JP7331766B2 - 燃料電池用エアーポンプ - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに適用される燃料電池用エアーポンプに関する。

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圧縮機を備えるエアー供給システムと、水素を燃料電池に供給する水素供給システムとを備えている。
このような燃料電池システムとして、特許文献１に記載される燃料電池システムが知られている。

モータハウジング（３５）は、貯水室（５０）を有している。貯水室（５０）は、第２インペラ収容室（２５）に収容される第２インペラ（２１）とモータ（３０）との間に位置するモータハウジング（３５）の壁部（３７）の中に設けられている。貯水室（５０）は、回転軸（３１）を囲み回転軸（３１）側に開口している。第２インペラ（２１）の背面からモータ収容室に向けて燃料電池スタック（３１０）から排出された水分を含んだ排気が流れると、貯水室（５０）に水分が貯留される。このため、モータ収容室に水分が入ることを抑制できる。

特開２０２０－１３７４６号公報

ところで、第２インペラ収容室（２５）に燃料電池スタック（３１０）の排気が流れることにより、第２インペラ（２１）の背面の圧力がモータ収容室の圧力よりも大きくなる。そのため、第２インペラ収容室（２５）に流れる排気は、貯水室（５０）を超えてモータ収容室に向けて噴き出し、モータ収容室に水分が入る虞がある。

本発明の目的は、モータ収容室に水分が入ることをより抑制できる燃料電池用エアーポンプを提供することにある。

上記課題を解決する圧縮機は、回転軸と、前記回転軸を回転させる電動モータと、前記回転軸の回転によってエアーを圧縮する圧縮部と、前記電動モータの回転を補助する回転補助部と、前記電動モータを収容するモータ収容室を備えるハウジングと、を備え、前記圧縮部は、エアーを前記回転軸の軸線方向に吸入する第１の吸入口と、前記回転軸の第１の端部に設けられる第１の羽根車と、圧縮したエアーを燃料電池に送る第１の吐出口と、を有し、前記回転補助部は、燃料電池からの排気を吸入する第２の吸入口と、前記回転軸の第２の端部に設けられる第２の羽根車と、前記第２の羽根車に送られた前記排気を前記回転軸の軸線方向に吐出する第２の吐出口と、を有し、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モータ収容室と前記回転補助部とを区画する区画板を有する、燃料電池用エアーポンプであって、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、前記ハウジング内における前記シール部材と前記モータ収容室との間には、前記第２の羽根車の背面から前記シール部材を介して侵入する前記排気に含まれる水分を吸水する吸水部材が設けられている。

これによれば、第２の羽根車の背面からシール部材を介して燃料電池の排気がモータ収容室側へ噴き出したとしても、吸水部材が燃料電池の排気に干渉する。そのため、吸水部材により燃料電池の排気に含まれる水分が吸収されるため、燃料電池の排気に含まれる水分がモータ収容室に到達し難くなる。したがって、モータ収容室に水分が入ることをより抑制できる。

上記の燃料電池用エアーポンプにおいて、前記シール部材は、合口を有するＣ字状部材と、前記回転軸の周方向に延び、前記Ｃ字状部材が収容される溝を有するとともに前記挿通孔に配置され、前記回転軸と共に回転するベース部材と、を有し、前記吸水部材は、前記回転軸の軸線方向において、前記合口の少なくとも一部に重なる位置に設けられているとよい。

これによれば、シール部材の装着作業性のため、シール部材はＣ字状部材及びベース部材を有している。Ｃ字状部材が合口を有していることにより、第２の羽根車の背面からシール部材を介してモータ収容室側に向けて燃料電池の排気が噴き出し易くなる。しかし、合口を介してモータ収容室側に向けて噴き出した燃料電池の排気は、吸水部材により干渉される。よって、シール部材の装着作業性を向上させつつモータ収容室に水分が入ることをより抑制できる。

上記の燃料電池用エアーポンプにおいて、前記吸水部材は、リング形状であり、前記ベース部材は、円柱状であり、前記吸水部材は、前記吸水部材の軸線が前記ベース部材の軸線と一致するように配置され、前記吸水部材の外径は、前記ベース部材の直径よりも大きく、且つ、前記吸水部材の内径は、前記ベース部材の直径よりも小さく、且つ、前記回転軸の直径よりも大きいとよい。

これによれば、回転軸の外側において、リング状の上部で吸った水分をリング状の下部にかけて広範囲に拡散させることができ、吸水ポイントでの水分の飽和を抑制できる。よって、回転軸に水分が付着することを抑制でき、水分が回転軸を介してモータ収容室内に侵入することを抑制できる。

上記の燃料電池用エアーポンプにおいて、前記吸水部材は、フェルトにより形成されているとよい。
これによれば、好適に水分を吸水できる。

上記の燃料電池用エアーポンプにおいて、前記ハウジングは、前記吸水部材が収容される収容部と、前記収容部と前記ハウジングの外部とを連通して水分を前記ハウジングの外部へ排出する水抜通路と、を有しているよい。

これによれば、水抜通路により、吸水部材に捕捉された水分をハウジングの外部に排出させることができる。
上記の燃料電池用エアーポンプにおいて、前記収容部は、前記シール部材と前記吸水部材との間で水分を貯留する貯留部を有し、前記水抜通路は、前記貯留部と前記ハウジングの外部とを連通しているとよい。

これによれば、吸水部材に干渉された燃料電池の排気に含まれる水分は、吸水部材に沿って貯留部に流れる。よって、水抜通路により貯留部に流れた水分をハウジングの外部に排出することができる。

この発明によれば、モータ収容室に水分が入ることをより抑制できる。

実施形態における遠心圧縮機を示す側断面図。 実施形態のタービンホイール室側を拡大した側断面図。 図１の３－３線で切断した断面図。 変更例のタービンホイール室側を拡大した側断面図。

以下、燃料電池用エアーポンプを遠心圧縮機に具体化した一実施形態を図１～図３にしたがって説明する。本実施形態のエアー供給システム１は、燃料電池１００と、エアーを圧縮する遠心圧縮機１０とを備えている。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ものであり、燃料電池車両に搭載されている。

図１に示すように、遠心圧縮機１０で圧縮されたエアーは燃料電池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る。燃料電池セルとは、例えば、固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、アノード極と、カソード極と、電解質膜とを有している。燃料電池１００は、アノード極に供給される燃料ガスとしての水素と、カソード極に供給される酸化剤ガスとしての酸素を含むエアーとの電気化学反応により発電を行う。燃料電池１００は、アノード極に水素が供給され、カソード極に酸素を含むエアーが供給されると、アノード極での触媒反応により発生した水素イオンが電解質膜を通過してカソード極まで移動し、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電する。なお、燃料電池１００では、発電時に水が生成される。

燃料電池１００は、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。走行用モータの動力は、燃料電池車両に搭載される動力伝達機構を介して車軸に伝達され、燃料電池車両は、アクセルペダルのアクセル開度に応じた車速で走行する。

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、コンプレッサハウジング１３、タービンハウジング１４、第１プレート１５、第２プレート１６、及び第３プレート１７を有する筒状である。

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。モータハウジング１２は、底壁１２ａ及び周壁１２ｂと一体的に形成される筒部１２ｃを有している。筒部１２ｃは、底壁１２ａの内面１２１ａから突出するとともに周壁１２ｂの内周面１２１ｂから突出している。周壁１２ｂの内周面１２１ｂと、筒部１２ｃの内周面１２１ｃとは、筒部１２ｃの底壁１２ａとは反対側に位置する端面１２１ｄとにより連続している。周壁１２ｂの内周面１２１ｂの直径は、筒部１２ｃの内周面１２１ｃの直径よりも大きい。そのため、筒部１２ｃの端面１２１ｄは、モータハウジング１２の内部において段差面をなしている。

第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口側の端部に連結され、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口を閉塞している。そして、モータハウジング１２の内部には、モータ収容室８１及びレゾルバ収容室８２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の筒部１２ｃの端面１２１ｄ、周壁１２ｂの内周面１２１ｂ、及び第１プレート１５におけるモータハウジング１２側の端面１５ａにより囲まれることにより形成されている。レゾルバ収容室８２は、モータハウジング１２の筒部１２ｃの内周面１２１ｃと底壁１２ａの内面１２１ａとにより囲まれることにより形成されている。モータ収容室８１とレゾルバ収容室８２とは、互いに連通している。

モータハウジング１２の周壁１２ｂには、冷却水が流れる冷却水ジャケット１２ｄが形成されている。冷却水ジャケット１２ｄは、周壁１２ｂの周方向の全周に亘って延びている。冷却水ジャケット１２ｄ内を流れる冷却水は、後述する電動モータ１９を冷却する。

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を貫通して第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面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の中央部からレゾルバ収容室８２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が挿通される挿通孔１６ａが形成されている。挿通孔１６ａは、円形孔である。挿通孔１６ａは、第２プレート１６の第１プレート１５側の端面１６ｂと、第２プレート１６における第１プレート１５とは反対側の端面１６ｃ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。挿通孔１６ａは、第１軸受保持部２０の内側に連通している。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が挿通される挿通孔１７ａが形成されている。挿通孔１７ａは、第３プレート１７のモータハウジング１２側の端面１７ｂと、第３プレート１７におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１７ｃ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。挿通孔１７ａは、第２軸受保持部２２の内側に連通している。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。

挿通孔１７ａは、第１挿通孔１７１と、第２挿通孔１７２とを有している。第１挿通孔１７１及び第２挿通孔１７２それぞれは、円形孔である。第２挿通孔１７２は、第１挿通孔１７１よりもモータハウジング１２寄りに配置されている。第１挿通孔１７１の一端は、第３プレート１７の端面１７ｃに開口している。第１挿通孔１７１の他端は、第２挿通孔１７２の一端に連通している。第２挿通孔１７２の他端は、第３プレート１７の端面１７ｂに開口している。第２挿通孔１７２の直径は、第１挿通孔１７１の直径よりも大きい。すなわち、第３プレート１７は、第１挿通孔１７１の内周面１７１ａと第２挿通孔１７２の内周面１７２ａとを接続する段差面１７３を有している。

コンプレッサハウジング１３は、エアーが吸入される円孔状の吸入口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。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の挿通孔１６ａに連通している。

タービンハウジング１４は、エアーが排出される円孔状の吐出口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。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、挿通孔１７ａに連通している。

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、第１回転軸４１と、第２回転軸４２とを有している。第１回転軸４１の一端は、挿通孔１６ａに挿通されている。第１回転軸４１の一端には、コンプレッサホイール室１３ｂに収容される第１の羽根車としての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の一端が挿通可能な挿通孔２５ａを有している。コンプレッサホイール２５は、第１回転軸４１の一端が挿通孔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の一端は、挿通孔１７ａに挿通されている。第２回転軸４２の一端には、タービンホイール室１４ｂに収容される第２の羽根車としてのタービンホイール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の一端が挿通可能な挿通孔２６ａを有している。タービンホイール２６は、第２回転軸４２の一端が挿通孔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。

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の端部である第１回転軸４１の一端から回転軸４０の第２の端部である第２回転軸４２の一端に向かうにつれて、コンプレッサホイール室１３ｂ、挿通孔１６ａ、モータ収容室８１、レゾルバ収容室８２、第２挿通孔１７２、第１挿通孔１７１、及びタービンホイール室１４ｂの順に配置されている。

第１回転軸４１は、第１回転軸本体４１ａと、第１回転軸本体４１ａの外周面における一端側の部位に設けられるとともに第１空気軸受２１の内側に配置される第１支持部４１ｂとを有している。第１支持部４１ｂは、第１回転軸本体４１ａに一体的に形成されるとともに第１回転軸本体４１ａの外周面から突出している。

第２回転軸４２は、第２回転軸本体４２ａと、第２回転軸本体４２ａの外周面における一端側の部位に設けられるとともに第２空気軸受２３の内側に配置される第２支持部４２ｂとを有している。第２回転軸本体４２ａは、モータ収容室８１とレゾルバ収容室８２との境界部分を基準としてモータ収容室８１側に位置する大径回転軸本体４２１ａと、レゾルバ収容室８２側に位置する小径回転軸本体４２１ｂとを有している。大径回転軸本体４２１ａの直径ＤＬは、小径回転軸本体４２１ｂの直径ＤＳよりも大きい。そのため、第２回転軸本体４２ａは、大径回転軸本体４２１ａと小径回転軸本体４２１ｂとの境界部分に段差面４２ｃを有している。

第２支持部４２ｂは、第２回転軸本体４２ａとは別体であるとともに小径回転軸本体４２１ｂの外周面に圧入されることにより取り付けられている。
第２プレート１６の挿通孔１６ａと第１回転軸４１との間には、コンプレッサホイール室１３ｂからモータ収容室８１に向かうエアーの洩れを抑制するシール部材２７が設けられている。シール部材２７は、例えば、メカニカルシールである。

遠心圧縮機１０は、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の他端は、スリーブ３１ａの一端の内部に圧入されている。第２回転軸４２の他端は、スリーブ３１ａの他端の内部に圧入されている。永久磁石３１ｂは、第１回転軸４１の他端と第２回転軸４２の他端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。

遠心圧縮機１０は、ロータ３１の回転角を検出するレゾルバ５０を備えている。レゾルバ５０は、レゾルバ収容室８２に収容されている。レゾルバ５０は、第２回転軸４２に固定された筒状のレゾルバロータ５１、及びハウジング１１に固定される筒状のレゾルバステータ５２と、を備えている。

レゾルバロータ５１は、第２回転軸４２の段差面４２ｃに当接している。レゾルバロータ５１が段差面４２ｃに当接している状態において、レゾルバロータ５１の段差面４２ｃとは反対側には、固定部材５１ａが設けられている。固定部材５１ａには、小径回転軸本体４２１ｂが挿通されている。固定部材５１ａは、第２回転軸４２と一体回転できるように小径回転軸本体４２１ｂに固定されている。固定部材５１ａは、例えばナットである。固定部材５１ａによりレゾルバロータ５１が段差面４２ｃに押し付けられることによりレゾルバロータ５１は、第２回転軸４２に固定される。そのため、レゾルバロータ５１は、回転軸４０と一体回転する。

レゾルバステータ５２は、モータハウジング１２の筒部１２ｃの内周面１２１ｃに固定された円筒状のレゾルバステータコア５３と、レゾルバステータコア５３に巻回されたコイル５４と、を有している。レゾルバステータ５２のコイル５４からはレゾルバ配線５５が引き出されている。レゾルバ配線５５は、図示しない制御装置に電気的に接続されている。そして、レゾルバロータ５１の回転によりレゾルバロータ５１の回転を検出した２相出力からなるレゾルバ信号がコイル５４からレゾルバ配線５５を介して制御装置に送られる。なお、制御装置は、レゾルバ５０から出力されるレゾルバ信号に基づいて、電動モータ１９の回転数が目標回転数となるための目標電流値を演算する。目標回転数とは、燃料電池車両のアクセルペダルの操作態様に基づいて燃料電池１００に要求される要求発電量から決定され、燃料電池システムから制御装置に送信される指令回転数である。そして、制御装置は、電動モータ１９の回転数を目標回転数となるように電動モータ１９の駆動を制御する。

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を介して燃料電池１００に供給される。燃料電池１００に供給された圧縮されたエアーは、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。なお、吸入口１３ａは、エアーを回転軸４０の軸線方向に吸入する第１の吸入口である。また、吐出室１３ｃは、圧縮したエアーを燃料電池１００に送る第１の吐出口である。

燃料電池１００の排気は、第１カソードガス排出通路Ｌｅｏ１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。なお、吸入室１４ｃは、燃料電池１００からの排気を吸入する第２の吸入口である。

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２カソードガス排出通路Ｌｅｏ２を介して大気開放口から吐出される。第１カソードガス排出通路Ｌｅｏ１及び第２カソードガス排出通路Ｌｅｏ２により、燃料電池１００の排気を大気開放するためのカソードガス排出通路Ｌｅｏが形成されている。なお、吐出口１４ａは、タービンホイール２６に送られた排気を回転軸４０の軸線方向に吐出する第２の吐出口である。

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とにより圧縮部が構成されている。圧縮部は、コンプレッサホイール２５を有し、コンプレッサホイール２５の回転によりエアーを圧縮するとともに圧縮したエアーを燃料電池１００に供給する。すなわち、回転軸４０の回転によってエアーを圧縮している。

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とにより回転補助部が構成されている。回転補助部は、タービンホイール２６を有し、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の回転を補助する。すなわち、回転補助部は、電動モータ１９の回転を補助している。なお、第３プレート１７は、回転軸４０が挿通される挿通孔１７ａを有するとともにモータ収容室８１と回転補助部とを区画する区画板である。

タービンホイール室１４ｂに燃料電池１００の排気が流れることにより、タービンホイール室１４ｂの圧力がモータ収容室８１の圧力よりも大きくなる。すなわち、タービンホイール２６における第３プレート１７側の背面２６ｂの圧力である背圧がモータ収容室８１の圧力よりも大きくなる。また、燃料電池１００の排気には、水分が含まれる。そのため、水分を含んだ排気が、タービンホイール室１４ｂからモータ収容室８１に向けて噴き出す虞がある。

本実施形態の遠心圧縮機１０では、タービンホイール室１４ｂからモータ収容室８１に水分を含んだ排気が到達し難い構成が採用されており、以下詳細に説明する。
図２に示すように、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１挿通孔１７１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、挿通孔２６ａが形成されている。

遠心圧縮機１０は、輪状のシール部材６０備えている。シール部材６０の軸線は、回転軸４０の軸線と一致している。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。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。

図３に示すように、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、ベース部材としての取付部材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。そのため、取付部材６２は、回転軸４０と一体回転する。突出部２６ｃの軸線と取付部材６２の軸線とは一致している。突出部２６ｃ及び取付部材６２は、第１挿通孔１７１の内周面に当接しないように第１挿通孔１７１に挿通されている。取付部材６２の回転軸４０の径方向に位置する外面６２ａは、回転軸４０の軸線方向から見たとき円形をなしている。取付部材６２の外面６２ａは、第１挿通孔１７１の内周面に対向している。すなわち、取付部材６２の外面６２ａは、第１挿通孔１７１の内周面に倣う形状を有している。取付部材６２の外面６２ａには、回転軸４０の周方向に延びる環状の溝６２ｂが形成されている。溝６２ｂは、溝６２ｂ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溝をなしている。

Ｃ字状部材６１は、合口６１ａ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１挿通孔１７１の内周面１７１ａに押し付けられている。Ｃ字状部材６１の合口６１ａは、第１挿通孔１７１の内周面１７１ａと取付部材６２の外面６２ａとの間に形成される隙間と連通している。図２に示すように、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６２ｂに収容されている。すなわち、Ｃ字状部材６１と溝６２ｂ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６２ｃが形成されている。このように構成されたシール部材６０は、挿通孔１７ａに配置されるとともに挿通孔１７ａと回転軸４０との間に配置されている。

遠心圧縮機１０は、リング形状の吸水部材７０を備えている。吸水部材７０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。回転軸４０の径方向において、吸水部材７０は、回転軸４０の周方向に延びる環状の外面７１及び環状の内面７２を有している。

回転軸４０の軸線方向において、吸水部材７０は、モータハウジング１２寄りの第１端面７３と、モータハウジング１２とは反対側に位置する第２端面７４とを有している。第１端面７３及び第２端面７４は、回転軸４０の軸線方向に直交しつつ回転軸４０の周方向に環状に延びる面である。外面７１と内面７２とは、第１端面７３及び第２端面７４により連続している。吸水部材７０は、回転軸４０の軸線方向において板厚を有する環状の板部材である。

吸水部材７０は、フェルトにより形成されている。フェルトの他にも、発泡金属により形成されたものや、給水量に応じた厚みを有する吸水紙で形成されたものでもよい。吸水部材７０の軸線は、回転軸４０の軸線と一致している。すなわち、吸水部材７０は、吸水部材７０の軸線と取付部材６２の軸線とが一致するように配置されている。

吸水部材７０の外面７１は、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａに当接している。吸水部材７０の第２端面７４は、第３プレート１７の段差面１７３に当接している。吸水部材７０は、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａ及び段差面１７３に対して接着剤等により取り付けられている。第２挿通孔１７２の内周面１７２ａ及び段差面１７３は、吸水部材７０が収容される環状の収容部として機能している。吸水部材７０は、当該収容部に接着剤等により固定されている。なお、吸水部材７０は、回転軸４０の軸線方向において、ハウジング１１内におけるシール部材６０とモータ収容室８１との間に設けられている。

吸水部材７０の内面７２の内径Ｄ１は、取付部材６２の外面６２ａの直径Ｄ２よりも小さく、且つ回転軸４０の小径回転軸本体４２１ｂの直径ＤＳよりも大きい。吸水部材７０の外面７１の外径Ｄ３は、取付部材６２の外面６２ａの直径Ｄ２よりも大きい。すなわち、第１挿通孔１７１の内周面１７１ａと取付部材６２の外面６２ａとの間に形成される隙間は、回転軸４０の軸線方向において、吸水部材７０の第２端面７４に対向している。また、図２及び図３に示すように、吸水部材７０は、回転軸４０の軸線方向において、Ｃ字状部材６１の合口６１ａの一部に重なる位置に配置されている。すなわち、吸水部材７０は、タービンホイール２６の背面２６ｂからシール部材６０を介して侵入する排気に含まれる水分を吸水する。

図１及び図２に示すように、ハウジング１１は、水抜通路８０を有している。水抜通路８０は、第３プレート１７に形成されている。水抜通路８０は、回転軸４０の径方向において延びている。水抜通路８０の一端は、第３プレート１７の第２挿通孔１７２の内周面１７２ａに連通している。水抜通路８０の一端は、回転軸４０の径方向において、吸水部材７０の外面７１に対向している。水抜通路８０の他端は、回転軸４０に径方向における第３プレート１７の外面１７ｄと連通している。すなわち、水抜通路８０は、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａ及び段差面１７３に形成される収容部とハウジング１１の外部とを連通して水分をハウジング１１の外部へ排出する。

本実施形態の作用を説明する。
タービンホイール２６の背面２６ｂからシール部材６０を介して燃料電池１００の排気がモータ収容室８１側へ噴き出したとしても、吸水部材７０が燃料電池１００の排気に干渉する。そのため、吸水部材７０により燃料電池１００の排気に含まれる水分が吸収されるため、燃料電池１００の排気に含まれる水分がモータ収容室８１に到達し難くなる。

燃料電池の排気が吸水部材７０に干渉されたとき、排気に含まれる水分が吸水部材７０に捕捉され、吸水部材７０に捕捉された水分は、水抜通路８０を介してハウジング１１の外部に排出される。

本実施形態の効果を説明する。
（１）吸水部材７０により燃料電池１００の排気に含まれる水分が吸収されるため、燃料電池１００の排気に含まれる水分がモータ収容室８１に到達し難くなる。したがって、水分を含んだ排気がモータ収容室８１に到達し難くなるため、モータ収容室８１に水分が入ることをより抑制できる。

（２）シール部材６０の装着作業性のため、シール部材６０はＣ字状部材６１及び取付部材６２を有している。Ｃ字状部材６１が合口６１ａを有していることにより、タービンホイール２６の背面２６ｂからシール部材６０を介してモータ収容室８１側に向けて燃料電池１００の排気が噴き出し易くなる。しかし、合口６１ａを介してモータ収容室８１側に向けて噴き出した燃料電池１００の排気は、吸水部材７０により干渉される。よって、シール部材６０の装着作業性を向上させつつモータ収容室８１に水分が入ることをより抑制できる。

（３）吸水部材７０がフェルトにより形成されているため、好適に水分を吸水できる。
（４）水抜通路８０により、吸水部材７０に捕捉された水分をハウジング１１の外部に排出させることができる。

（５）吸水部材７０がリング状をなし、吸水部材７０の外径Ｄ３が取付部材６２の直径Ｄ２よりも大きく、吸水部材７０の内径Ｄ１は、取付部材６２の直径Ｄ２よりも小さく、且つ回転軸４０の小径回転軸本体４２１ｂの直径ＤＳよりも大きい。そのため、回転軸４０の外側において、リング状の上部で吸った水分をリング状の下部にかけて広範囲に拡散させることができ、吸水ポイントでの水分の飽和を抑制できる。よって、回転軸４０に水分が付着することを抑制でき、水分が回転軸４０を介してモータ収容室８１内に侵入することを抑制できる。

（６）タービンホイール室１４ｂからモータ収容室８１側に噴き出す燃料電池１００の排気を吸水部材７０により干渉する。そのため、レゾルバ収容室８２への燃料電池１００の排気の流入も抑制できる。したがって、レゾルバ収容室８２に水分が入ることも抑制できる。

（７）Ｃ字状部材６１が溝６２ｂの内部に入り込むように配置されているため、Ｃ字状部材６１と溝６２ｂとの間には、回転軸４０の軸線方向に蛇行しているラビリンス状の経路６２ｃが形成される。そのため、タービンホイール２６の背面２６ｂからシール部材６０を介して流れる燃料電池１００の排気は、経路６２ｃによりモータ収容室８１に到達し難くなり、モータ収容室８１に水分が入ることをより抑制できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施できる。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できる。
○ 本実施形態では、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａ及び段差面１７３は、吸水部材７０が収容される収容部を形成してしたが、これに限らない。例えば、以下のように変更してもよい。

図４に示すように、第３プレート１７は、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａから突出する突出部９０を有している。突出部９０は、回転軸４０の軸線方向において、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａにおけるモータハウジング１２寄りの部分から第２挿通孔１７２内に向けて突出している。突出部９０は、回転軸４０の軸線方向において、段差面１７３から離間した位置に配置されている。突出部９０は、環状をなしている。突出部９０の内部は、第２軸受保持部２２の内側に連通している。回転軸４０の軸線方向において、突出部９０のモータハウジング１２側の端面９０ａ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。

突出部９０には、突出部９０の一部が切り欠かれることにより形成される取付部９１が形成されている。取付部９１は、突出部９０の回転軸４０寄りの端部におけるタービンホイール２６側の角部を切り欠くことにより形成されている。取付部９１には、吸水部材７０の外面７１及び第１端面７３が当接している。吸水部材７０は、取付部９１に対して接着剤等により取り付けられている。

第３プレート１７において、段差面１７３、第２挿通孔１７２の内周面１７２ａ、及び突出部９０により環状の溝部９２が形成されている。溝部９２は、シール部材６０よりも電動モータ１９側において、回転軸４０の軸線方向で第１挿通孔１７１に隣り合うように形成されている。そして、取付部９１は、回転軸４０の軸線方向で溝部９２に隣り合うように形成されている。なお、取付部９１及び溝部９２により、吸水部材７０が収容される収容部が形成されており、溝部９２は、シール部材６０と吸水部材７０との間で水分を貯留する貯留部として機能する。

水抜通路８０の一端は、溝部９２を形成する第２挿通孔１７２の内周面１７２ａに連通している。水抜通路８０の他端は、第３プレート１７の外面１７ｄに連通している。よって、水抜通路８０は、ハウジング１１の内外を連通し、溝部９２に至るまで延びる通路である。

これによれば、吸水部材７０に吸水された燃料電池１００の排気に含まれる水分は、吸水部材７０の第２端面７４に沿って溝部９２に流れる。よって、水抜通路８０により溝部９２に流れた水分をハウジング１１の外部に排出することができる。

○ 水抜通路８０は、第３プレート１７に形成されていたが、例えば、水抜通路８０の他端がモータハウジング１２に形成されるように変更してもよい。また、水抜通路８０を割愛してもよい。

○ 吸水部材７０の内径Ｄ１は、回転軸４０の小径回転軸本体４２１ｂの直径ＤＳよりも大きく設定されていたが、吸水部材７０の内径Ｄ１は、回転軸４０の大径回転軸本体４２１ａの直径ＤＬよりも大きくてもよい。吸水部材７０の内径Ｄ１は、回転軸４０の全長における任意の位置における回転軸４０の直径よりも大きいとよい。

○ 吸水部材７０は、リング形状をなしていたが、これに限らず、回転軸４０の軸線方向において、Ｃ字状部材６１の合口６１ａの一部に重なる位置に配置することができれば、形状は適宜変更してもよい。

○ Ｃ字状部材６１に代替して、回転軸４０の軸線方向から見て、Ｏ字形状をなす部材を採用してもよい。
○ 突出部２６ｃの外周面に設けられる取付部材６２を割愛し、突出部２６ｃの外周面を拡径するとともに突出部２６ｃの外周面に溝６２ｂが形成されるように変更する。

○ 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。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１３ｂ…コンプレッサホイール室、１４ｂ…タービンホイール室、１６ａ…挿通孔、１７ａ…挿通孔、１９…電動モータ、２５…コンプレッサホイール、２６…タービンホイール、２６ｃ…突出部、６２…取付部材、６２ａ…取付部材の外面、６２ｂ…溝、４０…回転軸、６０…シール部材、６１…Ｃ字状部材、６１ａ…合口、７０…吸水部材、８０…水抜通路、８１…モータ収容室、９１…取付部、９２…溝部、１００…燃料電池、１７１…第１挿通孔、１７１ａ…第１挿通孔の内周面、１７２…第２挿通孔、１７２ａ…第２挿通孔の内周面、１７３…段差面、４２１ａ…大径回転軸本体、４２１ｂ…小径回転軸本体、ＤＬ…大径回転軸本体の直径、ＤＳ…小径回転軸本体の直径、Ｄ１…吸水部材の内径、Ｄ２…取付部材の外面の直径、Ｄ３…吸水部材の外径。

Claims (5)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転させる電動モータと、
   前記回転軸の回転によってエアーを圧縮する圧縮部と、
   前記電動モータの回転を補助する回転補助部と、
   前記電動モータを収容するモータ収容室を備えるハウジングと、を備え、
   前記圧縮部は、
   エアーを前記回転軸の軸線方向に吸入する第１の吸入口と、
   前記回転軸の第１の端部に設けられる第１の羽根車と、
   圧縮したエアーを燃料電池に送る第１の吐出口と、を有し、
   前記回転補助部は、
   燃料電池からの排気を吸入する第２の吸入口と、
   前記回転軸の第２の端部に設けられる第２の羽根車と、
   前記第２の羽根車に送られた前記排気を前記回転軸の軸線方向に吐出する第２の吐出口と、を有し、
   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モータ収容室と前記回転補助部とを区画する区画板を有する、燃料電池用エアーポンプであって、
   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、
   前記ハウジング内における前記シール部材と前記モータ収容室との間には、前記第２の羽根車の背面から前記シール部材を介して侵入する前記排気に含まれる水分を吸水する吸水部材が設けられており、
   前記シール部材は、
   合口を有するＣ字状部材と、
   前記回転軸の周方向に延び、前記Ｃ字状部材が収容される溝を有するとともに前記挿通孔に配置され、前記回転軸と共に回転するベース部材と、を有し、
   前記吸水部材は、前記回転軸の軸線方向において、前記合口の少なくとも一部に重なる位置に設けられていることを特徴とする燃料電池用エアーポンプ。
2. 前記吸水部材は、リング形状であり、
   前記ベース部材は、円柱状であり、
   前記吸水部材は、前記吸水部材の軸線が前記ベース部材の軸線と一致するように配置され、
   前記吸水部材の外径は、前記ベース部材の直径よりも大きく、且つ、前記吸水部材の内径は、前記ベース部材の直径よりも小さく、且つ、前記回転軸の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用エアーポンプ。
3. 前記吸水部材は、フェルトにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用エアーポンプ。
4. 前記ハウジングは、
   前記吸水部材が収容される収容部と、
   前記収容部と前記ハウジングの外部とを連通して水分を前記ハウジングの外部へ排出する水抜通路と、を有していることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用エアーポンプ。
5. 前記収容部は、前記シール部材と前記吸水部材との間で水分を貯留する貯留部を有し、
   前記水抜通路は、前記貯留部と前記ハウジングの外部とを連通していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用エアーポンプ。