JP2022007026A - 燃料電池用遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源収容室への水分の侵入を抑制できる燃料電池用遠心圧縮機を提供すること。
【解決手段】遠心圧縮機１０は、ハウジング１１に導入通路８０を有する。導入通路８０は、圧縮部８５にて圧縮されたエアーの一部を駆動源収容室７９に導入することで、駆動源収容室７９をタービンホイール室１４ｂの圧力より高い圧力とする。導入通路８０は、電動モータ１９と第２シール部材６０との間に開口している。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに適用される燃料電池用遠心圧縮機に関する。

燃料電池システムは、燃料電池と、圧縮したエアーを燃料電池に供給する燃料電池用遠心圧縮機と、を備えている。燃料電池用遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載される圧縮装置が挙げられる。圧縮装置は、回転軸と、回転軸を回転させる駆動源としてのモータと、回転軸に接続される第１インペラ及び第２インペラと、を備える。また、圧縮装置は、モータを収容し、回転軸が貫通するモータハウジングを備える。モータハウジングは、第２インペラを収容する第２インペラ収容部と、モータが収容される空間（駆動源収容室）と、を備える。また、圧縮装置は、第２インペラとモータとの間に位置するモータハウジングの壁部の中に設けられる貯水室を備える。

貯水室は、回転軸を囲み回転軸側に開口している。第２インペラ収容部内からモータハウジング内に向けて、燃料電池スタックから排出された水分を含んだ排気が流れると、貯水室に水分が貯留される。このため、モータハウジング内に水分が入ることを抑制できる。

特開２０２０－１３７４６号公報

ところが、第２インペラ収容部に燃料電池スタックの排気が流れることにより、第２インペラ収容部の圧力がモータハウジング内部の圧力よりも高くなる。そのため、第２インペラ収容部に流れる排気は、貯水室を超えてモータハウジング内部に向けて噴き出す虞がある。

本発明の目的は、駆動源収容室への水分の侵入を抑制できる燃料電池用遠心圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する燃料電池用遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動源と、前記回転軸の一方側に設けられ、前記回転軸の回転によってエアーを圧縮する圧縮部と、前記回転軸の他方側に設けられ、前記駆動源の回転を補助する回転補助部と、前記駆動源を収容する駆動源収容室を備えるハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記回転軸が挿通される挿通孔を有するとともに前記駆動源収容室と前記回転補助部とを区画する区画板を有し、前記挿通孔と前記回転軸との間にはシール部材が配置される、燃料電池用遠心圧縮機であって、前記ハウジングには、前記圧縮部にて圧縮されたエアーの一部を前記駆動源収容室に導入することで、前記駆動源収容室の圧力を前記回転補助部の圧力より高くする導入通路が設けられ、前記導入通路は、前記駆動源と前記シール部材との間に開口している。

これによれば、圧縮部で圧縮されたエアーの一部が導入通路から駆動源収容室に導入される。そのため、駆動源収容室の圧力は、回転補助部の圧力より高くなる。したがって、燃料電池の排気が回転補助部からシール部材を介して駆動源収容室へ侵入することを抑制することができる。

上記の燃料電池用遠心圧縮機において、前記導入通路には、前記圧縮部にて圧縮された後に、熱交換器で冷却されたエアーが供給されるとよい。
これによれば、圧縮部で圧縮されたエアーは、熱交換器で冷却される。熱交換器で冷却されたエアーの一部は、導入通路から駆動源収容室に導入される。そのため、駆動源収容室の圧力を高くしつつ、駆動源を冷却することができる。

上記の燃料電池用遠心圧縮機において、前記ハウジングは、前記駆動源収容室の内部のエアーを前記ハウジングの外部へ排出する排出通路を有し、前記排出通路の最小の流路断面積は、前記導入通路の最小の流路断面積より小さいとよい。

これによれば、排出通路を通過するエアーの量は、導入通路から駆動源収容室に流入するエアーの量より少なくなる。したがって、駆動源収容室の圧力を回転補助部の圧力より高くしつつ、駆動源収容室の圧力が過剰に上昇することを抑制できる。

上記の燃料電池用遠心圧縮機において、導入通路の内周面には、エアーを透過可能とし、水分及び異物を透過不能とする換気膜が固定されていてもよい。
これによれば、エアーは導入通路を通過するが、水分及び異物は導入通路を通過しない。そのため、水分及び異物が駆動源収容室に侵入することを抑制することができる。

この発明によれば、駆動源収容室への水分の侵入を抑制できる。

実施形態における燃料電池用遠心圧縮機を示す側断面図。 換気膜を示す拡大断面図。

以下、燃料電池用遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１～図２にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池用遠心圧縮機は、例えば、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムに用いられる。なお、以下の説明では、燃料電池用遠心圧縮機を単に「遠心圧縮機」と省略する。

図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１００と、エアーを圧縮する遠心圧縮機１０と、遠心圧縮機１０で圧縮されたエアーを冷却する熱交換器としてのインタークーラ１０１と、燃料電池１００に供給されるエアーを加湿する加湿器１０２と、燃料電池１００への冷媒の供給及び燃料電池１００からの冷媒の排出が行われる冷媒回路１０４と、を備える。また、燃料電池システム１は、遠心圧縮機１０で圧縮されたエアーを燃料電池１００に供給するカソードガス供給通路Ｌｓｏと、燃料電池１００の排気を排出するカソードガス排出通路Ｌｅｏと、燃料電池１００に供給されるエアーの一部を遠心圧縮機１０に供給する中間通路８４と、を備える。

遠心圧縮機１０は、燃料電池１００に供給される酸化剤ガスとしてのエアーを圧縮する。
カソードガス供給通路Ｌｓｏは、第１カソードガス供給通路Ｌｓｏ１と、第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２と、第３カソードガス供給通路Ｌｓｏ３と、を備える。

第１カソードガス供給通路Ｌｓｏ１は、遠心圧縮機１０とインタークーラ１０１を接続する。遠心圧縮機１０において後述する吐出室１３ｃから吐出されたエアーは、第１カソードガス供給通路Ｌｓｏ１を介してインタークーラ１０１に供給される。インタークーラ１０１は、遠心圧縮機１０によって圧縮されたエアーを冷却する。

第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２は、インタークーラ１０１と加湿器１０２とを接続する。インタークーラ１０１を通過したエアーは、第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２を介して加湿器１０２に供給される。

加湿器１０２は、燃料電池１００へ供給されるエアーを加湿するものであり、かつ、燃料電池１００から排気されるエアーに含まれる水分を吸水する。
第３カソードガス供給通路Ｌｓｏ３は、加湿器１０２と燃料電池１００とを接続する。加湿器１０２を通過したエアーは、第３カソードガス供給通路Ｌｓｏ３を介して燃料電池１００に供給される。

燃料電池１００は、複数の燃料電池セルをスタック化したものであり、図示しない走行用モータに電気的に接続されている。走行用モータは、燃料電池１００により発電された電力を電力源として駆動する。

冷媒回路１０４は、燃料電池１００と、インタークーラ１０１と、ラジエータ１０３と、駆動ポンプ１０５と、により構成されている。駆動ポンプ１０５は、冷媒を圧送して冷媒回路１０４で循環させる。冷媒回路１０４を循環する冷媒が燃料電池１００及びインタークーラ１０１を通過するエアーと熱交換されることで、燃料電池１００及びエアーが冷却される。ラジエータ１０３は、冷媒を外気と熱交換させることによって冷媒を冷却する。冷媒には、例えば、水又は空気が用いられる。

カソードガス排出通路Ｌｅｏは、第１カソードガス排出通路Ｌｅｏ１と、第２カソードガス排出通路Ｌｅｏ２と、第３カソードガス排出通路Ｌｅｏ３と、を備える。
第１カソードガス排出通路Ｌｅｏ１は、燃料電池１００と加湿器１０２とを接続する。燃料電池１００の排気は、第１カソードガス排出通路Ｌｅｏ１を介して加湿器１０２に供給される。加湿器１０２は、燃料電池１００の排気に含まれる水分を吸水する。

第２カソードガス排出通路Ｌｅｏ２は、加湿器１０２と遠心圧縮機１０とを接続する。加湿器１０２を通過した燃料電池１００の排気は、第２カソードガス排出通路Ｌｅｏ２を通じて、後述する遠心圧縮機１０の吸入室１４ｃに供給される。

第３カソードガス排出通路Ｌｅｏ３は、遠心圧縮機１０に接続されている。吸入室１４ｃを通過したエアーは、第３カソードガス排出通路Ｌｅｏ３を介して大気開放口から吐出される。

中間通路８４は、第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２と、遠心圧縮機１０に設けられた後述する導入通路８０と、を接続する。
遠心圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、モータハウジング１２、第１プレート１５、第２プレート１６、及び第３プレート１７を有する。

モータハウジング１２は、板状の底壁１２ａと、底壁１２ａの外周部から筒状に延びる周壁１２ｂと、を有する有底筒状である。
第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂに連結され、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口を閉塞している。モータハウジング１２の内部には、モータ収容室８１が形成されている。モータ収容室８１は、モータハウジング１２の底壁１２ａの内面１２１ａ、周壁１２ｂの内周面１２１ｂ、及び第１プレート１５の端面１５ａにより囲まれることにより形成されている。

第１プレート１５は、第１プレート１５の端面１５ａの中央部からモータ収容室８１の内部に向けて突出する円筒状の第１軸受保持部２０を有している。第１軸受保持部２０には、第１空気軸受２１が保持されている。第１空気軸受２１は円筒状である。第１軸受保持部２０の内側は、第１プレート１５を貫通して端面１５ａ及び端面１５ｂに開口している。

モータハウジング１２は、モータハウジング１２の底壁１２ａの内面１２１ａの中央部からモータ収容室８１の内部に向けて突出する円筒状の第２軸受保持部２２を有している。第２軸受保持部２２には、第２空気軸受２３が保持されている。第２空気軸受２３は円筒状をなしている。第２軸受保持部２２の内側は、モータハウジング１２の底壁１２ａを貫通して底壁１２ａの内面１２１ａ及び外面１２２ａに開口している。第１軸受保持部２０の軸心と第２軸受保持部２２の軸心とは一致している。

第２プレート１６は、第１プレート１５の端面１５ｂに連結されている。第２プレート１６の中央部には、後述する第１回転軸４１が挿通される第１挿通孔１６ａが形成されている。第１挿通孔１６ａの開口形状は、円形である。第１挿通孔１６ａは、第２プレート１６の端面１６ｂの開口と端面１６ｃの開口とを連通するように第２プレート１６を板厚方向に貫通している。第１挿通孔１６ａは、第１軸受保持部２０の内側に連通している。第１挿通孔１６ａの軸心は、第１軸受保持部２０の軸心と一致している。

第３プレート１７は、モータハウジング１２の底壁１２ａの外面１２２ａに連結されている。第３プレート１７の中央部には、後述する第２回転軸４２が挿通される第２挿通孔１７ａが形成されている。第２挿通孔１７ａの開口形状は、円形である。第２挿通孔１７ａは、第３プレート１７の端面１７ｂの開口と端面１７ｃの開口とを連通するように第３プレート１７を板厚方向に貫通している。第２挿通孔１７ａは、第２軸受保持部２２の内側に連通している。第２挿通孔１７ａの軸心は、第２軸受保持部２２の軸心と一致している。

ハウジング１１内には、回転軸４０が収容されている。回転軸４０は、後述するロータ３１の第１端に設けられた第１回転軸４１と、ロータ３１の第２端に設けられた第２回転軸４２と、を有している。第１回転軸４１は、第１挿通孔１６ａに挿通されている。第１回転軸４１には、コンプレッサホイール室１３ｂに収容されるコンプレッサホイール２５が設けられている。コンプレッサホイール２５は、コンプレッサホイール２５の回転軸線方向に延び、且つ第１回転軸４１が挿通可能な第１の取付孔２５ａを有する。コンプレッサホイール２５は、第１回転軸４１が第１の取付孔２５ａに挿通された状態で第１回転軸４１と一体回転可能に第１回転軸４１に取り付けられている。

第２回転軸４２は、第２挿通孔１７ａに挿通されている。第２回転軸４２には、タービンホイール室１４ｂに収容されるタービンホイール２６が設けられている。タービンホイール２６は、タービンホイール２６の回転軸線方向に延び、且つ第２回転軸４２が挿通可能な第２の取付孔２６ａを有している。タービンホイール２６は、第２回転軸４２が第２の取付孔２６ａに挿通された状態で第２回転軸４２と一体回転可能に第２回転軸４２に取り付けられている。タービンホイール２６は、タービンホイール２６の背面２６ｂから第２挿通孔１７ａの内部に向けて突出する筒状の突出部２６ｃを有している。突出部２６ｃの内部には、第２の取付孔２６ａが形成されている。

上記のハウジング１１は、回転軸４０の軸線方向において、回転軸４０の第１端から第２端に向かうにつれて、第２プレート１６、第１プレート１５、モータハウジング１２、第３プレート１７の順に配置されている。

第２プレート１６の第１挿通孔１６ａと第１回転軸４１との間には、第１シール部材２７が設けられている。第１シール部材２７は、例えば、メカニカルシールである。
第２挿通孔１７ａと突出部２６ｃとの間には、シール部材としての第２シール部材６０が設けられている。第２シール部材６０の軸線は、回転軸４０の軸線と一致している。第２シール部材６０は、回転軸４０の軸線方向で切断したときの断面が矩形状をなしている。第２シール部材６０は、回転軸４０の軸線方向において板厚を有する輪状の板部材である。

第２シール部材６０は、回転軸４０の軸線方向から見て、Ｃ字形状をなすＣ字状部材６１と、取付部材６２と、を有している。取付部材６２は、中空円柱状をなしている。取付部材６２の内部には、タービンホイール２６の突出部２６ｃが一体回転可能に嵌合されている。取付部材６２の外周面６２ｂには、回転軸４０の周方向に延びる環状の溝６２ｃが形成されている。溝６２ｃは、溝６２ｃを回転軸４０の軸線方向で切断したときの断面を回転軸４０の径方向から見て矩形状である。

Ｃ字状部材６１は、合口を有するばね輪である。Ｃ字状部材６１は、金属製である。Ｃ字状部材６１は、自身の弾性力により回転軸４０の径方向外側に向けて広がり、第２挿通孔１７ａの内周面に押し付けられている。回転軸４０の径方向において、Ｃ字状部材６１の内周部分は、溝６２ｃに収容されている。Ｃ字状部材６１と溝６２ｃの内面との間には、回転軸４０の軸線に対して蛇行するラビリンス状の経路が形成されている。このように構成された第２シール部材６０は、第２挿通孔１７ａに配置されるとともに第２挿通孔１７ａと回転軸４０との間に配置されている。なお、Ｃ字状ではなく、例えば、Ｏ字状のばね輪でもよい。

遠心圧縮機１０は、駆動源としての電動モータ１９を備えている。電動モータ１９は、モータ収容室８１に収容されている。電動モータ１９は、回転軸４０に固定されたロータ３１、及びハウジング１１に固定される筒状のステータ３２を備えている。

ロータ３１は、筒状のスリーブ３１ａと、柱状の永久磁石３１ｂと、を有している。永久磁石３１ｂは、スリーブ３１ａの内部に圧入されている。スリーブ３１ａの軸線方向の長さは、永久磁石３１ｂの軸線方向の長さよりも長い。永久磁石３１ｂは、スリーブ３１ａの軸線方向においてスリーブ３１ａの中央に配置されている。第１回転軸４１の第２端部は、スリーブ３１ａの第１端の内部に圧入されている。第２回転軸４２の第２端部は、スリーブ３１ａの第２端の内部に圧入されている。永久磁石３１ｂは、第１回転軸４１の第２端部と第２回転軸４２の第２端部とに挟み込まれている。よって、ロータ３１は、回転軸４０に固定されている。

ステータ３２は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂに固定された円筒状のステータコア３３と、ステータコア３３に巻回されたコイル３４と、を有している。

回転軸４０は、図示しないバッテリからコイル３４に電流が流れることによって、ロータ３１と一体的に回転する。したがって、電動モータ１９は、回転軸４０を回転させる。
回転軸４０がロータ３１と一体回転すると、コンプレッサホイール２５及びタービンホイール２６が回転軸４０と一体的に回転する。すると、吸入口１３ａから吸入されたエアーがコンプレッサホイール室１３ｂ内でコンプレッサホイール２５によって圧縮されるとともに第１ディフューザ流路１３ｄを通過して吐出室１３ｃから吐出される。そして、吐出室１３ｃから吐出されたエアーは、カソードガス供給通路Ｌｓｏを介して順に、インタークーラ１０１、加湿器１０２、燃料電池１００に供給される。燃料電池１００に供給されたエアーは、燃料電池１００の発電で使用され、燃料電池１００の排気として吐出される。

燃料電池１００の排気は、カソードガス排出通路Ｌｅｏを介して順に、加湿器１０２を通じて吸入室１４ｃに吸入される。吸入室１４ｃに吸入される燃料電池１００の排気は、第２ディフューザ流路１４ｄを通じてタービンホイール室１４ｂに吐出される。タービンホイール室１４ｂに吐出される燃料電池１００の排気によりタービンホイール２６が回転する。タービンホイール２６は、電動モータ１９の駆動による回転に加え、燃料電池１００の排気により回転する。すなわち、燃料電池１００の排気によるタービンホイール２６の回転により回転軸４０の回転が補助される。タービンホイール室１４ｂに吐出された燃料電池１００の排気は、吐出口１４ａから第３カソードガス排出通路Ｌｅｏ３を介して大気開放口から吐出される。

圧縮部８５は、回転軸４０の一方側に取り付けられ、コンプレッサハウジング１３と、コンプレッサホイール２５と、吸入口１３ａと、コンプレッサホイール室１３ｂと、吐出室１３ｃと、第１ディフューザ流路１３ｄと、により構成されている。圧縮部８５は、回転軸４０と一体回転するコンプレッサホイール２５の回転によってエアーを圧縮する。すなわち、圧縮部８５は、回転軸４０の第１端部に設けられ、回転軸４０の回転によってエアーを圧縮する。

具体的に説明する。コンプレッサハウジング１３は、エアーが吸入される吸入口１３ａを有する筒状である。コンプレッサハウジング１３は、吸入口１３ａの軸心が、第２プレート１６の第１挿通孔１６ａの軸心、及び第１軸受保持部２０の軸心と一致した状態で第２プレート１６の端面１６ｃに連結されている。吸入口１３ａは、コンプレッサハウジング１３における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。開口形状は円形である。コンプレッサハウジング１３と第２プレート１６の端面１６ｃとの間には、吸入口１３ａに連通するコンプレッサホイール室１３ｂと、コンプレッサホイール室１３ｂの周囲で吸入口１３ａの軸心周りに延びる吐出室１３ｃと、コンプレッサホイール室１３ｂと吐出室１３ｃとを連通する第１ディフューザ流路１３ｄと、が形成されている。コンプレッサホイール室１３ｂは、第２プレート１６の第１挿通孔１６ａに連通している。

回転補助部８６は、回転軸４０の他方側に取り付けられ、タービンハウジング１４と、タービンホイール２６と、吐出口１４ａと、タービンホイール室１４ｂと、吸入室１４ｃと、第２ディフューザ流路１４ｄと、により構成されている。また、回転補助部８６は、燃料電池１００の排気がタービンホイール２６に与える回転力により電動モータ１９による回転軸４０の回転を補助する。すなわち、回転補助部８６は、回転軸４０の第２端部に設けられ、電動モータ１９の回転を補助する。

具体的に説明する。タービンハウジング１４は、吐出口１４ａを有する筒状である。タービンハウジング１４は、吐出口１４ａの軸心が、第３プレート１７の第２挿通孔１７ａの軸心、及び第２軸受保持部２２の軸心と一致した状態で第３プレート１７の端面１７ｃに連結されている。吐出口１４ａは、タービンハウジング１４における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。開口形状は円形である。タービンハウジング１４と第３プレート１７の端面１７ｃとの間には、吐出口１４ａに連通するタービンホイール室１４ｂと、タービンホイール室１４ｂの周囲で吐出口１４ａの軸心周りに延びる吸入室１４ｃと、タービンホイール室１４ｂと吸入室１４ｃとを連通する第２ディフューザ流路１４ｄと、が形成されている。タービンホイール室１４ｂは、第２挿通孔１７ａに連通している。

ハウジング１１は、圧力導入室７０を有している。圧力導入室７０は、第２挿通孔１７ａの内周面と、第２空気軸受２３の軸線方向の両端面のうち第３プレート１７と向き合う軸受端面２３ａと、取付部材６２の軸線方向の両端面のうち第２空気軸受２３と向き合う端面６２ａと、Ｃ字状部材６１の軸線方向の両端面のうち第２空気軸受２３と向き合う端面６１ａと、取付部材６２の外周面６２ｂのうち溝６２ｃよりモータ収容室８１寄りの領域と、により形成されている。圧力導入室７０は、図示しない第２空気軸受２３の隙間を介してモータ収容室８１と連通している。

本実施形態では、電動モータ１９を収容しているモータ収容室８１と、圧力導入室７０とは、駆動源収容室７９を構成している。また、第３プレート１７は、回転軸４０が挿通される第２挿通孔１７ａを有するとともに駆動源収容室７９と回転補助部８６とを区画する区画板である。

駆動源収容室７９は、第２シール部材６０、特にＣ字状部材６１と溝６２ｃによって形成されるラビリンス状の経路によって、タービンホイール室１４ｂと気密にシールされている。

ハウジング１１は、導入通路８０を有している。導入通路８０は第３プレート１７に形成されている。導入通路８０の第１端は、第２挿通孔１７ａの内周面に開口している。導入通路８０の第２端は、外面１７ｄに開口している。導入通路８０は、圧力導入室７０の壁面を構成する第２挿通孔１７ａの内周面の開口と第３プレート１７の外面１７ｄの開口とを連通している。すなわち、導入通路８０は、電動モータ１９と第２シール部材６０との間に開口している。導入通路８０の開口形状は円形である。導入通路８０の中心軸線は回転軸４０の径方向に延びる。導入通路８０の直径は一律である。

導入通路８０の第２端には、中間通路８４を介して第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２が接続されている。このため、導入通路８０には、燃料電池１００に供給されるエアーの一部が供給される。導入通路８０に導入されたエアーの一部は、圧力導入室７０及びモータ収容室８１に導入される。

ハウジング１１は排出通路８３を有している。排出通路８３はモータハウジング１２における第１プレート寄りに形成されている。排出通路８３の第１端は、内周面１２１ｂの第１プレート１５側に開口している。排出通路８３は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂの開口とモータハウジング１２の外周面１２ｄの開口とを連通している。すなわち、排出通路８３の第１端は、導入通路８０の第１端と回転軸４０の軸線方向において離間した位置に位置している。排出通路８３の第２端は、外周面１２ｄに開口し、大気開放されている。排出通路８３の開口形状は円形である。排出通路８３の中心軸線は回転軸４０の径方向に延びる。排出通路８３の直径は一律である。

排出通路８３の直径は、導入通路８０の直径より小さい。すなわち、排出通路８３の最小の流路断面積は、導入通路８０の最小の流路断面積より小さくなるように設定されている。

図１及び図２に示すように、換気膜９０は、導入通路８０の内部に設けられている。換気膜９０の端部は、導入通路８０の内周面８０ａに接着によって固定されている。図２に示すように、換気膜９０は、袋状である。具体的には、換気膜９０は、導入通路８０の第２端から第１端に向かうに従い、第１端に向けて膨らむ袋状である。換気膜９０は、エアーを透過可能とし、水分や異物を透過不能とする膜により形成されている。膜は、例えば、ベントである。

本実施形態の作用を説明する。
遠心圧縮機１０の圧縮部８５で圧縮されたエアーは、第１カソードガス供給通路Ｌｓｏ１を通じてインタークーラ１０１に供給される。インタークーラ１０１は、圧縮部８５からインタークーラ１０１に供給されるエアーを冷却する。インタークーラ１０１によって冷却されたエアーの一部は、中間通路８４及び導入通路８０を順に通じて、駆動源収容室７９を構成する圧力導入室７０に導入される。一方、水分や異物は換気膜９０によって透過されず、圧力導入室７０に導入されない。圧力導入室７０に導入されたエアーは、モータ収容室８１に導入される。

排出通路８３からは駆動源収容室７９のエアーがハウジング１１の外部へ排出される。導入通路８０の最小の流路断面積と排出通路８３の最小の流路断面積との差に基づき、駆動源収容室７９が加圧されるとともに、駆動源収容室７９の圧力が回転補助部８６の圧力より高められる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）駆動源収容室７９の圧力が回転補助部８６の圧力より高くなることで、燃料電池１００の排気がタービンホイール室１４ｂに供給されても、排気がタービンホイール室１４ｂから駆動源収容室７９に侵入することが抑制される。したがって、駆動源収容室７９に水分が入ることを抑制できる。これにより、モータ収容室８１に侵入した水分が電動モータ１９に付着することによる電動モータ１９の回転効率の低下を抑制できる。

（２）第２シール部材６０とモータ収容室８１との間に設けられた圧力導入室７０に導入通路８０の第１端を連通させることで、モータ収容室８１の圧力が定常状態に達するよりも短時間で、圧力導入室７０の圧力が回転補助部８６の圧力より高くなる。すなわち、モータ収容室８１の圧力が定常状態に達するよりも前に、圧力導入室７０の圧力と回転補助部８６の圧力との圧力差により燃料電池１００の水分を含んだ排気が駆動源収容室７９を構成する圧力導入室７０に侵入し難くなる。したがって、圧力導入室７０と連通しているモータ収容室８１に水分が入ることをより好適に抑制することができる。

（３）導入通路８０の最小の流路断面積が排出通路８３の最小の流路断面積より小さいことにより、駆動源収容室７９の圧力を回転補助部８６より高くしつつ、駆動源収容室７９の圧力が過剰に上昇することを抑制できる。

（４）排出通路８３の第１端が、導入通路８０の第１端と回転軸４０の軸線方向に離間した位置に設けられることにより、モータ収容室８１をより一様な圧力で加圧できる。すなわち、排出通路８３の第１端が導入通路８０の第１端と回転軸４０の軸線方向に近接した位置に設けられる場合に比べて、圧力導入室７０の圧力を迅速に高くすることができる。

（５）排出通路８３の第１端が、導入通路８０の第１端と回転軸４０の軸線方向に離間した位置に設けられることにより、モータ収容室８１の加圧に際し、カソードガス供給通路Ｌｓｏからモータ収容室８１に導入されるエアーの量を低減することができる。すなわち、カソードガス供給通路Ｌｓｏから燃料電池１００へのエアーの供給量の低下を抑制しつつ、モータ収容室８１に水分が入ることを抑制できる。

（６）中間通路８４を介して導入通路８０と第２カソードガス供給通路Ｌｓｏ２とを接続することで、インタークーラ１０１により冷却されたエアーが、導入通路８０及び圧力導入室７０を介してモータ収容室８１に導入される。このため、駆動源収容室７９を加圧する際にモータ収容室８１内の電動モータ１９の冷却効率が低下することを抑制できる。

（７）導入通路８０に設けられた換気膜９０が、エアーを透過可能とし、水分や異物を透過不能とする膜であることにより、水分及び異物が導入通路８０から圧力導入室７０及びモータ収容室８１に侵入することを抑制できる。

（８）換気膜９０の形状を袋状にすることで、換気膜９０と導入通路８０とを通過するエアーとの接触面積が大きくなる。これにより、換気膜９０は、より好適に水分と異物との透過を抑制することができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 換気膜９０の形状は、袋状に限らない。例えば、平板状でも構わない。

○ 導入通路８０の中心軸線又は排出通路８３の中心軸線が湾曲するようにハウジング１１内に導入通路８０を形成していてもよい。同様に、導入通路８０の中心軸線又は排出通路８３の中心軸線が屈曲するようにハウジング１１内に導入通路８０を形成してもよい。

○ 導入通路８０の開口形状又は排出通路８３の開口形状は、円形でなくともよい。例えば、多角形でもよい。
○ 排出通路８３の最小の流路断面積が導入通路８０の最小の流路断面積より小さければ、排出通路８３及び導入通路８０の流路断面積は一定でなくともよい。例えば、導入通路８０及び排出通路８３は、回転軸４０に近づくにつれて、流路断面積が小さくなる円錐台形でもよい。

○ 導入通路８０の第１端は、排出通路８３の第１端から回転軸４０の軸線方向に離間していなくともよい。例えば、導入通路８０の第１端は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂに設けられていてもよい。

○ 排出通路８３には圧力調整弁を設けてもよい。これによれば、圧力調整弁によって排出通路８３から排出されるエアーの量を調整でき、駆動源収容室７９の圧力調整が容易となる。したがって、より好適にモータ収容室８１を加圧することができる。圧力調整弁は、例えば、電磁弁のような開閉弁、またはバタフライ弁のような連続制御弁である。

○ 導入通路８０の数及び排出通路８３の数は、適宜変更してもよい。具体的には、各排出通路８３の流路断面積の総和の最小値が各導入通路８０の流路断面積の総和の最小値より小さくなるように設けられていればよい。この場合、中間通路８４の第１端を複数設け、各中間通路８４の第１端を各導入通路８０の第２端にそれぞれ接続すればよい。

○ 中間通路８４の第２端は、第１カソードガス供給通路Ｌｓｏ１又は第３カソードガス供給通路Ｌｓｏ３に設けられていてもよい。
○ 排出通路８３は、割愛してもよい。

○ 導入通路８０を設ける位置は適宜変更してもよい。具体的には、導入通路８０は、ハウジング１１のうち、第１シール部材２７によってコンプレッサホイール室１３ｂと気密にされ、かつ、第２シール部材６０によってタービンホイール室１４ｂと気密にされている領域に設けられていればよい。例えば、導入通路８０の第１端がモータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面１２１ｂに連通してモータ収容室８１に開口するように導入通路８０を設けてもよい。この場合、圧力導入室７０を割愛してもよい。

○ 回転軸４０は、１本で構成されていてもよい。この場合、回転軸４０の外周面に筒状の永久磁石を設けることによりロータ３１を形成するとよい。
○ 第２シール部材６０の構成は変更してもよい。例えば、第２シール部材６０ではなく、タービンホイール２６から突出部２６ｃを割愛し、第２回転軸４２と第２挿通孔１７ａとの間をシールリングによって気密にシールしてもよい。

○ 熱交換器は、インタークーラ１０１のような空冷式又は水冷式のものに限らない。例えば、ペルチェ素子などの固体の熱交換器を用いてもよい。

１０…燃料電池用遠心圧縮機、１１…ハウジング、１７…第３プレート、１７ａ…第２挿通孔、１９…電動モータ、４０…回転軸、６０…第２シール部材、７９…駆動源収容室、８０…導入通路、８３…排出通路、８５…圧縮部、８６…回転補助部、９０…換気膜、１０１…インタークーラ

Claims (4)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転させる駆動源と、
   前記回転軸の一方側に設けられ、前記回転軸の回転によってエアーを圧縮する圧縮部と、
   前記回転軸の他方側に設けられ、前記駆動源の回転を補助する回転補助部と、
   前記駆動源を収容する駆動源収容室を備えるハウジングと、を備え、
   前記ハウジングは、前記回転軸が挿通される挿通孔を有するとともに前記駆動源収容室と前記回転補助部とを区画する区画板を有し、
   前記挿通孔と前記回転軸との間にはシール部材が配置される、燃料電池用遠心圧縮機であって、
   前記ハウジングには、
   前記圧縮部にて圧縮されたエアーの一部を前記駆動源収容室に導入することで、前記駆動源収容室の圧力を前記回転補助部の圧力より高くする導入通路が設けられ、
   前記導入通路は、前記駆動源と前記シール部材との間に開口していることを特徴とする燃料電池用遠心圧縮機。
2. 前記導入通路には、前記圧縮部にて圧縮された後に、熱交換器で冷却されたエアーが供給されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用遠心圧縮機。
3. 前記ハウジングは、前記駆動源収容室の内部のエアーを前記ハウジングの外部へ排出する排出通路を有し、
   前記排出通路の最小の流路断面積は、前記導入通路の最小の流路断面積より小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用遠心圧縮機。
4. 前記導入通路の内周面には、エアーを透過可能とし、水分及び異物を透過不能とする換気膜が固定されている請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池用遠心圧縮機。

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