(57)【要約】【課題】ロータの中空部外へ液滴を排出することができ、ロータの中空部内に液滴が滞留することを防止することができるルーツ式ポンプを提供すること。【解決手段】ルーツ式圧縮機１７の駆動軸３１及び従動軸３５には、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が取付固定されている。駆動ロータ３９及び従動ロータ４０は、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に沿う両端に開口する中空部５０を備える。そして、中空部５０の形状形成面Ｋには、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に沿った中空部５０全体に亘り排出溝５０ａが形成されている。排出溝５０ａの底部５０ｂには斜状に延びる傾斜部が形成されている。【選択図】      図１
2006118451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入した流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式ポンプにおいて、
前記ロータは、該ロータの側面のうち、少なくとも一方の側面が前記回転軸の軸方向に開口する中空部を備え、該中空部に、前記回転軸の軸方向に沿った前記中空部の全長に亘って前記開口まで斜状に延びる傾斜部を形成したルーツ式ポンプ。
【請求項２】
前記傾斜部は、前記中空部を形作る形状形成面に形成された前記開口まで斜状に延びる溝の底部である請求項１に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項３】
前記溝は、前記形状形成面に複数形成されている請求項２に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項４】
前記複数の溝は、該溝の開口部位が対向するように配置されている請求項３に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項５】
前記複数の溝は、前記形状形成面の全体に亘って配置されている請求項３又は請求項４に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項６】
前記溝は、少なくとも前記回転軸の回転中心から径方向へ最も離れた位置に形成されている請求項２〜請求項５のうちいずれか一項に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項７】
前記傾斜部は、前記中空部を形作る形状形成面である請求項１に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項８】
前記ロータには、中空部が複数形成されており、各中空部の傾斜部の傾斜方向を異ならせた請求項１に記載のルーツ式ポンプ。
【請求項９】
燃料電池に酸素と水素を供給し、発電させる燃料電池システムの水素循環経路に配置され、前記燃料電池にて酸素と反応しなかった水素を前記燃料電池に対して再び圧縮供給するための圧縮機として用いられる請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載のルーツ式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ室内に吸入された流体をロータの回転によってロータ室外へ吐出するルーツ式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水素と酸素を反応させて発電する燃料電池システムでは、その発電に伴い生成された水を前記燃料電池内から排出するために、前記水素及び酸素を発電に必要な消費量よりも多く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ガスが含まれている。この未反応の水素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ポンプが設けられている。
【０００３】
前記水素循環用のポンプとしては、ルーツ式真空ポンプが用いられる。前記ルーツ式真空ポンプは、ハウジング内に形成されたポンプ室に、回転軸に固定された主動ロータと従動ロータとが収容されてなる。前記主動ロータ及び従動ロータは、その回転時の主動ロータ及び従動ロータの慣性モーメントを低減させ、回転軸に作用する負荷を低減させるために中空状に形成されたロータが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、上記ルーツ式真空ポンプにおいて、モータ等の駆動手段によって主動ロータが回転されると、従動ロータも主動ロータに追従して回転し、水素オフガスがポンプ室に形成された吸入口から該ポンプ室内に吸入される。さらに、主動ロータ及び従動ロータの回転により、ポンプ室内に吸入された水素オフガスは、ポンプ室に形成された吐出口からポンプ室外へ吐出される。そして、吐出された水素オフガスは、新たに供給された水素ガスに混合されることにより、燃料電池に再供給される。
【特許文献１】特開２０００−３３７２８０号公報（［００４０］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池から排出される水素オフガスには、燃料電池の発電に伴い生成された水分が含まれている。このため、ルーツ式真空ポンプの運転時に、水素オフガスがポンプ室に吸入されると、該ポンプ室内には水素オフガスだけでなく水分も混じって吸入され、その水分の一部はロータの中空部内に入り込む。そして、ロータの回転により遠心力を受け、水素オフガスから分離された水滴は中空部内に滞留し続ける。その後、ルーツ式真空ポンプの運転が停止されると、中空部内の水滴は自重により中空部の最下部に向かって流下し、該最下部となる位置で滞留してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータの中空部外へ液滴を排出することができ、ロータの中空部内に液滴が滞留することを防止することができるルーツ式ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内に形成されたポンプ室に回転軸によって回転するロータを収容し、該ロータの回転によって前記ポンプ室の吸入口からポンプ室内に吸入した流体を前記ポンプ室の吐出口からポンプ室外へ吐出するルーツ式ポンプである。ロータは、該ロータの側面のうち、少なくとも一方の側面が前記回転軸の軸方向に開口する中空部を備えている。そして、中空部に、前記回転軸の軸方向に沿った前記中空部の全長に亘って前記開口まで斜状に延びる傾斜部を形成した。
【０００７】
この発明では、中空部内で遠心分離された液滴は、回転軸の回転中心から離れる方向へ送り出される。そして、ロータの回転による遠心力と、斜状をなす傾斜部によって、液滴は中空部の開口に向かって送り出され、中空部の開口からロータ外へ排出される。また、ロータの停止状態では、中空部内に残留する液滴は、傾斜部の傾斜によって中空部の開口に向かって流下し、中空部の開口からロータ外へ排出される。したがって、中空部内に液滴が滞留することを防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のルーツ式ポンプにおいて、前記傾斜部は、前記中空部を形作る形状形成面に形成された前記開口まで斜状に延びる溝の底部である。
この発明では、中空部内で遠心分離された液滴は、溝内に入り込み、さらに遠心力を受けると、その液滴を、底部により溝に沿って中空部の開口へと案内することができ、そのまま中空部の開口からロータ外へ排出することができる。また、形状形成面を切削し、底部を斜状に形成するだけで傾斜部を形成することができるため、傾斜部を容易に形成することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のルーツ式ポンプにおいて、前記溝は、前記形状形成面に複数形成されている。この発明では、溝が形状形成面に一箇所しか形成されていない場合と比較して、溝を利用した液滴の排出量を多くすることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３のルーツ式ポンプにおいて、前記複数の溝は、該溝の開口部位が対向するように配置されている。この発明では、例えば、ロータの停止状態で一組の溝が上下に位置した場合、下側の溝内に入り込んだ液滴は、底部によってロータ外へ速やかに排出することができる。一方、上側の溝内に入り込んだ液滴は、滴下した場合、下側の溝内に入り込み、該下側の底部によってロータ外へ排出することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４のルーツ式ポンプにおいて、前記複数の溝は、前記形状形成面の全体に亘って配置されている。この発明では、底部を備えた溝が、形状形成面の一部に集中して形成されている場合と比較して、液滴を溝内に入り込ませ易くすることができ、液滴をロータ外へ速やかに排出することができる。また、ロータの停止位置がどのような位置になっても、溝を形状形成面の最下部又はその近傍に位置させることができる。このため、ロータの停止状態でも、ロータの最下部に向かって流下又は滴下した液滴を溝内に入り込ませることができ、液滴をロータ外へ排出することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項５のうちいずれか一項に記載のルーツ式ポンプにおいて、前記溝は、少なくとも前記回転軸の回転中心から径方向へ最も離れた位置に形成されている。この発明では、遠心分離された液滴は、中空部内における回転軸の回転中心から最も離れる方向へ送り出される。そして、この送り出された位置に溝が形成されているため、液滴を溝内に速やかに入り込ませることができ、液滴をロータ外へ容易に排出することができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のルーツ式ポンプにおいて、前記傾斜部は、前記中空部を形作る形状形成面である。この発明では、中空部の形状形成面そのものが開口に向かって斜状に延びているため、液滴をロータ外へ排出させるために利用可能な面積を纏めて確保することができ、液滴のロータ外への排出効率を高めることができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載のルーツ式ポンプにおいて、前記ロータには、中空部が複数形成されており、各中空部の傾斜部の傾斜方向を異ならせた。この発明では、各中空部それぞれからロータ外へ液滴を排出することができる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載のルーツ式ポンプにおいて、燃料電池に酸素と水素を供給し、発電させる燃料電池システムの水素循環経路に配置され、前記燃料電池にて酸素と反応しなかった水素を前記燃料電池に対して再び圧縮供給するための圧縮機として用いられる。この発明では、水素の吸入に伴う水分の吸入といったロータの中空部内に水分が入り込みやすい状況でも、傾斜部により中空部内の水滴をロータ外へ排出できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロータの中空部外へ液滴を排出することができ、ロータの中空部内に液滴が滞留することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明を燃料電池システムの水素循環用のルーツ式圧縮機に具体化した第１の実施形態を図１〜図３に従って説明する。まず、燃料電池システム１０は、図２に示すように、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。前記酸素供給手段１２は、圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１４を備え、コンプレッサ１４は酸素供給ポート（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１６が設けられている。
【００１８】
前記水素供給手段１３は、燃料電池１１で使用されなかった流体としての水素ガス（いわゆる水素オフガス）を循環使用するための水素循環用のポンプとして、ルーツ式ポンプであるルーツ式圧縮機１７を備えている。すなわち、このルーツ式圧縮機１７は、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを燃料電池１１へと再び圧縮供給するために設けられている。ルーツ式圧縮機１７は燃料電池１１の水素供給ポート（図示せず）に管路１８を介して連結され、燃料電池１１の水素排出ポート（図示せず）に管路１９を介して連結されている。また、水素供給手段１３は、水素源（水素ガス供給源）としての水素タンク２０を備えている。水素タンク２０は途中にレギュレータ（図示せず）を備えた管路２１を介して管路１８に連結されている。そして、ルーツ式圧縮機１７及び管路１８，１９により、燃料電池１１で使用されなかった水素オフガスを水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに燃料電池１１に供給可能な水素循環経路が構成されている。
【００１９】
次に、ルーツ式圧縮機１７について具体的に説明する。図１に示すように、本実施形態のルーツ式圧縮機１７のハウジングＨは、ポンプハウジングＰと、モータハウジングＭとから構成されている。前記ポンプハウジングＰは、ロータハウジング２２の後端（図１では右端）に軸支部材２３が接合固定され、さらに、前記軸支部材２３の後面（図１では右面）にギアハウジング２５が接合固定されて形成されている。そして、ポンプハウジングＰにおいて、ロータハウジング２２と軸支部材２３との間にポンプ室２４が囲み形成され、ギアハウジング２５と軸支部材２３との間にギア室２６が囲み形成されている。前記モータハウジングＭは、前記ロータハウジング２２の前端（図１では左端）に仕切壁２８を介して接合固定されて形成されている。そして、仕切壁２８とモータハウジングＭとの間にモータ室２９が囲み形成され、このモータ室２９内には図示しない電動モータが設けられている。
【００２０】
ハウジングＨにおいて、前記モータハウジングＭと、ロータハウジング２２と、軸支部材２３とには、回転軸たる駆動軸３１がベアリング３２を介して回転可能に支持されている。さらに、ロータハウジング２２と、前記軸支部材２３とには、前記駆動軸３１と平行をなす回転軸たる従動軸３５がベアリング３６を介して回転可能に支持されている。
【００２１】
図１及び図３に示すように、前記ポンプ室２４内において、駆動軸３１には駆動ロータ３９が取付固定され、従動軸３５には従動ロータ４０が取付固定されている。そして、ポンプ室２４内において、駆動ロータ３９と従動ロータ４０とは、僅かなクリアランスを保って互いに噛合した状態で収容されている。また、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端（図１では左端）とロータハウジング２２との間、及び駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の後端（図１では右端）と軸支部材２３との間には、それぞれ僅かな隙間Ｔが形成されている（図１では従動ロータ４０の前端とロータハウジング２２との間の隙間Ｔのみ図示）。前記隙間Ｔは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前後両端とポンプ室２４内面とが摺接して焼付等が生じることを防止するとともに、流体漏れをより小さくするために小さな隙間Ｔとなっている。
【００２２】
ポンプ室２４において、ロータハウジング２２には、前記燃料電池１１から排出された水素オフガスを管路１９からポンプ室２４内へ吸入するための吸入口２４ａ（図３参照）が形成されている。ポンプ室２４において、ロータハウジングにおける前記吸入口２４ａと対向する位置には、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転運動によりポンプ室２４内で圧縮された水素オフガスをポンプ室２４から管路１８へ吐出するための吐出口２４ｂ（図３参照）が形成されている。また、前記ギア室２６内において、駆動軸３１の後部に固定された駆動ギア４４と従動軸３５の後部に固定された従動ギア４５とは噛合連結されている（図１参照）。
【００２３】
そして、上記構成のルーツ式圧縮機１７では、前記電動モータの回転駆動に基づき駆動軸３１が回転すると、駆動ギア４４と従動ギア４５との噛合連結を通じて従動軸３５が駆動軸３１とは異なる方向へ回転する。すると、ポンプ室２４内では、駆動ロータ３９と従動ロータ４０が、駆動軸３１と従動軸３５とが有する位相差（９０度）をもって同期回転する。
【００２４】
燃料電池１１から排出された水素オフガスは、駆動ロータ３９と従動ロータ４０の同期回転に伴い管路１９を介して吸入口２４ａからポンプ室２４内へ吸入される。その後、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の外面と、ポンプ室２４の内面とが協働することにより、ポンプ室２４内に吸入した水素オフガスが圧縮される。そして、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転運動に基づき圧縮されながらポンプ室２４の吐出口２４ｂ側へ送り込まれた水素オフガスは該吐出口２４ｂからポンプ室２４外の管路１８へ吐出される。その後、管路１８へ吐出された水素オフガスは、水素タンク２０から新たに供給される水素ガスとともに管路１８から燃料電池１１に再供給される。
【００２５】
次に、前記駆動ロータ３９及び従動ロータ４０について詳細に説明する。なお、駆動ロータ３９の駆動軸３１に沿った方向を駆動ロータ３９の軸方向とし、従動ロータ４０の従動軸３５に沿った方向を従動ロータ４０の軸方向とする。
【００２６】
図１及び図３に示すように、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０は、前記駆動ロータ３９及び従動ロータ４０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。そして、駆動ロータ３９には二条の山歯３９ａが形成され、両山歯３９ａの間には谷歯３９ｂが形成されている。また、従動ロータ４０には二条の山歯４０ａが形成され、両山歯４０ａの間には谷歯４０ｂが形成されている。上記構成の駆動ロータ３９の山歯３９ａは従動ロータ４０の谷歯４０ｂに僅かなクリアランスを保って噛合するようになっており、従動ロータ４０の山歯４０ａは駆動ロータ３９の谷歯３９ｂに僅かなクリアランスを保って噛合するようになっている。
【００２７】
駆動ロータ３９及び従動ロータ４０において、両山歯３９ａ，４０ａ側には、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に貫通した貫通孔６０，６１が形成されている。該貫通孔６０，６１は、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に直交する断面視が、略半円状をなすように形成され、この貫通孔６０，６１が各ロータ３９，４０の中空部５０，５１となる。この中空部５０，５１は、それぞれ駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前記軸方向に沿う両側面（前側面及び後側面）が開口するように形成されている。そして、貫通孔６０，６１を形成する駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の内面は、中空部５０，５１を形作る形状形成面Ｋとなる。
【００２８】
中空部５０，５１の前記形状形成面Ｋには、排出溝５０ａ，５１ａが複数箇所（本実施形態では九箇所）に凹設されている。排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿う中空部５０，５１の全長に亘って凹設されている。すなわち、排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端側の中空部５０，５１開口から、後端側の中空部５０，５１開口にまで達するように凹設されている。また、排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端側の中空部５０，５１開口から後端側の中空部５０，５１開口に向かって、駆動軸３１及び従動軸３５に平行をなすように延びている。さらに、排出溝５０ａ，５１ａは、形状形成面Ｋの周方向全体に亘って等間隔おきに凹設され、隣り合う排出溝５０ａ，５１ａの間隔は全て同じとなっている。なお、複数の排出溝５０ａ，５１ａのうちの一つは、形状形成面Ｋにおいて駆動軸３１及び従動軸３５の回転中心Ｒから最も離れた位置に凹設されている。すなわち、複数の排出溝５０ａ，５１ａのうちの一つは、山歯３９ａ，４０ａの頂点と対応する位置に形成されている。
【００２９】
ここで、駆動ロータ３９の両谷歯３９ｂの最底点を通過し、駆動軸３１の回転中心Ｒに直交する平面を仮想平面Ｓ１とし、従動ロータ４０の両谷歯４０ｂの最底点を通過し、従動軸３５の回転中心Ｒに直交する平面を仮想平面Ｓ２とする。すると、駆動ロータ３９の排出溝５０ａは、前記仮想平面Ｓ１に対して対称となるように形成され、従動ロータ４０の排出溝５１ａは、前記仮想平面Ｓ２に対して対称となるように形成されている。
【００３０】
排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に対して直交する断面視が、中空部５０，５１の中央に向かって開口するコ字溝状に形成されている。すなわち、排出溝５０ａ，５１ａは、前記断面視において、底部５０ｂ，５１ｂが平面状に形成されるとともに、底部５０ｂ，５１ｂから中空部５０，５１の中央に向かって一定の開口幅を有するように形成されている。また、排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿った断面視では、排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂが、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端側の中空部５０，５１開口から後端側の中空部５０，５１開口に向かって直線状に傾斜するように形成されている。すなわち、底部５０ｂ，５１ｂは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿った形状形成面Ｋの全長に亘り中空部５０，５１の各開口まで斜状に延びるように形成されている。
【００３１】
そして、両中空部５０，５１のうち、一方の中空部５０，５１の排出溝５０ａ，５１ａと、他方の中空部５０，５１の排出溝５０ａ，５１ａは、それぞれ深くなる方向（底部５０ｂ、５１ｂの傾斜方向）が反対となっている。このため、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０において、その軸方向における両側には、排出溝５０ａ，５１ａの深溝となる側と浅溝となる側とが存在し、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の重量のバランスが保たれている。なお、排出溝５０ａ，５１ａは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の所要の強度を維持するのに必要な山歯３９ａ，４０ａの厚みを確保し、残りの厚みの中で最も傾斜が大きくなるように形成されている。そして、排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂが、中空部５０，５１内の液滴（本実施形態では水滴）を駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出するための傾斜部を構成している。
【００３２】
さて、燃料電池システム１０が発電し、上記構成のルーツ式圧縮機１７の運転時には、燃料電池１１から排出された水分を含む水素オフガスは、管路１９を介して吸入口２４ａからポンプ室２４内へ吸入され、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の中空部５０，５１内へ入り込む。中空部５０，５１内に入り込んだ水素オフガスは、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転により遠心力を受け、その水素オフガス中の水滴は水素ガスと遠心分離されて形状形成面Ｋに向かって送り出される。そして、水滴は、送り出された位置近傍の排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込む。さらに、水滴は、遠心力と、底部５０ｂ，５１ｂの傾斜により、排出溝５０ａ，５１ａが深溝となる方向へ送り出される。すなわち、水滴は、排出溝５０ａ，５１ａによって、中空部５０，５１の各開口に向かって直線的に送り出されるように案内される。そして、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転状態では、排出溝５０ａ，５１ａ内の水滴は、排出溝５０ａ，５１ａの深溝側となる中空部５０，５１の各開口から駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出される。
【００３３】
また、燃料電池システム１０が停止し、ルーツ式圧縮機１７が運転停止した駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の停止状態では、中空部５０，５１内に残留した水滴は、形状形成面Ｋを自重により流下又は滴下して直近の排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込む。排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込んだ水滴は、底部５０ｂ，５１ｂの傾斜によって深溝となる方向へ流下していく。そして、水滴は、排出溝５０ａ，５１ａの深溝側となる中空部５０，５１の各開口から駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出される。したがって、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０内に、底部５０ｂ，５１ｂを備えた排出溝５０ａ，５１ａを形成したことにより、ルーツ式圧縮機１７の運転状態にかかわらず、中空部５０，５１内の水滴は駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出され、中空部５０，５１内に水滴が滞留することを防止することができる。
【００３４】
その後、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へと排出された水滴は、隙間Ｔを通過してポンプ室２４内へ排出される。さらに、水滴はロータハウジング２２の内周面を流下してロータハウジング２２の吐出口２４ｂへ至る。その後、水滴は、吐出口２４ｂから水素オフガスが吐出されるのと同時に吐出口２４ｂを通ってポンプ室２４外へと吐出される。
【００３５】
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）駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の形状形成面Ｋに、排出溝５０ａ，５１ａを形成し、その排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂを中空部５０，５１の開口に向かって徐々に深溝（斜状）となるように傾斜形成した。そして、中空部５０，５１内の水滴が排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込むと、その水滴を底部５０ｂ，５１ｂの傾斜によって駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出することができる。したがって、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の中空部５０，５１内に水分を含む水素オフガスが吸入され、該中空部５０，５１内で遠心分離された水滴が滞留することを防止することができる。その結果として、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０が錆びることを防止することができる。
【００３６】
（２）排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に直交する断面視が平面状をなすように形成した。このため、底部５０ｂ，５１ｂを前記断面視がＶ字状をなすように形成した場合と比較して、排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込む水滴の量を多くし、排出溝５０ａ，５１ａを利用した排水性能を高めることができる。
【００３７】
（３）排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿った断面視が直線状に傾斜するように形成した。このため、底部５０ｂ，５１ｂを容易に形成することができ、排出溝５０ａ，５１ａを容易に形成することができる。
【００３８】
（４）排出溝５０ａ，５１ａを、形状形成面Ｋの複数箇所に形成した。このため、中空部５０，５１内の水滴を、複数の排出溝５０ａ，５１ａを利用して排出することが可能となる。したがって、例えば、排出溝５０ａ，５１ａが一箇所ずつしか形成されていない場合と比較して、排出溝５０ａ，５１ａを利用した水滴の排出量を多くして駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ水滴を効率良く排出することができる。
【００３９】
（５）また、複数の排出溝５０ａ，５１ａが、形状形成面Ｋの全体に亘って均等に配置されている。このため、排出溝５０ａ，５１ａが、形状形成面Ｋの一部に集中して形成されている場合と比較して、水滴を排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込ませ易くすることができ、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ水滴を速やかに排出することができる。また、ルーツ式圧縮機１７の運転停止時に駆動ロータ３９及び従動ロータ４０がどのような位置で停止しても、排出溝５０ａ，５１ａがその停止状態の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の下部又は近傍に位置する。したがって、流下する水滴を排出溝５０ａ，５１ａ内に入り込ませて水滴を駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出することができる。その結果、中空部５０，５１内の水滴を排出するために、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の停止位置を考慮してルーツ式圧縮機１７の運転を停止する必要が無くなる。
【００４０】
（６）複数の排出溝５０ａ，５１ａのうちの一つを、駆動軸３１及び従動軸３５の回転中心Ｒから最も離れた位置に形成した。このため、遠心分離された水滴を排出溝５０ａ，５１ａへ確実に入り込ませることができ、水滴を駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ速やかに排出することができる。
【００４１】
（７）燃料電池システム１０の水素循環経路に使用される水素循環用のポンプとしてルーツ式圧縮機１７が設けられている。このため、水素オフガスの吸入に伴う水分の吸入といった中空部５０，５１内に水分が入り込みやすい状況でも排出溝５０ａ，５１ａにより駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ水滴を排出することができる。したがって、多くの水分が含まれている水素オフガスが、再び燃料電池１１に供給され、水分が燃料電池セル内において水素ガス流路を塞いでしまう虞を無くすことができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化したルーツ式圧縮機１７の第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の実施形態の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０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詳細な説明を省略し、図４では、駆動ロータ３９のみを図示する。
【００４３】
図４に示すように、両中空部５０，５１のうち一方の中空部５０，５１の形状形成面Ｋは、前記駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿う断面視において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の後端側の中空部５０，５１開口から、前端側の中空部５０，５１開口に向かって斜状をなし、拡径するテーパ状に形成されている。他方の中空部５０，５１の形状形成面Ｋは、前記断面視において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端側の中空部５０，５１開口から、後端側の中空部５０，５１開口に向かって斜状をなし、拡径するテーパ状に形成されている。すなわち、一方の中空部５０，５１の形状形成面Ｋの拡径方向と、他方の中空部５０，５１の形状形成面Ｋの拡径方向とは反対方向になっている。言い換えれば、一方の中空部５０，５１の傾斜方向と、他方の中空部５０，５１の傾斜方向は異なり、反対方向となっている。
【００４４】
そして、形状形成面Ｋは、中空部５０，５１内の水滴を該中空部５０，５１の拡径する側の開口に向かって流下させる傾斜を有するように形成されている。すなわち、中空部５０，５１の形状形成面Ｋそのものが、中空部５０，５１内の水滴を中空部５０，５１外へ排出する傾斜部を構成している。また、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿った断面視では、形状形成面Ｋは中空部５０，５１の両開口の間で直線状に傾斜して形成されている。
【００４５】
さて、ルーツ式圧縮機１７の運転時、水素オフガス中に含まれる液滴（水滴）は、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の回転により水素ガスと遠心分離され、形状形成面Ｋに向かって送り出される。そして、水滴は、遠心力により形状形成面Ｋの拡径する側へ送り出され、拡径された側の開口から駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出される。
【００４６】
一方、ルーツ式圧縮機１７の運転停止時において、中空部５０，５１内に残留した水滴は、その自重により形状形成面Ｋを流下又は滴下し、さらに、形状形成面Ｋの拡径する側に向かって流下する。そして、水滴は、中空部５０，５１の拡径された側の開口から駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へと排出される。以下、第１の実施形態と同様に、吐出口２４ｂから水素オフガスが吐出されるのと同時に吐出口２４ｂを通ってポンプ室２４外へと吐出される。
【００４７】
したがって、第２の実施形態では、第１の実施形態の（１）〜（７）と同様の効果を発揮することができるとともに、以下の効果も発揮することができる。
（８）中空部５０，５１の形状形成面Ｋを、中空部５０，５１の開口に向かって拡径形成して、形状形成面Ｋそのものを傾斜部とした。このため、水滴を駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出させるために利用可能な面積を纏めて確保することができ、水滴の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外への排出効率を高めることができる。
【００４８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  各実施形態のルーツ式圧縮機１７を、燃料電池システム１０の酸素供給手段１２におけるコンプレッサ１４として使用して、流体としての酸素を圧縮移送してもよい。また、ルーツ式圧縮機１７を、空調装置の冷媒圧縮用の圧縮機に使用して、流体としてオイルが混合された冷媒を圧縮移送してもよく、液滴としてのオイルを駆動ロータ３９及び従動ロータ４０外へ排出するようにしてもよい。特に、実施形態のルーツ式圧縮機１７を、気体と液体の混合体を移送するポンプとして用いるのが好ましい。
【００４９】
○  第２の実施形態において、形状形成面Ｋ全体を傾斜部としたが、形状形成面Ｋのうち一部のみを中空部５０，５１の開口に向かって斜状に形成して傾斜部を形成し、その他の部位を駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に平行をなすように形成してもよい。
【００５０】
○  第２の実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の両中空部５０，５１を、それぞれ駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の前端側の開口から後端側の開口に向かって縮径（拡径）するテーパ状に形成し、両貫通孔６０，６１の縮径方向（拡径方向）を同じ方向としてもよい。
【００５１】
○  第１の実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に直交する排出溝５０ａ，５１ａの断面視の形状をＶ溝状や円弧溝状、さらには、底部５０ｂ，５１ｂが平面状をなし、中空部５０，５１に向かって拡開する溝状としてもよい。このように構成すると、例えば、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の停止状態で、排出溝５０ａ，５１ａの側面の傾斜を利用して水滴の排出効率を高めることができる。
【００５２】
○  第１の実施形態において、排出溝５０ａ，５１ａの形成箇所を増減してもよく、一箇所だけに形成してもよい。なお、排出溝５０ａ，５１ａを一箇所だけに形成した場合は、排出溝５０ａ，５１ａを駆動軸３１及び従動軸３５の回転中心Ｒから最も離れた位置に形成するのが好ましい。
【００５３】
○  第１の実施形態において、排出溝５０ａ，５１ａの配置の間隔をランダムにしてもよく、例えば、形状形成面Ｋにおける一部、特に、回転中心Ｒから離れた位置に集中して形成してもよい。
【００５４】
○  第１の実施形態において、駆動軸３１及び従動軸３５の回転中心Ｒから最も離れた位置に排出溝５０ａ，５１ａを形成しなくてもよい。
○  各実施形態において、中空部５０，５１を、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向に沿ういずれか一端のみに開口する形状としてもよい。そして、第１の実施形態においては、中空部５０，５１の最奥から開口に向かって排出溝５０ａ，５１ａの底部５０ｂ，５１ｂを傾斜させて傾斜部を形成し、第２の実施形態においては、中空部５０，５１の最奥から開口に向かって形状形成面Ｋが拡径するように形成して傾斜部を形成する。また、このとき、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の両中空部５０，５１のうち一方の中空部５０，５１の開口する方向と、他方の中空部５０，５１の開口する方向が反対方向であってもよい。
【００５５】
○  第１の実施形態において、図５に示すように、排出溝５０ａ，５１ａを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０（図５では駆動ロータ３９のみ図示）の軸方向の任意の位置、例えば中央から両開口に向かって徐々に深溝（斜状）となるように直線状に傾斜させ、底部５０ｂ，５１ｂの断面形状を山形状に形成してもよい。すなわち、１つの中空部５０，５１に傾斜方向が相反する傾斜部（底部５０ｂ，５１ｂ）を設けてもよい。このように構成した場合、底部５０ｂ，５１ｂにおける頂部両側の勾配を大きくすることができ、頂部から開口に向かって水滴を速やかに送り出したり、流下させたりすることができる。
【００５６】
また、図５に示す、底部５０ｂ，５１ｂが山形状をなす排出溝５０ａ，５１ａにおいて、その底部５０ｂ，５１ｂの頂部を円弧状（アール状）に形成し、頂部から中空部５０，５１の開口に向かって直線状に傾斜させてもよい。すなわち、底部５０ｂ，５１ｂ（傾斜部）に直線状をなす部分と円弧状をなす部分とを複合形成してもよい。このように構成した場合、底部５０ｂ，５１ｂの頂部付近の水滴を、円弧状部分により中空部５０，５１の両開口のうちのいずれかへ速やかに流下させることができ、さらに、直線状部分により速やかに排水させることができる。
【００５７】
○  第２の実施形態において、形状形成面Ｋを、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の軸方向の任意の位置、例えば中央から両開口に向かって徐々に拡径するように直線状に傾斜させて形成してもよい。すなわち、１つの中空部５０，５１に傾斜方向が相反する傾斜部（形状形成面Ｋ）を設けてもよい。このように構成した場合、形状形成面Ｋにおける頂部両側の勾配を大きくすることができ、頂部から開口に向かって水滴を速やかに送り出したり、流下させたりすることができる。また、中空部５０，５１の両開口に向かって形状形成面Ｋが拡径する状態において、その形状形成面Ｋの頂部を円弧状（アール状）に形成し、形状形成面Ｋ（傾斜部）に直線状をなす部分と円弧状をなす部分とを複合形成してもよい。このように構成した場合、形状形成面Ｋの頂部付近の水滴を、円弧状部分により中空部５０，５１の両開口のうちのいずれかへ速やかに流下させることができ、さらに、直線状部分により速やかに排水させることができる。
【００５８】
○  第１の実施形態において、図６に示すように、底部５０ｂ，５１ｂを、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に沿った断面視が円弧状（アール状）となるように、軸方向に沿って円弧状に傾斜させて形成してもよい（図６では駆動ロータ３９のみ図示）。このように構成した場合、排出溝５０ａ，５１ａを形成可能とする山歯３９ａ，４０ａの厚みの中で底部５０ｂ，５１ｂの傾斜が最も大きくなるように形成した場合、排出溝５０ａ，５１ａの深溝側では、底部５０ｂ，５１ｂの傾斜が急激に大きくなる。したがって、排出溝５０ａ，５１ａを利用した排水性能を高めることができる。
【００５９】
○  第２の実施形態において、形状形成面Ｋを、駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に沿った断面視が円弧状（アール状）となるように、軸方向に沿って円弧状に傾斜させて拡径させてもよい。
【００６０】
○  第１の実施形態において、排出溝５０ａ，５１ａを、形状形成面Ｋの周方向に沿って螺旋状に延びるように形成してもよい。
○  第２の実施形態において、図７に示すように、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０（図７では駆動ロータ３９のみ図示）に、その軸方向に沿って貫通孔６０，６１の直径が同じ中空部５０，５１を形成する。そして、該中空部５０，５１を、その軸線Ｎが駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向と交差するように傾斜して駆動ロータ３９及び従動ロータ４０に形成し、中空部５０，５１の形状形成面Ｋそのものを傾斜部としてもよい。このとき、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０の一方の中空部５０，５１と他方の中空部５０，５１の傾斜方向が異なっていてもよく、反対方向となっていてもよい。
【００６１】
○  第１の実施形態において、図８に示すように、排出溝５０ａ，５１ａを偶数箇所に形成するとともに開口部位が互いに対向する排出溝５０ａ，５１ａを一組の排出溝５０ａ，５１ａとする（図８では従動ロータ４０のみ図示）。そして、前記一組の排出溝５０ａ，５１ａが複数箇所に配設されるように、複数の排出溝５０ａ，５１ａを形状形成面Ｋに配置してもよい。
【００６２】
○  各実施形態において、三葉状の駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を用いたルーツ式圧縮機１７としてもよい。
○  各実施形態において、駆動ロータ３９及び従動ロータ４０を駆動軸３１及び従動軸３５の軸方向に複数個、取付固定した多段式のルーツ式圧縮機１７としてもよい。
【００６３】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）燃料電池に酸素と水素を供給し、発電させる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にて酸素と反応しなかった水素を、請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載のルーツ式ポンプを用いて前記燃料電池に再び供給することを特徴とする燃料電池システム。
【００６４】
（２）前記傾斜部は、前記回転軸の軸方向に沿って円弧状に傾斜して形成されている請求項１に記載にルーツ式ポンプ。
（３）前記傾斜部は、前記回転軸の軸方向に沿って直線状に傾斜した部分と円弧状に傾斜した部分とが複合形成されている請求項１に記載にルーツ式ポンプ。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ルーツ式圧縮機の断面図。
【図２】燃料電池システムの構成図。
【図３】図１の３−３線断面図。
【図４】第２の実施形態の駆動ロータを示す断面図。
【図５】別例の排出溝を示す駆動ロータの断面図。
【図６】別例の排出溝を示す駆動ロータの断面図。
【図７】別例の形状形成面を示す駆動ロータの断面図。
【図８】別例の排出溝の配置を示す従動ロータの断面図。
【符号の説明】
【００６６】
Ｋ…傾斜部を構成する形状形成面、Ｈ…ハウジング、Ｒ…回転中心、１０…燃料電池システム、１１…燃料電池、１７…水素循環経路を構成するルーツ式ポンプであるルーツ式圧縮機、１８，１９，２１…水素循環経路を構成する管路、２４…ポンプ室、２４ａ…吸入口、２４ｂ…吐出口、３１…回転軸としての駆動軸、３５…回転軸としての従動軸、３９…駆動ロータ、４０…従動ロータ、５０，５１…中空部、５０ａ，５１ａ…溝としての排出溝、５０ｂ，５１ｂ…傾斜部を構成する底部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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