JP2007024015A - Hydrogen circulating pump and fuel cell system using hydrogen circulating pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素循環経路を構成する水素循環ポンプ及び該水素循環ポンプを用いた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen circulation pump constituting a hydrogen circulation path and a fuel cell system using the hydrogen circulation pump.
一般に、燃料電池車に搭載された燃料電池システムでは、水素と酸素の反応による燃料電池の発電に伴い生成された水を該燃料電池内から排出するために、水素ガス及び酸素ガスを発電に必要な消費量よりも多く燃料電池に供給するようにしている。このため、燃料電池から排出される水素ガス(いわゆる水素オフガス)には、燃料電池にて使用されなかった未反応の水素が含まれている。この水素オフガスを利用するために、燃料電池システムには、水素オフガスを燃料電池に再供給するための水素循環経路が設けられ、この水素循環経路には水素オフガスを循環させるための水素ポンプが設けられている。 In general, in a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle, hydrogen gas and oxygen gas are required for power generation in order to discharge water generated from the power generation of the fuel cell by the reaction of hydrogen and oxygen from the fuel cell. The fuel cell is supplied more than the amount of consumption. For this reason, hydrogen gas (so-called hydrogen off-gas) discharged from the fuel cell contains unreacted hydrogen that has not been used in the fuel cell. In order to use this hydrogen offgas, the fuel cell system is provided with a hydrogen circulation path for resupplying the hydrogen offgas to the fuel cell, and this hydrogen circulation path is provided with a hydrogen pump for circulating the hydrogen offgas. It has been.
前記水素ポンプとしては、例えば、電動ルーツ式ポンプが用いられる。この電動ルーツ式ポンプは、ポンプ部と、電動モータを備えたモータ部(駆動部)とから構成されている。前記モータ部の電動モータからは前記ポンプ部へ回転軸が延設されている。また、前記ポンプ部のポンプ室内には一対のロータが収容されている。そして、モータ部の回転に伴う回転軸の回転により前記一対のロータが回転すると、前記水素オフガスはポンプ室に吸入され、さらには、ポンプ室から吐出されて燃料電池に再供給される。 As the hydrogen pump, for example, an electric roots pump is used. This electric roots type pump is comprised from the pump part and the motor part (drive part) provided with the electric motor. A rotating shaft extends from the electric motor of the motor unit to the pump unit. A pair of rotors are housed in the pump chamber of the pump unit. When the pair of rotors are rotated by the rotation of the rotating shaft accompanying the rotation of the motor unit, the hydrogen off-gas is sucked into the pump chamber, and further discharged from the pump chamber and re-supplied to the fuel cell.
前記水素ポンプには、前記ポンプ室内へ吸入された水素オフガスがモータ部へ流入し、その水素オフガスによってモータ部内の水素濃度が爆発雰囲気になることを防止するための構成が設けられている。すなわち、ポンプ部とモータ部の間であって、回転軸の周囲にはゴム製のリップシールが設けられている。そして、このリップシールによって回転軸に沿ったポンプ部からモータ部への水素オフガスの漏れが抑制され、モータ部内の水素濃度が前記爆発雰囲気になることを防止している。 The hydrogen pump is provided with a configuration for preventing the hydrogen off-gas sucked into the pump chamber from flowing into the motor unit and preventing the hydrogen concentration in the motor unit from becoming an explosive atmosphere due to the hydrogen off-gas. That is, a rubber lip seal is provided between the pump unit and the motor unit and around the rotation shaft. The lip seal suppresses leakage of hydrogen off gas from the pump unit along the rotation shaft to the motor unit, thereby preventing the hydrogen concentration in the motor unit from becoming the explosion atmosphere.
ところが、前記リップシールは、ゴム製であるため、水素ガスがリップシールを透過してポンプ部から漏れてモータ部へ流入してしまう。そこで、水素ポンプにおいては、モータ部内へ高濃度の水素ガスを積極的に導入し、モータ部内の水素濃度が前記爆発雰囲気を超えるようにして水素濃度が爆発雰囲気となることを防止するものも存在する(例えば、特許文献1参照)。 However, since the lip seal is made of rubber, hydrogen gas passes through the lip seal, leaks from the pump portion, and flows into the motor portion. Therefore, some hydrogen pumps actively introduce high-concentration hydrogen gas into the motor unit to prevent the hydrogen concentration from becoming the explosion atmosphere by making the hydrogen concentration in the motor unit exceed the explosion atmosphere. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に記載の水素ポンプのハウジングには、水素ガスの吸入口と吐出口が設けられ、前記ハウジング内にモータ部(電動モータ)とポンプ部が密封されている。そして、水素供給源から供給された高濃度の水素ガスは、吸入口からハウジング内に吸入され、ハウジング内の水素濃度を爆発雰囲気よりも高くし、さらには、圧縮機で圧縮されて吐出口からハウジング外へ吐出される。
ところで、特許文献1に開示された水素ポンプにおいては、モータ部内へ高濃度の水素ガスが供給されている。このため、モータ部が、水素により脆化する材料を用いて製造されていると、高濃度の水素ガスによってモータ部が脆化してしまう。このため、特許文献1に開示の水素ポンプにおいては、モータ部を水素ガスに対する耐性が強い材料を選定して製造しなければならない。 By the way, in the hydrogen pump disclosed in Patent Document 1, high-concentration hydrogen gas is supplied into the motor unit. For this reason, if the motor part is manufactured using a material that becomes brittle by hydrogen, the motor part becomes brittle by high-concentration hydrogen gas. For this reason, in the hydrogen pump disclosed in Patent Document 1, it is necessary to manufacture the motor unit by selecting a material having high resistance to hydrogen gas.
本発明は、モータ室内の水素濃度が爆発雰囲気になることを防止することができ、かつ水素ガスに対する耐性を考慮することなくモータ室を製造することができる水素循環ポンプ及び該水素循環ポンプを用いた燃料電池システムを提供することにある。 The present invention uses a hydrogen circulation pump that can prevent the hydrogen concentration in the motor chamber from becoming an explosive atmosphere and can manufacture the motor chamber without considering resistance to hydrogen gas, and the hydrogen circulation pump. It is to provide a fuel cell system.
本発明の水素循環ポンプは、燃料電池で使用されなかった水素ガスを水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能な水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環ポンプであって、ハウジングと、前記ハウジング内に区画形成されたポンプ室及びモータ室と、少なくとも前記ポンプ室内及びモータ室内に配設された回転軸と、前記ハウジング内を前記ポンプ室とモータ室に区画する区画部と、前記区画部に形成され、前記回転軸が挿通された軸孔と、前記ポンプ室から前記モータ室への水素ガスの漏れを抑制する軸シールとを備え、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に基づいて水素ガスを移送するガス移送体を備えるとともに、前記モータ室内には前記回転軸を回転駆動させる電動モータを備え、前記モータ室には前記燃料電池の酸素電極側から排出された排ガスを前記モータ室内に導入させる導入口と、少なくともモータ室内に導入された前記排ガスを排出する排出口とを設けた。 The hydrogen circulation pump according to the present invention provides the hydrogen circulation of a fuel cell system including a hydrogen circulation path that can supply hydrogen gas that has not been used in a fuel cell with hydrogen gas supplied from a hydrogen source and supply the hydrogen gas to the fuel cell. A hydrogen circulation pump constituting a path, comprising a housing, a pump chamber and a motor chamber defined in the housing, a rotating shaft disposed at least in the pump chamber and the motor chamber, and the interior of the housing A partition section partitioned into a pump chamber and a motor chamber; a shaft hole formed in the partition section through which the rotating shaft is inserted; and a shaft seal that suppresses leakage of hydrogen gas from the pump chamber to the motor chamber. A gas transfer body for transferring hydrogen gas based on rotation of the rotary shaft in the pump chamber, and an electric motor for rotating the rotary shaft in the motor chamber. The motor chamber is provided with an introduction port for introducing exhaust gas discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell into the motor chamber, and at least an exhaust port for discharging the exhaust gas introduced into the motor chamber. .
これによれば、燃料電池の酸素電極側からの排ガスを導入口からモータ室内へ導入し、排出口からモータ室外へ排出させることで、モータ室内に前記排ガスを流通させることができる。このため、水素ガスが軸シールを透過してポンプ室からモータ室に向かって流れても、モータ室内を流通する排ガスとともに水素ガスをモータ室外へ排出することができる。したがって、モータ室内に水素ガスが滞留することがなくなり、モータ室内の水素濃度を非常に低く抑えて爆発雰囲気になることを防止することができる。また、モータ室内の水素濃度が非常に低く抑えられるため、水素ガスに対する耐性を考慮することなくモータ室を製造することができる。 According to this, the exhaust gas from the oxygen electrode side of the fuel cell is introduced into the motor chamber from the introduction port, and discharged from the motor chamber to the outside of the motor chamber, whereby the exhaust gas can be circulated into the motor chamber. For this reason, even if hydrogen gas permeates the shaft seal and flows from the pump chamber toward the motor chamber, the hydrogen gas can be discharged out of the motor chamber together with the exhaust gas flowing through the motor chamber. Therefore, the hydrogen gas does not stay in the motor chamber, and the hydrogen concentration in the motor chamber can be kept very low to prevent an explosion atmosphere. Further, since the hydrogen concentration in the motor chamber can be kept very low, the motor chamber can be manufactured without considering the resistance to hydrogen gas.
また、前記導入口と排出口は、前記モータ室における前記区画部側であり、かつ前記回転軸の径方向に対向する位置に設けられていてもよい。
これによれば、排ガスが導入口からモータ室内へ導入され、排出口からモータ室外へ排出されることで、モータ室の区画部側には、回転軸の径方向へ横断する方向へ排ガスを流通させることができる。その結果として、モータ室の区画部側には、排ガスによるエアカーテンが形成され、該エアカーテンによってモータ室内にて水素ガスが電動モータ側へ流入することを抑制することができる。
Further, the introduction port and the discharge port may be provided at a position on the partition portion side in the motor chamber and facing the radial direction of the rotation shaft.
According to this, the exhaust gas is introduced into the motor chamber from the introduction port, and discharged from the discharge port to the outside of the motor chamber, whereby the exhaust gas is circulated in the direction transverse to the radial direction of the rotating shaft on the partition side of the motor chamber. Can be made. As a result, an air curtain made of exhaust gas is formed on the partition portion side of the motor chamber, and hydrogen gas can be prevented from flowing into the electric motor side in the motor chamber by the air curtain.
また、前記導入口と排出口は、前記回転軸の軸方向に沿ったモータ室の両端側であり、かつ前記回転軸を介した反対側に設けられていてもよい。
これによれば、排ガスが導入口からモータ室内へ導入され、排出口からモータ室外へ排出されることで、排ガスをモータ室の一端側から他端側へ流通させることができる。その結果として、モータ室内に流入した水素ガスのほとんどを排ガスとともにモータ室外へ排出することができる。
The introduction port and the discharge port may be provided on both end sides of the motor chamber along the axial direction of the rotation shaft and on the opposite side via the rotation shaft.
According to this, exhaust gas can be circulated from one end side to the other end side of the motor chamber by being introduced into the motor chamber from the introduction port and discharged from the discharge port to the outside of the motor chamber. As a result, most of the hydrogen gas flowing into the motor chamber can be discharged out of the motor chamber together with the exhaust gas.
また、本発明の水素循環ポンプは、燃料電池で使用されなかった水素ガスを水素源から供給される水素ガスと合流させて前記燃料電池に供給可能な水素循環経路を備えた燃料電池システムの前記水素循環経路を構成する水素循環ポンプであって、ハウジングと、前記ハウジング内に区画形成されたポンプ室及びモータ室と、少なくとも前記ポンプ室内及びモータ室内に配設された回転軸と、前記ハウジング内を前記ポンプ室とモータ室に区画する区画部と、前記区画部に形成され、前記回転軸が挿通された軸孔と、前記ポンプ室から前記モータ室への水素ガスの漏れを抑制する軸シールとを備え、前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に基づいて水素ガスを移送するガス移送体を備えるとともに、前記モータ室内には前記回転軸を回転駆動させる電動モータを備え、前記ポンプ室内における前記区画部側、前記モータ室内における前記区画部側、又はポンプ室とモータ室との間にはガス室が区画されているとともに、前記ガス室内には前記回転軸が配設されており、前記ガス室には前記燃料電池の酸素電極側から排出された排ガスを前記ガス室内に導入させる導入口と、少なくともガス室内に導入された前記排ガスを排出する排出口とを設けた。 Further, the hydrogen circulation pump of the present invention is the fuel cell system provided with a hydrogen circulation path that can supply the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell with the hydrogen gas supplied from the hydrogen source to supply the fuel cell. A hydrogen circulation pump constituting a hydrogen circulation path, comprising: a housing; a pump chamber and a motor chamber defined in the housing; a rotary shaft disposed at least in the pump chamber and the motor chamber; A partition portion that partitions the pump chamber and the motor chamber, a shaft hole that is formed in the partition portion and through which the rotating shaft is inserted, and a shaft seal that suppresses leakage of hydrogen gas from the pump chamber to the motor chamber A gas transfer body for transferring hydrogen gas based on the rotation of the rotary shaft in the pump chamber, and the rotary shaft is driven to rotate in the motor chamber. An electric motor, and a gas chamber is defined between the partition portion side in the pump chamber, the partition portion side in the motor chamber, or between the pump chamber and the motor chamber. A rotating shaft is provided, and the gas chamber has an inlet for introducing exhaust gas discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell into the gas chamber, and an exhaust for discharging at least the exhaust gas introduced into the gas chamber. And an exit.
これによれば、軸シールを透過してポンプ室からモータ室に向かって流れてきた水素ガスをガス室内へ導入することができる。そして、燃料電池の酸素電極側からの排ガスを導入口からガス室内へ導入し、排出口からガス室外へ排出させることで、ガス室内に前記排ガスを流通させることができる。その結果、ガス室に導入された水素ガスは、酸素電極側からの排ガスによってガス室外へ排出することができ、ガス室よりもモータ室側で水素ガスが滞留することをなくすことができる。したがって、モータ室内の水素濃度を非常に低く抑えて爆発雰囲気になることを防止することができる。また、モータ室内の水素濃度が非常に低く抑えられるため、水素ガスに対する耐性を考慮することなくモータ室を製造することができる。 According to this, hydrogen gas that has passed through the shaft seal and has flowed from the pump chamber toward the motor chamber can be introduced into the gas chamber. Then, the exhaust gas from the oxygen electrode side of the fuel cell is introduced into the gas chamber from the introduction port, and discharged from the discharge port to the outside of the gas chamber, whereby the exhaust gas can be circulated into the gas chamber. As a result, the hydrogen gas introduced into the gas chamber can be discharged out of the gas chamber by the exhaust gas from the oxygen electrode side, and the hydrogen gas can be prevented from staying on the motor chamber side than the gas chamber. Therefore, the hydrogen concentration in the motor chamber can be kept very low and an explosion atmosphere can be prevented. Further, since the hydrogen concentration in the motor chamber can be kept very low, the motor chamber can be manufactured without considering the resistance to hydrogen gas.
また、前記電動モータは、ステータと、該ステータの内側において前記回転軸に設けられたロータとからなり、さらに前記ロータに希土類永久磁石が埋め込まれた埋込磁石型モータであってもよい。 The electric motor may be an embedded magnet type motor including a stator and a rotor provided on the rotating shaft inside the stator, and further having a rare earth permanent magnet embedded in the rotor.
これによれば、モータ室内の水素濃度が非常に低く抑えられるため、モータ室内の電動モータを水素ガスに対する耐性を考慮することなく選択することができる。このため、電動モータとして、水素ガスにより脆化しやすい希土類永久磁石をロータに埋め込んだ埋込磁石型モータを用いることが可能となる。そして、希土類永久磁石をロータに埋め込んだ埋込磁石型モータは、希土類永久磁石以外の磁石をロータに埋め込んだ埋込磁石型モータに比して体格が小型であり、高トルク、かつ高効率・低発熱である。したがって、希土類永久磁石をロータに埋め込んだ埋込磁石型モータを電動モータとして用いることで、モータ室を小型化することができ、その結果として水素循環ポンプの体格を小型化できるとともに、水素循環ポンプの性能を向上させることができる。 According to this, since the hydrogen concentration in the motor chamber can be kept very low, the electric motor in the motor chamber can be selected without considering the resistance to hydrogen gas. For this reason, an embedded magnet type motor in which a rare earth permanent magnet that is easily embrittled by hydrogen gas is embedded in the rotor can be used as the electric motor. The embedded magnet type motor in which the rare earth permanent magnet is embedded in the rotor is smaller in size than the embedded magnet type motor in which a magnet other than the rare earth permanent magnet is embedded in the rotor, and has high torque and high efficiency. Low heat generation. Therefore, by using an embedded magnet type motor in which a rare earth permanent magnet is embedded in a rotor as an electric motor, the motor chamber can be reduced in size, and as a result, the size of the hydrogen circulation pump can be reduced, and the hydrogen circulation pump Performance can be improved.
また、前記軸シールは、リップシールであってもよい。これによれば、ポンプ室からモータ室に向かって流れた水素ガスは、モータ室内へ導入された排ガスによってモータ室外へ排出される。したがって、回転軸に沿ったポンプ室からの水素ガスの漏れを抑制する軸シールの構成はリップシールで十分である。このため、例えば、軸シールとして、ダイヤフラム、マグネットカップリング、油圧を利用した軸シール手段を設ける場合に比して軸シールの構成を簡易化し、かつ小型化することができる。 The shaft seal may be a lip seal. According to this, the hydrogen gas flowing from the pump chamber toward the motor chamber is discharged out of the motor chamber by the exhaust gas introduced into the motor chamber. Therefore, a lip seal is sufficient for the structure of the shaft seal that suppresses the leakage of hydrogen gas from the pump chamber along the rotating shaft. For this reason, for example, the structure of the shaft seal can be simplified and downsized as compared with the case where a shaft seal means using a diaphragm, a magnet coupling, or hydraulic pressure is provided as the shaft seal.
本発明の水素循環ポンプを用いた燃料電池システムは、請求項1〜請求項6のうちいずれか一項に記載の水素循環ポンプが水素循環経路に用いられており、前記導入口と前記燃料電池の酸素電極側を導入管によって連結し、前記排出口に排出管を連結した。 A fuel cell system using a hydrogen circulation pump according to the present invention uses the hydrogen circulation pump according to any one of claims 1 to 6 in a hydrogen circulation path, and the introduction port and the fuel cell. The oxygen electrode side was connected by an introduction pipe, and a discharge pipe was connected to the discharge port.
これによれば、燃料電池システムは、燃料電池の酸素電極側からの排ガスを導入口へ導入し、排出口から排出させることで、モータ室内に水素ガスが滞留することがなくなり、モータ室内の水素濃度を非常に低く抑えて爆発雰囲気になることを防止することができる。したがって、燃料電池システムにおける既存の構成を用い、さらには、排出されていた酸素電極側からの排ガスを利用してモータ室内の水素濃度が爆発雰囲気になることを防止することができる。 According to this, in the fuel cell system, the exhaust gas from the oxygen electrode side of the fuel cell is introduced into the introduction port and discharged from the discharge port, so that hydrogen gas does not stay in the motor chamber, and the hydrogen in the motor chamber does not stay. The concentration can be kept very low to prevent an explosive atmosphere. Therefore, it is possible to prevent the hydrogen concentration in the motor chamber from becoming an explosive atmosphere by using the existing configuration in the fuel cell system and further using the exhaust gas from the oxygen electrode side that has been discharged.
また、前記導入管には流量調整弁が設けられ、前記排出管には絞りが設けられていてもよい。これによれば、ポンプ室での水素ガスの移送量に依存して流量調整弁の開度を調整し、さらに絞りによって排ガスの排出量を絞ることができる。その結果として、ポンプ室の圧力が、ハウジング内で高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることを抑制することができる。 The introduction pipe may be provided with a flow rate adjusting valve, and the discharge pipe may be provided with a throttle. According to this, the opening degree of the flow rate adjusting valve can be adjusted depending on the amount of hydrogen gas transferred in the pump chamber, and the exhaust gas emission amount can be reduced by the throttle. As a result, it is possible to prevent the pressure in the pump chamber from becoming too high or too low in the housing.
本発明によれば、モータ室内の水素濃度が爆発雰囲気になることを防止することができ、かつ水素ガスに対する耐性を考慮することなくモータ室を製造することができる。 According to the present invention, the hydrogen concentration in the motor chamber can be prevented from becoming an explosive atmosphere, and the motor chamber can be manufactured without considering the resistance to hydrogen gas.
(第1の実施形態)
以下、本発明を水素循環ポンプ及び燃料電池システムに具体化した第1の実施形態を図1〜図3に従って説明する。図1は燃料電池システムの構成図である。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied in a hydrogen circulation pump and a fuel cell system will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system.
図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池11、酸素供給手段12、水素供給手段13を備えている。燃料電池11は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、酸素供給手段12から供給される酸素と、水素供給手段13から供給される水素とを反応させて直流の電気エネルギー(直流電力)を発生する。
As shown in FIG. 1, the
酸素供給手段12は、圧縮空気を供給するためのエアーコンプレッサ14を備え、エアーコンプレッサ14は燃料電池11のカソード側(酸素電極側)の酸素供給ポート(図示せず)に管路15を介して連結され、管路15の途中に加湿器(図示せず)が設けられている。燃料電池11の酸素電極側の酸素排出ポート(図示せず)には、発電のための化学反応で発生した水蒸気の状態の水と、未反応の空気とを排出する排管16が連結されている。燃料電池11の酸素電極側から排出された未反応の空気は、その酸素濃度が燃料電池11へ供給される前より低くなっており、また、窒素ガスも含まれる不活性ガスである。
The oxygen supply means 12 includes an
前記水素供給手段13は、水素源としての水素タンク22を備えている。水素タンク22は燃料電池11のアノード側(水素電極側)の水素供給ポート(図示せず)に管路23を介して連結され、管路23の途中にレギュレータ(図示せず)が設けられている。前記レギュレータは、水素タンク22に高圧で貯蔵された水素ガスを所定の圧力まで減圧させて一定圧力で供給する圧力制御弁である。
The hydrogen supply means 13 includes a
また、水素供給手段13は、燃料電池11で使用されなかった水素ガス(水素)を水素タンク22(水素源)から供給される水素ガスと合流させて燃料電池11に供給可能な水素循環経路17を備えている。水素循環経路17には水素循環ポンプPが設けられており、水素循環ポンプPとしては水素ガスを送り出す構成のものが使用され、本実施形態では電動ルーツ式ポンプが使用されている。また、水素循環ポンプPは、水素ガスを移送するポンプ部31と該ポンプ部31を駆動する駆動部32とから構成されている。
Further, the hydrogen supply means 13 combines the hydrogen gas (hydrogen) that has not been used in the
燃料電池の水素電極側の水素排出ポート(図示せず)には水素循環ポンプPのポンプ部31が管路18を介して連結され、該ポンプ部31は燃料電池11の水素電極側の水素供給ポート(図示せず)に管路19,23を介して連結されている。そして、燃料電池11の水素電極側、管路18、水素循環ポンプPのポンプ部31及び管路19,23によって水素循環経路17が構成されている。また、水素循環ポンプPにて、前記駆動部32は、導入管24を介して前記酸素側電極の酸素排出ポートに連結された排管16の途中で連結され、前記導入管24の途中には流量調整弁としてのバルブVが設けられている。前記バルブVは、弁開度を調整することで導入管24を流れる酸素電極側からの排ガスの流量を調整する。また、駆動部32には排出管25が連結されており、排出管25の途中に絞り26が設けられている。
A
次に、前記水素循環ポンプPについて詳細に説明する。図3は、本実施形態の水素循環ポンプPの断面図を示す。図3において左方を水素循環ポンプPの前方とし、右方を水素循環ポンプPの後方とする。 Next, the hydrogen circulation pump P will be described in detail. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the hydrogen circulation pump P of the present embodiment. In FIG. 3, the left side is the front of the hydrogen circulation pump P, and the right side is the rear of the hydrogen circulation pump P.
図3に示すように、本実施形態の水素循環ポンプPのハウジングは、ロータハウジング33と、該ロータハウジング33の前端に接合されたギアハウジング34と、該ギアハウジング34の前端に接合されたモータハウジング37とから構成されている。前記ロータハウジング33は、第1ハウジング33aと、第2ハウジング33bと、第3ハウジング33cを有している。
As shown in FIG. 3, the housing of the hydrogen circulation pump P of this embodiment includes a
そして、水素循環ポンプPのハウジング内には、前記第1ハウジング33aと第2ハウジング33bとの間に区画されたポンプ室35が設けられている。また、水素循環ポンプPのハウジング内には、第1ハウジング33aとギアハウジング34との間に区画されたギア室36が設けられ、モータハウジング37とギアハウジング34との間に区画されたモータ室38が設けられている。そして、水素循環ポンプPのハウジング内は、前記ギアハウジング34と第1ハウジング33aによってポンプ室35とモータ室38に区画されており、前記ギアハウジング34及び第1ハウジング33aは、ハウジング内にポンプ室35とモータ室38を区画する区画部Kを構成している。前記モータ室38内には電動モータMが収容されている。
In the housing of the hydrogen circulation pump P, a
水素循環ポンプPにおいて、第1ハウジング33aには一対の第1軸孔41が設けられ、第2ハウジング33bには一対の第2軸孔42が設けられている。さらに、ギアハウジング34には第3軸孔43が設けられ、モータハウジング37には第4軸孔44が設けられている。
In the hydrogen circulation pump P, the
そして、同軸上に位置する第1軸孔41、第2軸孔42、第3軸孔43及び第4軸孔44には、電動モータMから延設された回転軸としての駆動軸46が挿通されている。この駆動軸46は、区画部Kを貫通し、モータ室38内及びポンプ室35内に配設されている。前記第1軸孔41及び第3軸孔43は、区画部Kにて駆動軸46が挿通される軸孔を構成している。
The first shaft hole 41, the
この駆動軸46は、前記第1軸孔41に嵌め込まれた第1ベアリング51、第2軸孔42に嵌め込まれた第2ベアリング52、第3軸孔43に嵌め込まれた第3ベアリング53、及び第4軸孔44に嵌め込まれた第4ベアリング54を介して各ハウジング33a,33b,34,37に回転可能に軸支されている。また、もう一つの第1軸孔41及び第2軸孔42には、前記駆動軸46と平行な従動軸47が挿通されている。そして、前記従動軸47は、前記第1軸孔41に嵌め込まれた第1ベアリング51と第2軸孔42に嵌め込まれた第2ベアリング52を介して各ハウジング33a,33bに回転可能に軸支されている。
The
駆動軸46に沿って設けられた第1〜第3軸孔41〜43の周面と駆動軸46の周面との間にはそれぞれ軸シールとしてのリップシール48が介在されている。第1軸孔41及び第3軸孔43に設けられたリップシール48は、駆動軸46に沿ったポンプ室35からモータ室38への水素ガスの漏れを抑制している。また、第2軸孔42に設けられたリップシール48は、駆動軸46に沿ったポンプ室35から水素循環ポンプP外への水素ガスの漏れを抑制している。一方、従動軸47に沿って設けられた第1及び第2軸孔41,42の周面と従動軸47の周面との間にはそれぞれ軸シールとしてのリップシール48が介在されている。第1軸孔41に設けられたリップシール48は、従動軸47に沿ったポンプ室35からギア室36(モータ室38側)への水素ガスの漏れを抑制し、第2軸孔42に設けられたリップシール48は、従動軸47に沿ったポンプ室35から水素循環ポンプP外への水素ガスの漏れを抑制している。
Lip seals 48 as shaft seals are interposed between the peripheral surfaces of the first to third shaft holes 41 to 43 provided along the
図2に示すように、ポンプ室35内に配設された駆動軸46には、ガス移送体としての駆動ロータ55が止着され、ポンプ室35内の従動軸47には、ガス移送体としての従動ロータ56が止着されている。駆動ロータ55と従動ロータ56は、駆動軸46と従動軸47の軸方向に直交する断面視が双葉状(瓢箪状)に形成されている。駆動ロータ55と従動ロータ56は、互いに噛合させた状態でポンプ室35内に収容されている。
As shown in FIG. 2, a
また、ポンプ室35には、水素電極側から排出された水素ガスをポンプ室35に吸入する前記吸入口31aが設けられ、該吸入口31aはロータハウジング33の第2ハウジング33bを貫通して形成されている。吸入口31aは管路18を介して燃料電池11の水素排出ポートに連結されている。また、ポンプ室35には、ポンプ室35内から水素ガスを吐出する吐出口31bが設けられ、該吐出口31bはロータハウジング33にて前記吸入口31aの対向位置に形成されている。この吐出口31bは、燃料電池11の水素電極側の水素供給ポートに管路19,23を介して連結されている。
The
そして、駆動軸46及び従動軸47の回転に基づくポンプ室35内での駆動ロータ55及び従動ロータ56の回転(移送動作)により、水素ガスが吸入口31aからポンプ室35へ吸入され、さらに吐出口31bからポンプ室35外へ吐出される。この水素ガスの吸入及び吐出によって水素ガスは、水素循環経路17上を移送される。
Then, due to the rotation (transfer operation) of the
また、図3に示すように、前記ギア室36には、駆動軸46に固定された駆動ギア58と従動軸47に固定された従動ギア59とが噛合連結された状態で収容されている。そして、駆動軸46と従動軸47は、前記駆動ギア58と従動ギア59によってギア連結されている。
As shown in FIG. 3, the
前記駆動部32における電動モータMは、モータ室38内において、モータハウジング37の内周面37aに固定されたステータ39と、ステータ39の内側において駆動軸46に設けられたロータ40とからなり、該ロータ40に磁石40aが埋め込まれた埋込磁石型モータ(いわゆる、IPMモータ)である。また、前記磁石40aとしては希土類永久磁石が用いられている。そして、電動モータMは、ステータ39のコイル(図示せず)に電力の供給を受けることで駆動軸46を回転させる。駆動部32において、モータハウジング37の内周面37aとステータ39の外周面との間には、駆動軸46の軸方向へ延びるガス通路49が複数箇所に設けられている。
The electric motor M in the
モータ室38の基端側、すなわち区画部K側(モータハウジング37の後側)には、前記導入口32aがモータハウジング37を貫通して設けられている。この導入口32aには、燃料電池11の酸素電極側が排管16及び導入管24を介して連結されている。また、モータ室38の先端側(モータハウジング37の前側)には、前記排出口32bがモータハウジング37を貫通して設けられている。この排出口32bには前記排出管25が連結されている。そして、導入口32aは、モータ室38において駆動軸46の一端側に設けられ、排出口32bは、モータ室38において駆動軸46の他端側に設けられている。すなわち、導入口32aと排出口32bは、駆動軸46の軸方向に沿ったモータ室38の両端側であり、かつ前記駆動軸46を介した反対側に設けられている。
The
次に、上記構成の燃料電池システム10の動作について説明する。燃料電池システム10において、水素タンク22から水素ガスが燃料電池11の水素電極側に供給される。また、エアーコンプレッサ14が駆動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池11の酸素電極側に供給される。このとき、水素ガス(水素)の供給量及び空気(酸素)の供給量は、水素ガス及び空気が水素電極側又は酸素電極側と対応する通路を通過する間に燃料電池11での化学反応によって消費される量より多い。そして、燃料電池11では酸素と水素が反応して発電されるとともに、発電のための化学反応で発生した水は、水蒸気の状態で未反応の空気とともに排管16から燃料電池11外へ排出される。
Next, the operation of the
水素循環ポンプPでは、駆動部32における電動モータMの駆動によって駆動軸46が回転することにより、駆動ギア58と従動ギア59との噛合連結を通じて従動軸47が駆動軸46とは異なる方向へ回転する。すると、ポンプ室35内では、駆動ロータ55と従動ロータ56が回転する。駆動ロータ55と従動ロータ56の回転(ガス移送体の移送動作)に伴い、水素電極側から排出された水素ガス(燃料電池11で使用されなかった水素ガス)が管路18を介した吸入口31aからポンプ室35内へ吸入される。その後、ポンプ室35内に吸入された水素ガスが吐出口31bからポンプ室35外へ吐出される。そして、水素循環ポンプPのポンプ部31における水素ガスの移送によって、燃料電池11の水素電極側から排出された水素ガスは、管路19を介して水素タンク22から供給される水素ガスと合流されて燃料電池11の水素電極側へ再供給される。
In the hydrogen circulation pump P, when the
また、酸素電極側から排管16へ排出された未反応の空気(排ガス)は、導入管24を介して駆動部32の導入口32aへ導入され、モータ室38内へ導入される。ここで、前記ポンプ室35における水素ガスの移送量が多く、該ポンプ室35内の圧力がモータ室38内の圧力より高い場合には、バルブVの開度を大きくする。すると、モータ室38内には排ガスが多量に導入されるとともに絞り26によってモータ室38内の圧力は上昇し、モータ室38内の圧力がポンプ室35内の圧力に近づく。一方、ポンプ室35における水素ガスの移送量が少なく、ポンプ室35内の圧力がモータ室38内の圧力より低い場合には、バルブVの開度を小さくし、モータ室38内の圧力をポンプ室35内の圧力に近づける。すなわち、バルブVの開度を調整し、絞り26で絞ることで、ポンプ室35の圧力とモータ室38の圧力の差圧を小さくし、ハウジング内にてポンプ室35の圧力のみが高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることを抑制する。
Further, unreacted air (exhaust gas) discharged from the oxygen electrode side to the
さて、ポンプ室35内の水素ガスが駆動軸46に沿ってモータ室38へ漏れることはリップシール48によって抑制されているが、水素ガスがリップシール48を透過してモータ室38へ流入したとする。このとき、モータ室38内には導入口32aから酸素電極側からの排ガスが導入されている。この排ガスは、酸素濃度の低い不活性ガスであり、水素ガスと反応することなくモータ室38内を流れる。そして、モータハウジング37の後側に導入口32aが設けられ、モータハウジング37の前側に排出口32bが設けられている。すなわち、導入口32aと排出口32bは、モータ室38において駆動軸46の軸方向に沿った両端側に位置ずれした位置に設けられている。さらに、モータハウジング37の内周面37aとステータ39との間には、駆動軸46の軸方向に延びるガス通路49が複数形成されている。
Now, it is suppressed by the
このため、導入口32aからモータ室38内へ導入された排ガスは、モータ室38内を駆動軸46の軸方向に沿って後側から前側へ流通した後、排出口32bからモータ室38外へ排出される。すなわち、モータ室38内全体を排ガスが流通する。このため、ポンプ室35からモータ室38に向かって流れてきた水素ガスをはじめその他のガス(例えば、元々モータ室38内に存在したガス)は、前記排ガスの流通によって排出口32bからモータ室38外へ排出され、モータ室38内に水素ガスが滞留することが防止される。
For this reason, the exhaust gas introduced into the
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)水素循環ポンプPのモータ室38に導入口32aと排出口32bを設け、燃料電池11の酸素電極側からの排ガスを導入口32aからモータ室38内へ導入し、排ガスをモータ室38内を流通させた後、排出口32bからモータ室38外へ排出する構成とした。このため、ポンプ室35内の水素ガスがリップシール48(軸シール)を透過してポンプ室35からモータ室38に向かって流れても、水素ガスは排ガスとともにモータ室38から排出することができる。したがって、水素循環ポンプPでは、ポンプ室35から流入した水素ガスによってモータ室38内の水素濃度が上昇することが防止でき、その結果として、モータ室38内の水素濃度が非常に低く抑えられ、水素濃度がその爆発雰囲気(4%〜75%)となることを防止することができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)また、水素循環ポンプPでは、モータ室38内の水素濃度を非常に低く抑えることができるため、例えば、モータ室38内へ高濃度の水素ガスを導入していた場合のように、高濃度の水素ガスに耐え得る材料によってモータ室38を製造する必要が無くなる。したがって、モータ室38を製造する材料を水素ガスに対する耐性を考慮して選定する必要が無くなり、モータ室38を製造する材料の選択範囲を広げることができる。
(2) Further, in the hydrogen circulation pump P, the hydrogen concentration in the
(3)モータ室38内の水素濃度を非常に低く抑えることができるため、水素ガスに対する耐性を考慮することなくモータ室38内の電動モータMを選定することができる。このため、電動モータMとして、水素ガス(水素)によって脆化しやすい希土類永久磁石をロータ40に埋め込んだ埋込磁石型モータを用いることが可能となる。したがって、電動モータMとして、希土類永久磁石以外の磁石をロータ40に埋め込んだ埋込磁石型モータを用いる場合に比して、電動モータMを小型化することができるとともに、高トルク、かつ高効率・低発熱化することができる。電動モータMを小型化することができるため、水素循環ポンプPの体格も小型化することができ、さらには、電動モータMの性能向上により水素循環ポンプPの性能を向上させることができる。
(3) Since the hydrogen concentration in the
(4)ポンプ室35からモータ室38への駆動軸46に沿った水素ガスの漏れはゴム製のリップシール48によって抑制される。また、水素ガスは、リップシール48を透過してモータ室38に向かって流れるが、モータ室38へ流入した後はモータ室38へ導入される排ガスによってモータ室38外へ排出される。したがって、駆動軸46の軸シールはリップシール48で十分であり、例えば、軸シールとして、ダイヤフラム、マグネットカップリング、油圧を利用した軸シール手段を設ける場合に比して駆動軸46の軸シールの構成を簡易化し、かつ小型化することができ、ひいては水素循環ポンプPの体格を小型化することができる。また、リップシール48は、前記マグネットカップリングや油圧を利用した軸シール手段に比して安価であるため、水素循環ポンプPの製造コストも抑えることができる。
(4) Hydrogen gas leakage from the
(5)燃料電池システム10は、燃料電池11の酸素電極側から排出された排ガスをモータ室38内へ導入して、モータ室38内の水素ガスをモータ室38外へ排出する構成とされている。すなわち、燃料電池システム10における既存の構成を用い、しかも排ガスを再使用してモータ室38内の水素濃度が爆発雰囲気となることが防止できる。したがって、モータ室38内の水素ガスをモータ室38外へ排出するために、燃料電池システム10に新たに排出手段を設ける場合に比して燃料電池システム10の構成が複雑化することに伴うコスト上昇を防止できる。
(5) The
(6)酸素電極側からの排ガスは、燃料電池11で酸素が消費された酸素濃度が非常に低い不活性ガスである。このため、排ガスがモータ室38内へ導入されても、排ガスはモータ室38内の水素ガスと反応しにくく、モータ室38内で化学反応が起こることを抑制することができる。したがって、酸素電極側からの排ガスをモータ室38に導入しても燃料電池システム10に不具合が発生することがない。
(6) The exhaust gas from the oxygen electrode side is an inert gas having a very low oxygen concentration when oxygen is consumed in the
(7)モータ室38よりも上流側にはバルブVが設けられ、モータ室38よりも下流側には絞り26が設けられている。そして、水素循環ポンプPにて、ポンプ室35での水素ガスの移送量に依存して、バルブVの開度を調整し、さらに絞り26によって排ガスの流量を絞ることでポンプ室35の圧力とモータ室38の圧力の差圧を小さくすることができる。その結果として、前記差圧が小さくなることでリップシール48が駆動軸46に強く圧接されることが抑制でき、リップシール48の寿命を長期化することができる。
(7) A valve V is provided upstream of the
(8)導入口32aは、モータ室38における後側に設けられ、排出口32bは、モータ室38における前側に設けられている。すなわち、導入口32aと排出口32bは、モータ室38において駆動軸46の軸方向に沿った両端側に位置ずれした位置であり、駆動軸46を介した反対側に設けられている。このため、導入口32aからモータ室38内へ導入された排ガスは、モータ室38内を後側から前側へ流通した後、排出口32bから排出される。したがって、排ガスをモータ室38内の全体を流通させることができ、モータ室38内の水素ガスのほとんどを排ガスによって掃気することができる。
(8) The
(第2の実施形態)
次に、本発明を具体化した第2の実施形態を図4にしたがって説明する。なお、第2の実施形態は、第1の実施形態の駆動部32を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, since 2nd Embodiment is a structure which only changed the
図4に示すように、駆動部32において、モータハウジング37の内側には隔壁60が内嵌され、該隔壁60によってモータ室38内は電動モータM側と区画部K側とに区画されている。そして、モータ室38内の区画部K側には、モータハウジング37と、ギアハウジング34の前端と、隔壁60の後端によって囲まれたガス室61が区画形成されている。
As shown in FIG. 4, in the
さらに、隔壁60には、第5軸孔62が設けられ、該第5軸孔62には駆動軸46が挿通され、駆動軸46は、ポンプ室35及びモータ室38に加え、ガス室61内にも配設されている。駆動軸46は、前記第5軸孔62に嵌め込まれた第5ベアリング63によって隔壁60においても回転可能に軸支されている。前記第5軸孔62において、第5軸孔62の周面と駆動軸46の周面との間には軸シールとしてのリップシール48が介在されている。
Further, the
前記ガス室61は、駆動軸46の周りに円環状に設けられている。また、ガス室61には、導入口32a及び排出口32bがモータハウジング37を貫通して設けられており、導入口32a及び排出口32bはガス室61に連通している。導入口32aと排出口32bは、駆動軸46の径方向に対向する位置に設けられており、駆動軸46を介して反対側に設けられている。また、導入口32aには、燃料電池11の酸素電極側が排管16及び導入管24を介して連結されている。排出口32bには、排出管25が連結されている。そして、導入管24の途中にはバルブVが設けられ、排出管25の途中には絞り26が設けられている。なお、第2の実施形態においてガス通路49は形成されていない。
The gas chamber 61 is provided in an annular shape around the
さて、第2の実施形態において、リップシール48を透過し、ポンプ室35側からモータ室38に向かって流れてきた水素ガスはガス室61に導入される。このとき、ガス室61内には、酸素電極側から排出された排ガスが導入口32aから導入される。このため、ガス室61に滞留する水素ガスは、排ガスとともにガス室61(モータ室38)外へ排出される。
In the second embodiment, hydrogen gas that has passed through the
また、ガス室61内へ導入された排ガスは、該ガス室61内を駆動軸46の径方向へ横断する方向へ流れることとなる。その結果として、ガス室61内には、導入口32aから排出口32bへ流れる排ガスによってエアカーテンが形成され、ポンプ室35側からモータ室38に向かって流れてきた水素ガスが、ガス室61からモータ室38側へ流入することを抑制することができる。
Further, the exhaust gas introduced into the gas chamber 61 flows in a direction crossing the gas chamber 61 in the radial direction of the
なお、ポンプ室35での水素ガスの移送量に依存して、バルブVの開度を調整し、さらに絞り26によって排ガスの流量を絞ることでポンプ室35の圧力とガス室61の圧力との差圧を小さくすることができる。すなわち、ハウジング内にてポンプ室35の圧力のみが高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることが抑制される。
Depending on the amount of hydrogen gas transferred in the
そして、ポンプ室35側からモータ室38に向かって流れてきた水素ガスが、ガス室61からモータ室38側へ流入することが抑制されることから、ガス室61よりもモータ室38側へ水素ガスが流れることが抑制される。その結果として、モータ室38内の水素濃度が非常に低く抑えられ、モータ室38の水素濃度が爆発雰囲気(4%〜75%)となることが阻止される。
Since the hydrogen gas flowing from the
したがって、第2の実施形態によれば、前記第1の実施形態の(1)〜(7)に記載の効果に加え、以下の効果も発揮することができる。
(9)ハウジング内に隔壁60を設けることで、ハウジング内にてモータ室38内の区画部K側にガス室61が区画され、該ガス室61に導入口32a及び排出口32bが設けられている。このため、ポンプ室35側からモータ室38に向かって流れてきた水素ガスはガス室61に導入される。そして、ガス室61内に導入された水素ガスは、酸素電極側からの排ガスによってガス室61外へ排出される。したがって、ガス室61を設けることで、ガス室61よりもモータ室38側で水素ガスが滞留することをなくすことができるとともに、電動モータMの材質を水素ガスに対する耐性を考慮して設定する必要が無くなる。
Therefore, according to the second embodiment, in addition to the effects described in (1) to (7) of the first embodiment, the following effects can also be exhibited.
(9) By providing the
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態において、バルブVと絞り26を削除してもよい。
○ 各実施形態において、軸シールとしてリップシール48の代わりに、例えば、ダイヤフラム、マグネットカップリング、油圧を用いた軸シール手段を用いてもよい。
In addition, you may change each said embodiment as follows.
In each embodiment, the valve V and the
In each embodiment, instead of the
○ 第2の実施形態において、導入口32aに連結された導入管24に分岐管を連結し、該分岐管をモータ室38における電動モータMが収容された部屋に連結して電動モータMが収容された部屋へ酸素電極側からの排ガスを導入してもよい。このように構成することで、電動モータMを排ガスによって冷却することができるため、電動モータMを高効率化することができ、電動モータMの小型化に寄与することができる。
In the second embodiment, a branch pipe is connected to the
○ 第1の実施形態において、導入口32aと排出口32bを、モータ室38における区画部K側、すなわち、モータ室38の後側で駆動軸46の径方向に対向する位置に設けてもよい。このように構成すると、モータ室38へ導入された排ガスは、モータ室38内を駆動軸46の径方向へ横断する方向へ流れることとなる。その結果として、モータ室38の区画部K側には、導入口32aから排出口32bへ流れる排ガスによってエアカーテンが形成され、ポンプ室35側からモータ室38に流れてきた水素ガスが電動モータM側へ流入することを抑制することができる。
In the first embodiment, the
○ 第2の実施形態において、第2ハウジング33bの内側に隔壁60を内嵌し、該隔壁60によってポンプ室35内の区画部K側にガス室61を区画してもよい。
○ 第1の実施形態において、水素循環ポンプPの後方にて第2ハウジング33bと第3ハウジング33cとの間に区画される空間をギア室とし、該ギア室内に配設された駆動軸46に駆動ギア58を固定し、従動軸47に従動ギア59を固定する。さらに、第1ハウジング33aとギアハウジング34との間であって、ポンプ室35とモータ室38との間に区画される空間をガス室とし、該ガス室に導入口及び排出口を設けてもよい。このとき、導入口及び排出口はギアハウジング34を貫通して設けられ、駆動軸46はガス室内に配設されている。
In the second embodiment, a
In the first embodiment, the space defined between the
○ 各実施形態において、水素循環ポンプPを、一本の駆動軸46で電動モータMと駆動ロータ55(ロータ)とを連結しない構成としてもよい。すなわち、電動モータMから延設された駆動軸46に駆動ギア58を固定し、該駆動ギア58をギア室36内に配設する。このとき、駆動軸46は、電動モータMからギア室36内まで延設され、ポンプ室35内には配設されていない。ギア室36内において、駆動ギア58の両側に従動ギア59を噛合連結させ、各従動ギア59に回転軸としての従動軸47を固定する。そして、各従動ギア59に固定した各従動軸47をポンプ室35内に配設し、各従動軸47にガス移送体としてのロータを止着するとともに、互いに噛合させた状態でポンプ室35内に収容する。
In each embodiment, the hydrogen circulation pump P may be configured such that the electric motor M and the drive rotor 55 (rotor) are not connected by the
○ 各実施形態において、駆動軸46がモータハウジング37を貫通して、モータ室38外に配設されていてもよい。
○ 各実施形態において、電動モータMは、埋込磁石型モータでなくてもよく、表面磁石型モータでもよい。また、磁石40aは希土類永久磁石以外の磁石でもよい。さらに、電動モータMは誘導モータであってもよい。
In each embodiment, the
In each embodiment, the electric motor M may not be an embedded magnet type motor but may be a surface magnet type motor. The
○ 各実施形態において、排ガスとして、酸素電極側からの排ガスではなく、酸素供給源からの酸素をフィルタ等によって濾過した酸素濃度の低い排ガスをモータ室38へ導入してもよい。
In each embodiment, as the exhaust gas, an exhaust gas having a low oxygen concentration obtained by filtering oxygen from an oxygen supply source with a filter or the like may be introduced into the
○ 各実施形態において、水素循環ポンプPを、回転軸の回転に基づいてガス移送体としてのスクロールが回転して水素ガスを移送する電動スクロール式ポンプとしてもよい。又は水素循環ポンプPを、回転軸の回転に基づいてガス移送体としてのダイヤフラムを移動させて水素ガスを移送する電動ダイヤフラム式ポンプとしてもよい。 In each embodiment, the hydrogen circulation pump P may be an electric scroll pump that transfers a hydrogen gas by rotating a scroll as a gas transfer body based on rotation of a rotating shaft. Alternatively, the hydrogen circulation pump P may be an electric diaphragm pump that transfers a hydrogen gas by moving a diaphragm as a gas transfer body based on rotation of a rotating shaft.
○ 各実施形態において、燃料電池システム10を酸素電極側からの排ガスの全てをモータ室38へ導入する構成としてもよい。
○ 各実施形態において、燃料電池システム10にて導入管24の途中に熱交換器を設けてもよい。このように構成すると、酸素電極側からの排ガスは、モータ室38へ導入される前に熱交換器によって冷却される。このため、モータ室38にて電動モータMの冷却が効率良く行われる。
In each embodiment, the
In each embodiment, a heat exchanger may be provided in the middle of the
○ 各実施形態において、燃料電池システム10にて水素循環経路17の途中に気液分離器を設けてもよい。
In each embodiment, a gas-liquid separator may be provided in the middle of the
K…区画部、M…電動モータ、P…水素循環ポンプ、V…流量調整弁としてのバルブ、10…燃料電池システム、11…燃料電池、17…水素循環経路、22…水素源としての水素タンク、24…導入管、25…排出管、26…絞り、32a…導入口、32b…排出口、33…ハウジングを構成するロータハウジング、33a…区画部を構成する第1ハウジング、34…ハウジング及び区画部を構成するギアハウジング、35…ポンプ室、37…ハウジングを構成するモータハウジング、38…モータ室、39…ステータ、40…ロータ、40a…希土類永久磁石としての磁石、41…軸孔を構成する第1軸孔、43…軸孔を構成する第3軸孔、46…回転軸としての駆動軸、48…軸シールとしてのリップシール、55…ガス移送体としての駆動ロータ、56…ガス移送体としての従動ロータ、61…ガス室。
DESCRIPTION OF SYMBOLS K ... Partition part, M ... Electric motor, P ... Hydrogen circulation pump, V ... Valve as flow control valve, 10 ... Fuel cell system, 11 ... Fuel cell, 17 ... Hydrogen circulation path, 22 ... Hydrogen tank as
Claims (8)
ハウジングと、
前記ハウジング内に区画形成されたポンプ室及びモータ室と、
少なくとも前記ポンプ室内及びモータ室内に配設された回転軸と、
前記ハウジング内を前記ポンプ室とモータ室に区画する区画部と、
前記区画部に形成され、前記回転軸が挿通された軸孔と、
前記ポンプ室から前記モータ室への水素ガスの漏れを抑制する軸シールとを備え、
前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に基づいて水素ガスを移送するガス移送体を備えるとともに、前記モータ室内には前記回転軸を回転駆動させる電動モータを備え、
前記モータ室には前記燃料電池の酸素電極側から排出された排ガスを前記モータ室内に導入させる導入口と、少なくともモータ室内に導入された前記排ガスを排出する排出口とを設けたことを特徴とする水素循環ポンプ。 A hydrogen circulation pump that constitutes the hydrogen circulation path of the fuel cell system having a hydrogen circulation path that can supply the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell with the hydrogen gas supplied from a hydrogen source to supply the fuel cell. There,
A housing;
A pump chamber and a motor chamber defined in the housing;
A rotating shaft disposed at least in the pump chamber and the motor chamber;
A partition for partitioning the inside of the housing into the pump chamber and the motor chamber;
A shaft hole formed in the partition and through which the rotating shaft is inserted;
A shaft seal that suppresses leakage of hydrogen gas from the pump chamber to the motor chamber,
The pump chamber includes a gas transfer body that transfers hydrogen gas based on the rotation of the rotating shaft, and the motor chamber includes an electric motor that rotationally drives the rotating shaft,
The motor chamber is provided with an introduction port for introducing exhaust gas discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell into the motor chamber and at least an exhaust port for discharging the exhaust gas introduced into the motor chamber. A hydrogen circulation pump.
ハウジングと、
前記ハウジング内に区画形成されたポンプ室及びモータ室と、
少なくとも前記ポンプ室内及びモータ室内に配設された回転軸と、
前記ハウジング内を前記ポンプ室とモータ室に区画する区画部と、
前記区画部に形成され、前記回転軸が挿通された軸孔と、
前記ポンプ室から前記モータ室への水素ガスの漏れを抑制する軸シールとを備え、
前記ポンプ室内には前記回転軸の回転に基づいて水素ガスを移送するガス移送体を備えるとともに、前記モータ室内には前記回転軸を回転駆動させる電動モータを備え、
前記ポンプ室内における前記区画部側、前記モータ室内における前記区画部側、又はポンプ室とモータ室との間にはガス室が区画されているとともに、前記ガス室内には前記回転軸が配設されており、前記ガス室には前記燃料電池の酸素電極側から排出された排ガスを前記ガス室内に導入させる導入口と、少なくともガス室内に導入された前記排ガスを排出する排出口とを設けたことを特徴とする水素循環ポンプ。 A hydrogen circulation pump that constitutes the hydrogen circulation path of the fuel cell system having a hydrogen circulation path that can supply the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell with the hydrogen gas supplied from a hydrogen source to supply the fuel cell. There,
A housing;
A pump chamber and a motor chamber defined in the housing;
A rotating shaft disposed at least in the pump chamber and the motor chamber;
A partition for partitioning the inside of the housing into the pump chamber and the motor chamber;
A shaft hole formed in the partition and through which the rotating shaft is inserted;
A shaft seal that suppresses leakage of hydrogen gas from the pump chamber to the motor chamber,
The pump chamber includes a gas transfer body that transfers hydrogen gas based on the rotation of the rotating shaft, and the motor chamber includes an electric motor that rotationally drives the rotating shaft,
A gas chamber is partitioned between the partition section side in the pump chamber, the partition section side in the motor chamber, or between the pump chamber and the motor chamber, and the rotating shaft is disposed in the gas chamber. The gas chamber is provided with an introduction port for introducing exhaust gas discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell into the gas chamber and at least an exhaust port for discharging the exhaust gas introduced into the gas chamber. A hydrogen circulation pump characterized by
前記導入口と前記燃料電池の酸素電極側を導入管によって連結し、前記排出口に排出管を連結したことを特徴とする燃料電池システム。 The hydrogen circulation pump according to any one of claims 1 to 6 is used in a hydrogen circulation path,
A fuel cell system, wherein the introduction port and the oxygen electrode side of the fuel cell are connected by an introduction tube, and a discharge tube is connected to the discharge port.
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