these three main flow paths, the
なお、車載用燃料電池システムは、冷却システム10を含めたシステム全体を制御する制御ユニット100を備えている。制御ユニット100は、燃料電池5出口付近の冷却水の温度を検出する温度センサ101からの信号や、図示しない電流計,電圧計などの各種センサからの信号を受け、車両の運転状態を判断して燃料電池5への空気や水素ガスの供給量を制御すると共に、上述のポンプ装置20やファン26なども制御している。
The in-vehicle fuel cell system includes a
以上の構成からなる冷却システム10において、制御ユニット100は、始動時や低温時などに燃料電池5の温度を上げる場合には、ポンプ装置20からの冷却水を、バイパス流路17へ流して循環させる。他方、高出力の運転時などに燃料電池5の温度を下げる場合には、ポンプ装置20からの冷却水を、熱交換器側流路16へ流して循環させる。こうして燃料電池5の温度を所定範囲に収めることで、良好な出力を得ることができる。
In the
A−2.ポンプ装置の構造:
図2は、第1実施例のポンプ装置20の断面の概略構成を示す断面図である。図示するように、このポンプ装置20は、主に、一の吸込口30と2つの吐出口40,45とを備えたポンプケーシング50、ポンプケーシング50内に収納され冷却水にエネルギを与える羽根車であるインペラ55、インペラ55を回転駆動するモータ部70などから構成されている。
A-2. Pump device structure:
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a cross section of the
ポンプケーシング50は、その内部に、インペラ55の外周から出た流れを集めて吐出口40(または吐出口45)に送り出す機能を果たす空間(いわゆる渦巻室)を有している。ポンプケーシング50の吐出口40,45は、吸込口30からの流れの方向(以下、吸込方向または回転軸方向と呼ぶ)に垂直な方向に並んで形成され、吸込方向に厚みを増した構造、換言すると、渦巻室を吸込方向に2つ並べた構造に形成されている。こうした2つの渦巻室を備えたポンプケーシング50内を、インペラ55は所定条件のもと、吸込方向に移動する。ポンプケーシング50の吸込口30近傍は吸込方向に所定の長さを有しており、インペラ55が移動可能に嵌合している。なお、本実施例では、2つの吐出口40,45を、回転軸方向から見て同一の位置に備えるものとしているが、回転軸方向に並んでいれば回転軸方向から見て、ずれた位置に備えるものとしても良い。つまり、回転軸方向から見た吐出方向は、接続する流路等の配置から設定すれば良い。
The
インペラ55は、吸込方向の流れを変える羽根55a,円形外形で所定の厚みを有する主板55b,羽根55aと接合されインペラ55内に流路を形成する側板55c,モータ部70と係合する円柱形状の軸部分55dなどから構成されている。
The
側板55cの吸込口30側の部分(ここでは、インペラ55の先端部と呼ぶ)は、吸込口30と略同径で所定長さの円柱形状をしており、インペラ55がポンプケーシング50内の2つの渦巻室を行き来しても、先端部はポンプケーシング50の吸込口30近傍に係合する。よって、インペラ55が移動しても、ポンプケーシング50内部の冷却水を逆流させて吸い込むことはなく、外部から確実に冷却水を吸い込むことができる。インペラ55内部に吸い込まれた冷却水は、羽根55a,主板55b,側板55cで囲まれた流路を通過すると共に、インペラ55の回転による遠心力を受けて、インペラ55の外周(つまり、渦巻室)に吐出される。
A portion of the
軸部分55dは、円柱形状の外周3箇所にスプラインを形成する凸状の歯を備えている。つまり、インペラ55は、スプラインによりモータ部70と連結して回転可能であると共に、吸込方向に摺動可能に支持されている。
The
モータ部70は、主に、電磁力を発生するコイルを備えたモータケーシング70a,永久磁石を備えたロータ70b,モータケーシング70aに対してロータ70bを回転可能に支持するシャフト70cなどから構成されている。
The
ロータ70bは、略円柱外形に形成され、その高さ方向に円柱中心と同心円の円筒状の溝が形成されている。この溝は、インペラ55の軸部分55dとの係合部分であり、凸状の歯に対応する凹状のみぞが形成されている。
The
モータケーシング70aは、その内部に、回転子であるロータ70bを収納し、制御ユニット100によるコイルへの励磁信号を受けて磁力を発生させ、ロータ70bを回転させる。なお、本実施例のシャフト70cは、モータケーシング70aに対しては圧入により固定され、ロータ70bに対しては回転摺動可能に支持されており、この回転摺動部分は、図示しないブッシュや軸受などにより支持されている。
The
こうした機器を備えたポンプ装置20は、モータ部70のロータ70bにインペラ55を挿入し、ポンプケーシング50をモータ部70とボルトで締結することで組み立てられる。組立の際、ロータ70bとインペラ55との間には、インペラ55の初期位置を設定するバネ60が取り付けられている。このバネ60は、引張りバネであり、インペラ55を吐出口45側(ロータ70b側)に引き寄せてデフォルト位置を設定している。
The
以上の構成のポンプ装置20は、モータ部70による回転動力をスプラインで伝達してインペラ55を回転する。片吸込の渦巻式のポンプ装置20では、吸込側の圧力と吐出側の圧力とは、釣り合わず、吐出側の圧力が高い。両者の圧力差は、インペラ55の回転数が増大するとそれに伴って増大し、この圧力差によってインペラ55には軸スラスト力が発生する。したがって、インペラ55の回転数が所定回転を超えると、軸スラスト力がバネ60の復元力に打ち勝って、インペラ55は吸込口30方向へ移動する。つまり、所定回転数まで吐出口45から冷却水を吐出していたインペラ55は、所定回転を超えると移動し始め、更に回転数を増加することで、やがて吐出口40から冷却水を吐出する。この状態から逆に回転数を低下すると、バネ60の復元力が軸スラスト力に打ち勝ってインペラ55は初期位置に戻り、吐出口45から冷却水を吐出する。
The
図3は、インペラ55による流路切り替えの様子を示す説明図である。図3(a)は、インペラ55の回転数が所定回転数よりも低回転である場合の流路の状態を、図3(b)には、インペラ55の回転数が所定回転数よりも高回転である場合の流路の状態を、それぞれ示している。
FIG. 3 is an explanatory view showing a state of flow path switching by the
図3(a)に示すように、低回転時には、インペラ55は吸込方向に移動せず、冷却水は、吐出口45からバイパス流路17を介して循環する。他方、図3(b)に示すように、高回転時には、インペラ55は吸込方向に移動し、冷却水は、吐出口40から熱交換器側流路16を介して循環する。こうしてインペラ55の回転数によって、吐出口(流路)を切り替えることができる。
As shown in FIG. 3A, at the time of low rotation, the
A−3.ポンプ装置の制御:
図4は、ポンプ装置20の制御の一例としての流路切替処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、燃料電池5の始動後、所定のタイミングで制御ユニット100内のCPUにより実行される。
A-3. Control of pump device:
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of the flow path switching process as an example of the control of the
処理が開始されると、制御ユニット100は、燃料電池5の温度Tを入力する(ステップS400)。具体的には、温度センサ101からの検出信号を入力し、燃料電池5出口の冷却水の温度を、燃料電池5の温度Tとして検出している。
When the process is started, the
続いて、燃料電池5の温度Tが所定値αよりも高いか否かを判断する(ステップS410)。ステップS410で、温度Tが所定値αよりも高い(Yes)と判断した場合には、インペラ55の回転数Rを、所定値βよりも高い範囲で制御し(ステップS420)、NEXTに抜けて、所定のタイミングで一連の処理を繰り返す。つまり、回転数Rを高回転域に保つことで、インペラ55を吸込方向に移動させて、冷却水を熱交換器側流路16へ流している。
Subsequently, it is determined whether or not the temperature T of the fuel cell 5 is higher than a predetermined value α (step S410). If it is determined in step S410 that the temperature T is higher than the predetermined value α (Yes), the rotational speed R of the
他方、ステップS410で、温度Tが所定値α以下である(No)と判断した場合には、インペラ55の回転数Rを、所定値β以下の範囲に制御し(ステップS430)、NEXTに抜けて、所定のタイミングで一連の処理を繰り返す。つまり、回転数Rを低回転域に保つことで、インペラ55を吸込方向に移動させずに、冷却水をバイパス流路17へ流している。
On the other hand, if it is determined in step S410 that the temperature T is equal to or lower than the predetermined value α (No), the rotational speed R of the
かかる流路の切替処理では、燃料電池5の温度Tが高い場合に、燃料電池5を単位時間当たりに流れる冷却水の循環流量を増大すると(つまり、インペラ55の回転数Rを増大する)、ポンプ装置20からの冷却水は熱交換器側流路16を流れる。その結果、熱交換器25で冷却された冷却水を循環させることができ、効率よく燃料電池5を冷却することができる。
In such flow path switching processing, when the temperature T of the fuel cell 5 is high, increasing the circulating flow rate of the cooling water flowing through the fuel cell 5 per unit time (that is, increasing the rotational speed R of the impeller 55). Cooling water from the
他方、燃料電池5の温度Tが低い場合に、燃料電池5を単位時間当たりに流れる冷却水の循環流量を減少すると(つまり、インペラ55の回転数Rを減少する)、ポンプ装置20からの冷却水はバイパス流路17を流れる。その結果、熱交換器25によって冷却されることがないため、効率よく燃料電池5の温度上昇を図り、あるいは、過冷却を防止することができる。なお、燃料電池5の検出温度Tには、所定のヒステリシスを持たせて制御しているため、インペラ55の回転数R領域を頻繁に切替えることはない。
On the other hand, if the circulating flow rate of the cooling water flowing through the fuel cell 5 per unit time is decreased when the temperature T of the fuel cell 5 is low (that is, the rotational speed R of the
以上のポンプ装置20、これを備えた冷却システム10、およびポンプ装置20の流路切替処理によれば、流路の切り替えをインペラ55の移動により行ない、その移動のタイミングを回転数の制御によって行なうことができる。したがって、特別な駆動源を備えることなく流路の切り替えを行なうことができ、制御ユニット100における制御も簡素化することができる。また、ポンプ装置20自体に流路の切替機能を備えているため、例えば、三方弁などの流路切替弁を冷却システム内に別途設ける必要がない。したがって、冷却システム全体における部品点数を低減することができると共に、システム全体をコンパクトなものにすることができる。こうした冷却システム10を燃料電池システムに適用することで、燃料電池システムにおける各周機器配置の自由度を増すことができる。特に、車両の狭い空間に燃料電池を配置する燃料電池システムの場合に、その効果は大きい。
According to the
一般に、片吸込みの渦巻式のポンプ装置では、回転によってインペラに働く軸スラスト力を低減することが構造上望ましい。そのため、インペラの翼の裏側に、裏羽根と呼ばれるインペラの主板に働く圧力を低減する部材や、インペラに釣り合い穴と呼ばれる回転軸方向の貫通孔を設け、軸スラスト力を低減する工夫がなされている。これに対して、本実施例におけるポンプ装置20では、インペラ55に働く軸スラスト力を積極的に利用する。したがって、裏羽根や釣り合い穴などをインペラに設ける必要がない。
Generally, in a single suction spiral pump device, it is desirable in terms of structure to reduce the axial thrust force acting on the impeller by rotation. Therefore, on the back side of the impeller blades, a member that reduces the pressure acting on the main plate of the impeller called back blades and a through-hole in the rotating shaft direction called a counter hole are provided on the impeller, and a device for reducing the axial thrust force has been made. Yes. On the other hand, in the
また、第1実施例のポンプ装置20では、引張りバネ60による復元力を用いてインペラ55のデフォルト位置を設定するものとして説明したが、圧縮バネを利用するものとしても良い。図5は、圧縮バネを用いたポンプ装置200の断面の概略構成を示す断面図である。図示するポンプ装置200は、図2に示した第1実施例のポンプ装置20とは、バネ60の部分が異なるのみである。したがって、その他の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
Moreover, in the
図示するように、このポンプ装置200は、インペラ55の先端部に当接し、インペラ55をモータ部70側へ押し付ける圧縮バネ190と、ポンプケーシング50の吸込口30に固定され、圧縮バネ190を保持するストッパ191とを備えている。ストッパ191は圧縮バネ190を回転可能に保持しており、ロータ70bとインペラ55と圧縮バネ190とは一体で回転する。
As shown in the figure, the
かかるポンプ装置200では、インペラ55の回転数が所定値までの低回転時の場合には、吸引方向の軸スラスト力に圧縮バネ190が打ち勝って、インペラ55は吸引方向に移動しない。インペラ55の回転数が所定値を超える高回転時の場合には、軸スラスト力が圧縮バネ190に打ち勝って、インペラ55は吸引方向に移動する。こうした構造のポンプ装置200を用いても、第1実施例のポンプ装置20と同様の効果を奏する。
In such a
なお、インペラ55のデフォルト位置の設定は、引張りバネ60、圧縮バネ190などのバネに限るものではない。例えば皿バネや、ゴムなどのバネ以外の弾性体を用いて、デフォルト位置を設定するものとしても良い。
The setting of the default position of the
B.第2実施例:
B−1.ポンプ装置の構造:
図6は、第2実施例のポンプ装置300の断面の概略構成を示す断面図である。図示するように、このポンプ装置300は、主に、ポンプケーシング50,インペラ56,モータ部71などから構成されている。ポンプケーシング50は、第1実施例のポンプ装置20と同様の構造であり、2つの吐出口40,45を備えている。
B. Second embodiment:
B-1. Pump device structure:
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a cross section of the
なお、第2実施例としての冷却システムは、図1の冷却システム10におけるポンプ装置20に代えて、第2実施例のポンプ装置300を備えたシステムであり、吐出口40は熱交換器側流路16と、吐出口45はバイパス流路17と、それぞれ接続されている。第2実施例の冷却システムは、ポンプ装置300が異なるのみであるため、詳細な説明は省略する。
The cooling system according to the second embodiment is a system including the
図6に示すインペラ56は、主に、第1実施例と同様の羽根55a,側板55c,軸部分55dに加え、円形外形で所定の厚みを有し、モータ部71側に磁性材料である鉄製の環状部材56eを備えた主板56bから構成されている。つまり、第1実施例とは、主板56bの構造のみが異なっている。
The
モータ部71は、主に、第1実施例と同様のモータケーシング70aに加え、永久磁石を備え、かつ、インペラ56側の端面で円周上等間隔に配置したコイル71dを有するロータ71bと、ロータ71bを回転可能に支持し、コイル71dに通電するためのブラシ(図示せず)を有するシャフト71cなどから構成されている。つまり、第1実施例とは、ロータ71bとシャフト71cの構造が異なっている。
The
こうした機器を備えたポンプ装置300は、モータ部71のロータ71bにインペラ56を挿入し、ポンプケーシング50をモータ部71とボルトで締結することで組み立てられるが、第1実施例のような引張りバネ60は装着されない。第2実施例のポンプ装置300では、コイル71dへの通電による電磁誘導を利用して、環状部材56e(つまり、インペラ56)を引き寄せてインペラ56の初期位置を設定する。すなわち、第2実施例のポンプ装置300は磁力(電磁石)によりインペラ56のデフォルト位置を設定している。なお、コイル71dへの通電は、制御ユニット100により実行される。
The
以上の構成のポンプ装置300では、インペラ56の回転駆動前から継続してコイル71dへの通電が行なわれ、電磁力によりインペラ56は吐出口45側に保持され、その後、モータ部71の回転動力によりインペラ56は回転する。インペラ56の回転数が所定回転を超えると、軸スラスト力が電磁力に打ち勝って、インペラ56は吸込口30方向へ移動する。つまり、所定回転数まで吐出口45から冷却水を吐出していたインペラ56は、所定回転を超えると移動し始め、更に回転数を増加することで、やがて吐出口40から冷却水を吐出する。この状態から逆に回転数を低下すると、電磁力が軸スラスト力に打ち勝ってインペラ56は初期位置に戻り、吐出口45から冷却水を吐出する。こうしてインペラ56の回転数によって、吐出口(流路)を切り替えることができる。
In the
B−2.ポンプ装置の制御:
こうしたポンプ装置300の制御は、第1実施例と同様、燃料電池5の始動後、所定のタイミングで制御ユニット100内のCPUにより実行される。第2実施例のポンプ装置300の制御では、燃料電池5の始動後、インペラ56の回転駆動に先立ってコイル71dへの通電処理が行なわれる。この通電処理は、燃料電池5の停止までの間、継続して行なわれ、その間に、図4に示した流路切替処理が実行される。つまり、第1実施例と実質的には同様の処理で制御されている。したがって、流路切替処理の説明は省略する。
B-2. Control of pump device:
Such control of the
以上、第2実施例のポンプ装置300、冷却システム、および流路切替処理によれば、第1実施例と同様、冷却システムにおける部品点数を低減することができる。また、第1実施例に比べ、コイル71dへの通電処理が加わるが、これは常時通電を行なうのみの処理である。したがって、モータ駆動の三方弁などの流路切替弁を備えたシステムに比べ、制御ユニット100における制御を簡素化することができる。
As described above, according to the
なお、第2実施例のポンプ装置300の制御は、常時通電する処理に代えて、所定のタイミングでコイル71dに通電するものとしても良い。図7は、ポンプ装置300の制御の一例としての流路切替処理の流れを示すフローチャートである。
The control of the
処理が開始されると、制御ユニット100は、燃料電池5の温度Tを入力し(ステップS700)、燃料電池5の温度Tが所定値αよりも高いか否かを判断する(ステップS710)。ここまでの処理は、図4に示した流路切替処理のステップS400,S410と同様の処理である。
When the process is started, the
ステップS710で、温度Tが所定値αよりも高い(Yes)と判断した場合には、コイル71dへの電流をOFFとする(ステップS720)。具体的には、コイル71dへの通電が行なわれていない場合には、そのままの状態とし、コイル71dへの通電が行なわれている場合には、コイル71dへの通電を停止する。この処理で、インペラ56には電磁力が働かず、インペラ56は回転軸方向に自由に移動可能な状態となる。続いて、インペラ56の回転数Rを、所定値βよりも高い範囲で制御し(ステップS730)、NEXTに抜けて、所定のタイミングで一連の処理を繰り返す。つまり、回転数Rを高回転域に保つことで、インペラ56を吸込方向に移動させて、冷却水を熱交換器側流路16へ流している。
If it is determined in step S710 that the temperature T is higher than the predetermined value α (Yes), the current to the
他方、ステップS710で、温度Tが所定値α以下である(No)と判断した場合には、コイル71dへの電流をONとする(ステップS740)。具体的には、コイル71dへの通電が行なわれていない場合には、コイル71dへの通電を行ない、コイル71dへの通電が行なわれている場合には、そのままの状態とする。この処理で、インペラ56には電磁力が働き、インペラ56を吐出口45側(モータ部71側)に拘束した状態となる。続いて、インペラ56の回転数Rを、所定値β以下の範囲に制御し(ステップS750)、NEXTに抜けて、所定のタイミングで一連の処理を繰り返す。つまり、回転数Rを低回転域に保つことで、インペラ56を吐出口45側に保持し、冷却水をバイパス流路17へ流している。
On the other hand, if it is determined in step S710 that the temperature T is equal to or lower than the predetermined value α (No), the current to the
こうした流路切替処理を行なうものとしても、第1実施例と同様、効率よく燃料電池5を所定範囲の温度に保ち、かつ、複雑な制御を要しない冷却システムを構築することができる。 Even when such a flow path switching process is performed, a cooling system that efficiently maintains the fuel cell 5 at a temperature within a predetermined range and does not require complicated control can be constructed as in the first embodiment.
なお、第2実施例のポンプ装置300では、ロータ71bに設けたコイル71dと、インペラ56に設けた環状部材56eとは、共に回転する構造として説明したが、コイルをシャフト側に固定するものとしても良い。
In the
図8は、第2実施例の変形例としてのポンプ装置の断面の概略構成を示す断面図である。このポンプ装置400は、ポンプケーシング50,インペラ57,モータ部72などから構成されており、ポンプ装置300とは、インペラ57の主板57bと、モータ部72のロータ72b,シャフト72cのみが異なる。したがって、構造が同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a cross section of a pump device as a modification of the second embodiment. The
図示するように、インペラ57は、回転軸の中心付近であって、モータ部72側に鉄製の部材57eを有する主板57bを用いて形成されており、第2実施例と同様、スプラインによりモータ部72のロータ72bと係合している。モータ部72は、回転中心に貫通孔を有するロータ72bを備え、その貫通孔にはシャフト72cが係合している。シャフト72cは、その先端にコイル72dを備え、ロータ72bの貫通孔から突き出す長さに形成されており、ロータ72bを回転可能に支持している。シャフト72cの内部には、コイル72dへの電気配線(図示なし)が施され、制御ユニット100の指令による電流がコイル72dへ到達する構造となっている。
As shown in the figure, the impeller 57 is formed by using a
こうした構造のポンプ装置400は、制御ユニット100からの電流によりコイル72dが励磁され、磁力によりインペラ57をシャフト72c側へ引き寄せる。この構造では、固定部分であるシャフト72cにコイル72dを備えているため、電気配線の取り回しを比較的簡単に行なうことができる。
In the
C.変形例:
本実施例では、ポンプケーシングに2つの吐出口(流路)を設けた構造のポンプ装置について説明したが、ポンプケーシングの吐出口は1つとして、これに枝分かれの配管を接続し、全体でポンプ装置を構成するものとしても良い。この場合、枝分かれの配管内部には、流路を切替える弁を備えるものとすれば良い。
C. Variations:
In the present embodiment, a pump device having a structure in which two discharge ports (flow passages) are provided in the pump casing has been described. However, the pump casing has one discharge port, and a branch pipe is connected to the pump device, so that the pump as a whole The apparatus may be configured. In this case, a valve for switching the flow path may be provided inside the branched pipe.
図9は、流路切替の弁を備えたポンプ装置の構成を示す概略構成図である。図示するように、このポンプ装置500は、主に、ポンプケーシング51,インペラ58,モータ部73,分岐管80,リンク部95などから構成されている。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a pump device including a flow path switching valve. As shown in the figure, the
ポンプケーシング51は、吸込口31と吐出口35とを有し、内部にインペラ58を収納する空間を備えている。インペラ58およびモータ部73は、図2に示した第1実施例とほぼ同様、インペラ58を回転軸方向に移動可能に支持する構造であるが、その移動量(ストローク)が第1実施例に比べて小さく設定されている。
The pump casing 51 has a
分岐管80は、入口部83と2つの出口部81,82を有する配管であり、入口部83はポンプケーシング51の吐出口35に接続されている。この分岐管80は、入口部83から流入した冷却水を出口部81または出口部82のいずれかへ導く弁部90を備えている。この弁部90とインペラ58の先端とは、リンク部95により接続されており、インペラ58の回転軸方向のストロークに応じて、弁部90は駆動する。すなわち、このポンプ装置500は、回転で生じる軸スラスト力によるインペラ58の移動に連動して弁部90を駆動している。
The
こうした構造のポンプ装置とすることで、2つの出口部81,82(流路)を切替える弁部90の駆動に、特別な動力は必要ない。したがって、流路の切り替えをインペラ58の移動量、つまり、インペラ58の回転数により制御することができる。
By setting it as the pump apparatus of such a structure, special motive power is not required for the drive of the
また、本実施例で説明したインペラ55の移動量は、約20から30mm程度であるが、移動量を取り出す機構がリンク機構であるため、インペラ58の移動量が少なくても弁を切り替えることができる。したがって、ポンプ装置全体の構造をコンパクトに構成することができ、従来構造のポンプから構成することが比較的容易となる。更には、分岐管80を吸込口31側に設けることで、冷却システムにおける機器配置の自由度を向上することができる。
The amount of movement of the
この変形例では、弁の駆動動力にインペラの移動を用い、そのストロークをリンクで取り出したが、例えばケーブルなどを用いて取り出すものとしても良い。また、インペラに働く軸スラスト力を、間接的に取り出して、これを弁の駆動動力としても良い。例えば、軸スラスト力を吸い込み側と吐出し側との圧力差(差圧)として取り出し、差圧により所定のストロークを作り出す。このストロークにより弁を駆動するものとすれば良い。 In this modification, the movement of the impeller is used for the driving power of the valve, and the stroke is taken out by the link. However, for example, the stroke may be taken out using a cable or the like. Alternatively, the axial thrust force acting on the impeller may be indirectly extracted and used as the driving power for the valve. For example, the axial thrust force is taken out as a pressure difference (differential pressure) between the suction side and the discharge side, and a predetermined stroke is created by the differential pressure. The valve may be driven by this stroke.
本実施例のポンプ装置の制御では、燃料電池の始動後、燃料電池の温度のみを検出して制御するものとしたが、燃料電池が停止していた期間を考慮してポンプ装置の制御を行なうものとしても良い。 In the control of the pump device of this embodiment, after the fuel cell is started, only the temperature of the fuel cell is detected and controlled. However, the pump device is controlled in consideration of the period during which the fuel cell is stopped. It is good as a thing.
図10は、燃料電池の停止期間を考慮したポンプ装置の制御のフローチャートである。この処理は、燃料電池5の始動に先立って、所定のタイミングで制御ユニット100内のCPUにより実行される。なお、以下に説明するポンプ装置の制御を行なう冷却システムは、図1に示した冷却システム10と同様である。
FIG. 10 is a flowchart of control of the pump device in consideration of the stop period of the fuel cell. This process is executed by the CPU in the
処理が開始されると、制御ユニット100は、燃料電池5の停止期間Lを入力する(ステップS900)。制御ユニット100には、カウンタが備えられており、車両の停止とともに、経過時間をカウントしている。制御ユニット100は、この経過時間を停止期間Lとして認識する。
When the process is started, the
続いて、停止期間Lが所定値γよりも長いか否かを判断する(ステップS910)。所定値γは、約1ヶ月に相当する時間が設定されている。ステップS910で、停止期間Lが所定値γよりも長い(Yes)と判断した場合には、インペラ55の回転数Rを、所定値ωに設定して、所定時間の間、インペラ55を回転する(ステップS920)。所定値ωは、図4で示した所定値βよりも大きな回転数であり、この処理で、インペラ55は吸込方向へ移動し、冷却水は熱交換器側流路16(つまり熱交換器25)へ確実に流れる。
Subsequently, it is determined whether or not the stop period L is longer than the predetermined value γ (step S910). The predetermined value γ is set to a time corresponding to about one month. If it is determined in step S910 that the stop period L is longer than the predetermined value γ (Yes), the rotational speed R of the
こうして所定時間の間、熱交換器25内部,燃料電池5内部に冷却水を循環させた後、燃料電池5での電気化学反応が開始する。つまり、制御ユニット100は、エア供給部6および燃料供給部7に供給指令を行なう。この供給指令と共に、制御ユニット100は、ポンプ装置20における流路切替処理を実行し(ステップS930)、一連の処理を終了する。なお、流路切替処理は、図4に示した処理であるので説明は省略する。
Thus, after the cooling water is circulated in the
他方、ステップS910で、停止期間Lが所定値γ以下である(No)と判断した場合には、エア供給部6,燃料供給部7への供給指令と共に、流路切替処理を実行し(ステップS930)、一連の処理を終了する。
On the other hand, when it is determined in step S910 that the stop period L is equal to or less than the predetermined value γ (No), the flow path switching process is executed together with the supply command to the
以上のポンプ装置の制御によれば、長期間(所定値γを越える期間)の停止後に、燃料電池5を始動する場合には、始動前の暫らくの間、熱交換器25側に冷却水を流す。特に、イオンの溶け出しが想定される熱交換器25側に冷却水を流し、イオン交換器28によりイオンを除去することで、燃料電池5に供給する冷却水の導電率を低減することができる。したがって、燃料電池5をより一層安全に冷却することができる。
According to the above control of the pump device, when the fuel cell 5 is started after a long-term stop (period exceeding the predetermined value γ), the cooling water is placed on the
本実施例では、ポンプ装置が備える吐出口(流路)は2つであるとして説明したが、さらに複数の吐出口(流路)を形成して、流路を切り替える構造としても良い。また、インペラの移動をモータ部による回転数増減により行なうものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、外部からインペラを回転軸方向へ強制的に移動させるアクチュエータを備えて、これにより流路の切り替えを行なうものとしても良い。この場合であっても、アクチュエータによるインペラの移動方向は回転軸方向であるため、流路の切り替えに複雑な部材を必要とせず、比較的簡単な構造で流路可変式のポンプ装置を形成することができる。 In this embodiment, the pump device is described as having two discharge ports (flow channels), but a plurality of discharge ports (flow channels) may be formed to switch the flow channels. Further, although the description has been made on the assumption that the impeller is moved by increasing or decreasing the number of revolutions by the motor unit, the present invention is not limited to this. For example, an actuator that forcibly moves the impeller from the outside in the direction of the rotation axis may be provided, and thereby the flow path may be switched. Even in this case, since the moving direction of the impeller by the actuator is the rotation axis direction, a complicated member is not required for switching the flow path, and the flow path variable pump device is formed with a relatively simple structure. be able to.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施し得ることは勿論である。本実施例では、燃料電池の冷却システムを例にポンプ装置の説明をしたが、内燃機関の冷却システムに本発明のポンプ装置を使用するものとしても同様の効果を奏する。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. . In the present embodiment, the fuel cell cooling system has been described as an example of the pump device, but the same effect can be obtained even when the pump device of the present invention is used in the cooling system of the internal combustion engine.
5...燃料電池
6...エア供給部
7...燃料供給部
8...出力部
10...冷却システム
15...主流路
16...熱交換器側流路
17...バイパス流路
18...イオン交換器流路
20...ポンプ装置
25...熱交換器
26...ファン
28...イオン交換器
30...吸込口
31...吸込口
35...吐出口
40,45...吐出口
50...ポンプケーシング
51...ポンプケーシング
55...インペラ
55a...羽根
55b...主板
55c...側板
55d...軸部分
56...インペラ
56b...主板
56e...環状部材
57...インペラ
57b...主板
57e...部材
58...インペラ
60...バネ
70...モータ部
70a...モータケーシング
70b...ロータ
70c...シャフト
71...モータ部
71b...ロータ
71c...シャフト
71d...コイル
72...モータ部
72b...ロータ
72c...シャフト
72d...コイル
73...モータ部
80...分岐管
81,82...出口部
83...入口部
90...弁部
95...リンク部
100...制御ユニット
101...温度センサ
190...圧縮バネ
191...ストッパ
200...ポンプ装置
300...ポンプ装置
400...ポンプ装置
500...ポンプ装置
5 ...
Claims (8)
前記吐出部に、前記羽根車を収納するポンプケーシングの一部であって前記羽根車の回転軸方向に並べて、複数の吐出口を設け、
前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、
前記動力源による回転数の増減によって、前記羽根車を前記複数の吐出口の中の一の吐出口の位置へ移動することで、前記複数の吐出口を切替える
ポンプ装置。 A power source for rotating the impeller is provided, and a predetermined liquid is sucked from one suction portion provided in the rotational axis direction of the impeller, flows in the rotation circumferential direction of the impeller, and is discharged from the discharge portion. A spiral pump device,
The discharge unit is a part of a pump casing that houses the impeller, and is arranged in the direction of the rotation axis of the impeller to provide a plurality of discharge ports.
Assembling the impeller movably in the direction of the rotation axis,
A pump device that switches the plurality of discharge ports by moving the impeller to a position of one of the plurality of discharge ports by increasing or decreasing the number of rotations by the power source.
回転数の増大に伴って前記吸込部方向へ移動する前記羽根車を、所定値よりも低い回転数で初期位置に戻す初期位置設定部を備えたポンプ装置。 The pump device according to claim 1, further comprising:
A pump device comprising an initial position setting unit that returns the impeller that moves in the direction of the suction unit as the rotational speed increases to an initial position at a rotational speed lower than a predetermined value.
前記初期位置設定部は、復元力で前記羽根車を初期位置に戻す弾性体を備えたポンプ装置。 The pump device according to claim 2,
The said initial position setting part is a pump apparatus provided with the elastic body which returns the said impeller to an initial position with a restoring force.
前記初期位置設定部は、磁力で前記羽根車を初期位置に戻す電磁石を備えたポンプ装置。 The pump device according to claim 2,
The said initial position setting part is a pump apparatus provided with the electromagnet which returns the said impeller to an initial position with magnetic force.
前記吐出部に、一の吐出口からの前記液体が流入する複数の流路と、当該液体の流れを該複数の流路の中の一の流路へ切替える方向切替弁とを設け、
前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、
前記羽根車の回転軸方向の移動を伝達して、前記方向切替弁を駆動する伝達部を備え、
前記動力源による回転数の増減によって、前記方向切替弁を駆動し、前記複数の流路を切替える
ポンプ装置。 A power source for rotating the impeller is provided, and a predetermined liquid is sucked from one suction portion provided in the rotational axis direction of the impeller, flows in the rotation circumferential direction of the impeller, and is discharged from the discharge portion. A spiral pump device,
The discharge unit is provided with a plurality of flow paths into which the liquid from one discharge port flows, and a direction switching valve for switching the flow of the liquid to one of the plurality of flow paths,
Assembling the impeller movably in the direction of the rotation axis,
A transmission unit that transmits movement of the impeller in the rotation axis direction and drives the direction switching valve;
A pump device that drives the direction switching valve and switches the plurality of flow paths by increasing or decreasing the number of rotations of the power source.
前記伝達部は、前記方向切替弁と前記羽根車とを接続するリンクであるポンプ装置。 The pump device according to claim 5,
The said transmission part is a pump apparatus which is a link which connects the said direction switching valve and the said impeller.
前記冷却水を、羽根車の回転軸方向に設けた一の吸込部から吸い込んで該羽根車の回転円周方向へ流し、吐出部から吐出する片吸込みの渦巻式のポンプ装置と、
前記所定の装置を流れることで前記冷却水が吸収した熱を放出させる熱交換器と、
前記ポンプ装置からの前記冷却水を、前記熱交換器へ導く熱交換器側流路と、
前記ポンプ装置からの前記冷却水を、前記熱交換器へ流さずに前記所定の装置に供給するバイパス流路と、
前記熱交換器側流路または前記バイパス流路を経由した前記冷却水を前記所定の装置を通過させて、再び前記ポンプ装置に戻す主流路と、
前記ポンプ装置の回転数を制御する制御部とを備え、
前記ポンプ装置は、
前記吐出部に2つの流路を設けて、該2つの流路の一方の流路と前記熱交換器側流路とを、他方の流路と前記バイパス流路とを、それぞれ接続し、
前記羽根車を前記回転軸方向に移動可能に組み付け、
前記回転数の増大に伴って前記吸込部方向へ移動する前記羽根車を、所定値より低い回転数で初期位置に戻す初期位置設定部を備え、
前記制御部は、前記回転数を調整して前記羽根車を所定位置に移動させることで、前記熱交換器側流路と前記バイパス流路との流れの切り替えの制御を行なう
冷却システム。 A cooling system that circulates cooling water to a predetermined device and cools it,
A single suction spiral pump device that sucks the cooling water from one suction portion provided in the direction of the rotation axis of the impeller and flows it in the rotation circumferential direction of the impeller, and discharges it from the discharge portion;
A heat exchanger that releases heat absorbed by the cooling water by flowing through the predetermined device;
A heat exchanger side channel for guiding the cooling water from the pump device to the heat exchanger;
A bypass flow path for supplying the cooling water from the pump device to the predetermined device without flowing to the heat exchanger;
A main flow path for passing the cooling water through the heat exchanger side flow path or the bypass flow path through the predetermined device and returning it to the pump device again;
A control unit for controlling the rotational speed of the pump device,
The pump device is
Providing two flow paths in the discharge unit, connecting one flow path of the two flow paths and the heat exchanger side flow path, and connecting the other flow path and the bypass flow path;
Assembling the impeller so as to be movable in the direction of the rotation axis,
An initial position setting unit that returns the impeller that moves in the direction of the suction unit with an increase in the rotational speed to an initial position at a rotational speed lower than a predetermined value;
The said control part controls the switching of the flow of the said heat exchanger side flow path and the said bypass flow path by adjusting the said rotation speed and moving the said impeller to a predetermined position Cooling system.
請求項7に記載の冷却システムと、
前記所定の装置として、発熱反応である電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記冷却システムに、更に、前記冷却水に混在するイオンを除去するイオン交換器とを備え、
前記ポンプ装置の前記初期位置設定部は、前記回転数が所定値より低い場合には、前記バイパス流路と接続する前記流路の位置に前記羽根車を保持しており、
前記燃料電池を所定期間の停止後に起動する際には、前記燃料電池の発電に先立って、前記制御部は、前記回転数を前記所定値よりも増大して前記熱交換器側流路と接続する前記流路の位置へ前記羽根車を移動させて該流路の切り替え制御を行なう
燃料電池システム。 A fuel cell system,
A cooling system according to claim 7;
As the predetermined device, a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction that is an exothermic reaction;
The cooling system further includes an ion exchanger that removes ions mixed in the cooling water,
The initial position setting unit of the pump device holds the impeller at a position of the flow path connected to the bypass flow path when the rotational speed is lower than a predetermined value,
When starting the fuel cell after stopping for a predetermined period, prior to power generation of the fuel cell, the control unit increases the number of rotations to be greater than the predetermined value and connects to the heat exchanger side flow path. A fuel cell system for controlling the switching of the flow path by moving the impeller to the position of the flow path.
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