(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧送を行う第１圧送部と、
流体の圧送を行う第２圧送部と、
流体が流れる通路であって、分岐部を備える主流路と、
前記主流路の前記分岐部から分岐して前記第１圧送部に接続される第１分岐流路と、
前記主流路の前記分岐部から分岐して前記第２圧送部に接続される第２分岐流路と、
を備え、
前記第１分岐流路は前記分岐部から上向きに延びて前記第１圧送部に接続され、前記第２分岐流路は前記分岐部から水平方向または水平方向より下向きに延びて前記第２圧送部に接続され、
前記第１圧送部と前記第２圧送部とは同一の流路に接続され、
前記第１圧送部と前記第２圧送部は異なる圧送特性を有する、
ことを特徴とする圧送装置。
【請求項２】
前記分岐部の流路断面積は、前記第１分岐流路の流路断面積および前記第２分岐流路の流路断面積よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧送装置。
【請求項３】
交流電源が接続される電磁コイル部と、前記電磁コイル部に交流電源電圧が印加されることにより往復駆動させられる振動子と、を有する駆動部をさらに備え、
前記第１圧送部は、前記振動子の一端に設けられた第１ダイアフラムにより駆動され、
前記第２圧送部は、前記振動子の他端に設けられた第２ダイアフラムにより駆動される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧送装置。
【請求項４】
前記第１ダイアフラムの面積と前記第２ダイアフラムの面積とが異なる、
ことを特徴とする請求項３に記載の圧送装置。
【請求項５】
アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記アノードガスを供給する供給流路の途中に配置されたエゼクタと、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを前記エゼクタに導入する還流流路と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記還流流路は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の圧送装置を備える、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記主流路は前記還流流路の上流部に接続され、
前記第１圧送部の下流側に設けられた第１下流側流路と前記第２圧送部の下流側に設けられた第２下流側流路は合流した状態で前記還流流路の下流部に接続される、
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧送を行う圧送装置、および、その圧送装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のアノードに供給される水素含有ガス（アノードガス）とカソードに供給される酸素含有ガス（カソードガス）を用いた電気化学反応により発電を行うシステムである。燃料電池は単位セルを複数積み重ねた積層構造を有しており、発電の際、一部の燃料電池セルのアノードにおいてアノードガス濃度の低い部分が生じると、当該セルの電圧が低下し安定した発電ができなくなる。そこで、燃料電池スタックのアノードガス出口からアノードガス入口へと繋ぐ循環流路を配設し、循環流路に配置した水素循環ブロア等の圧送装置を用いて、アノードガスを循環させている。このように、燃料電池アノード系内のガスを循環させることで、各単位セル間や、同一セル内のアノードガス濃度の偏りを低減し、安定した発電が可能となる。
【０００３】
上記の燃料電池システムでは、アノードガスとともに、カソード反応で生じた生成水がアノード側に浸透し循環する。特に、氷点下環境下で燃料電池システムを起動する際には、アノード系内を循環していた液水が圧送装置内で凍結するおそれがある。圧送装置内で凍結が発生した場合、この凍結の影響により圧送装置を起動できない可能性がある。この問題に対して特許文献１には、圧送装置を収容ケースに入れ、これを燃料電池スタックのスタックエンドプレートに取り付け、熱容量の大きな燃料電池からの熱を利用することで、圧送装置の温度低下を抑制する、という凍結防止手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６２０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧送装置の温度低下を抑制したからといって、必ずしも凍結が発生しないとは限らない。よって、圧送装置に凍結が発生したとしても自立起動して圧送を行えるようにすることが望まれる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、凍結が発生しても自立起動を行える可能性を高めた圧送装置と、これを備えた燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当該目的を達成するために、本発明の圧送装置は、流体の圧送を行う第１圧送部と、流体の圧送を行う第２圧送部と、流体が流れる通路であって、分岐部を備える主流路と、を備える。また、さらに、主流路の分岐部から分岐して第１圧送部に接続される第１分岐流路と、主流路の分岐部から分岐して第２圧送部に接続される第２分岐流路と、を備える。そして、第１分岐流路は分岐部から上向きに延びて第１圧送部に接続され、第２分岐流路は分岐部から水平方向または水平方向より下向きに延びて第２圧送部に接続される。第１圧送部と第２圧送部とは同一の流路に接続され、第１圧送部と第２圧送部は異なる圧送特性を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧送装置によれば、これを備えた燃料電池システムの運転時において、アノード系内を循環する液水のうち、第１分岐流路を通じて第１圧送部に流入する液水の量が、第２分岐流路を通じて第２圧送部に流入する液水の量と比較して、少なくなる。このような状態で、燃料電池システムが氷点下に晒され、かつ運転が停止させられると、液水が凍結する可能性がある。そうすると、圧送装置は液水が凍結した状態で起動しなければならない。しかしながら、第１圧送部で凍結した液水の量は第２圧送部で凍結した液水の量より少ないため、第１圧送部は起動時において自立起動を行いやすい状態となる。また、第２圧送部は凍結した液水により起動できない可能性があるが、第１圧送部の動作に伴い圧送装置の温度が上昇すると、やがてその凍結は解消される。そして、第２圧送部も動作を開始することができるようになる。このようにして、本発明の圧送装置は凍結が発生したとしても自立起動を行える可能性を高めることができる。また、このような圧送装置を備えた燃料電池システムによれば、氷点下環境下でも圧送装置の自立起動を行える可能性を高め、アノードガスの循環を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態における圧送装置の概略構成図である。
【図３】図３は、第２実施形態における分岐部の周辺を説明する図である。
【図４】図４は、第３実施形態における圧送装置の概略構成図である。
【図５】図５は、第３実施形態における圧送装置に組み込まれるダイアフラム式圧縮機の説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、低温時におけるダイアフラム式圧縮機の動作を説明する第１の図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、低温時におけるダイアフラム式圧縮機の動作を説明する第２の図である。
【図７】図７は、第４実施形態におけるダイアフラム式圧縮機の説明図である。
【図８】図８は、２つの圧送部の圧送特性を異ならせたときにおける循環流量のグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第１の図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第２の図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第３の図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第４の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１の概略構成図である。なお、図１においては、アノードガス流通系統とカソードガス流通系統のうち、アノードガス流通系統のみを図示し、カソードガス流通系統の図示を省略している。
【００１２】
燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、高圧タンク２１と、アノードガス供給流路２２と、アノードガス調圧弁２３と、エゼクタ２４と、アノードガス圧力センサ２５と、アノードガス排出流路３１と、セパレータタンク３２と、アノードガス還流流路３３と、パージ流路３４と、パージ弁３５と、圧送装置４０とを備える。
【００１３】
燃料電池スタック１０は燃料電池の単位セルを複数積層したものであり、単位セルの水素極（アノード極）と酸素極（カソード極）に、アノードガスとしての水素とカソードガスとしての空気をそれぞれ供給することにより、発電を行うものである。
【００１４】
燃料電池スタック１０を構成する燃料電池は、電解質膜と、この電解質膜の両面にそれぞれカーボンに白金を担持した触媒層を接合した電極とからなる膜電極接合体を備えている。
【００１５】
高圧タンク２１は、燃料電池スタック１０に供給する高圧のアノードガスとしての水素ガスを貯蔵するものである。アノードガス供給流路２２は一端が高圧タンク２１に、他端が燃料電池スタック１０のアノードガス入口に接続される。アノードガスは高圧タンク２１からアノードガス供給流路２２を通して燃料電池スタック１０に供給される。
【００１６】
アノードガス調圧弁２３は、アノードガス供給流路２２に設けられ、高圧タンク２１に貯蔵される高圧ガスを供給して、燃料電池の発電状態に適したアノードガス圧力にアノード極を調圧する。アノードガス調圧弁２３は、無段階または段階的に開度の増減が可能である。
【００１７】
アノードガス排出流路３１は、燃料電池スタック１０のアノードガス出口とセパレータタンク３２とを接続する。さらに、セパレータタンク３２からアノードガス還流流路３３が延びて、アノードガス供給流路２２に配設したエゼクタ２４に接続する。そして、燃料電池スタック１０のアノードガス出口からアノードガス入口までアノードガスを還流する流路が形成される。これにより、アノードガス供給流路２２、燃料電池スタック１０、アノードガス排出流路３１、セパレータタンク３２、アノードガス還流流路３３、および、エゼクタ２４によってアノードガスの循環流路が構成される。
【００１８】
セパレータタンク３２は、燃料電池スタック１０からアノードガスと共に排出された生成水Ｗを分離して貯蔵する。セパレータタンク３２に貯まった生成水Ｗは、排水弁３６を通して適宜燃料電池システム外に排出される。また、セパレータタンク３２にはパージ流路３４とパージ弁３５が設けられ、アノードガス循環流路内の不純物（窒素）濃度が上がった際に、アノードガスとともに不純物を排出できるようにしている。なお、システムの小型化とコスト削減の観点から、本実施形態のセパレータタンク３２には、アノードガス中の水分を完全に除去するほどの性能を要求していない。そのため、アノードガス還流流路３３にはアノードガスの他に、セパレータタンク３２で分離されなかった液水が流れ込む場合がある。
【００１９】
エゼクタ２４は、高圧タンク２１からアノードガス調圧弁２３を介して供給されるアノードガスをエゼクタ２４内の絞りにより高速化し、アノードガス還流流路３３を流れるアノードガスに対して高速化されたアノードガスの巻き込み力を作用させることで、アノードガスの循環流路内に循環流を生じさせる。
【００２０】
アノードガス圧力センサ２５は、燃料電池スタック１０内のアノードガスの圧力を測定するものであり、エゼクタ２４の下流のアノードガス供給流路２２に配設される。
【００２１】
アノードガス還流流路３３には、圧送装置４０が設けられる。そして、循環流路内のアノードガスを圧送し、エゼクタ２４に加えてアノードガスの循環流路内の循環流を生じさせる。圧送装置４０は、ブロアや圧縮機などの圧送部、および圧送部と接続される流路により構成される。なお、以降、アノードガスとしての水素の循環に用いられるブロアと圧縮機を総称して、ＨＲＢ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｂｌｏｗｅｒ、水素循環ブロア）と呼ぶ。
【００２２】
図２は、第１実施形態における圧送装置４０の概略構成図である。本実施形態では、圧送装置４０は図２に示すように、第１圧送部４１と第２圧送部４２の２つの圧送部を備えるとともに、主流路４４と、主流路４４の分岐部４３から分岐する第１分岐流路４５と、第２分岐流路４６とを備える。そして、主流路４４は、アノードガス還流流路３３の上流部に接続する。
【００２３】
また、圧送装置４０は、第１圧送部４１の下流側に第１下流側流路４７ａを備え、第２圧送部４２の下流側に第２下流側流路４７ｂを備える。また、これら第１下流側流路４７ａと第２下流側流路４７ｂとが合流する合流路４７を備える。そして、合流路４７は、アノードガス還流流路３３の下流部に接続する。
【００２４】
本実施形態では、第１圧送部４１と第２圧送部４２はＨＲＢであり、アノードガスの圧送を行う。
【００２５】
本実施形態では、氷点下環境下で凍結が発生しても自立起動を行える可能性を高めた圧送装置を構成するために、２つの圧送部とそこに接続する流路のレイアウトにより、一方の圧送部に液水が供給されるようにする。そのために、第１分岐流路４５は分岐部から鉛直上向きに延びて第１圧送部４１に接続され、第２分岐流路４６は分岐部から水平方向または水平方向より下向きに延びて第２圧送部４２に接続される。第２分岐流路４６は、略Ｌ字状の形状を有しており、水平部４６ｂと、水平部４６ｂに接続し直角に折れ曲がる折れ部４６ａと、折れ部４６ａから鉛直上方へと延びる鉛直部４６ｃとからなる。これにより、主流路４４を流れる液水Ｌが重力の影響により第２圧送部４２側へと流れるよう誘導することができる。
【００２６】
液水Ｌは、アノード極側に浸透してきた生成水等を含む液体であり、アノードガス排出流路３１に配置されるセパレータタンク３２で分離されずにアノードガス還流流路３３に侵入した水である。第１圧送部４１および第２圧送部４２は、アノードガスをアノード系内で循環させるために圧送を行うが、液水もこの力を受けて圧送装置４０に吸引される。ところが、第１分岐流路４５が鉛直上向きであるため、主流路４４を流れる液水Ｌは圧送部４１には殆ど流入せず、水平方向に延びる第２分岐流路４６に流入する。第２圧送部４２の吸引によって第２分岐流路４６への液水Ｌの流入が継続すると、やがて第２分岐流路４６の折れ部４６ａで液水Ｌによる流路の閉塞が発生する。その場合、第２圧送部４２の吸引力により折れ部４６ａ（閉塞部分）の前後で大きな差圧が発生し、液水Ｌの一部は第２圧送部４２へ吸い込まれる。この現象が繰り返されることで、主流路４４を流れる液水Ｌのうち、第１分岐流路４５を通じて第１圧送部４１に流入する液水Ｌの量が、第２分岐流路４６を通じて第２圧送部４２に流入する液水の量と比較して、少なくなる。したがって、圧送装置４０では、第１圧送部４１からはアノードガスが吐出され、第２圧送部４２からはアノードガスと液水Ｌが吐出されやすくなる。
【００２７】
第１圧送部４１より吐出されたアノードガスと、第２圧送部４２より吐出されたアノードガスおよび液水Ｌは、合流路４７を介してアノードガス還流流路３３に戻り、その後エゼクタ２４を通じて燃料電池スタック１０へ還流する。
【００２８】
上記の作用により、燃料電池システム１の運転中は、第１圧送部４１に送られる液水Ｌの量を第２圧送部４２に送られる液水Ｌの量と比較して少なくすることができる。このような状態で、燃料電池システム１が氷点下に晒され、かつ運転が停止させられると、液水Ｌが凍結する可能性がある。そうすると、圧送装置４０は液水Ｌが凍結した状態で起動しなければならない。しかしながら、第１圧送部４１に送られた液水Ｌの量は第２圧送部４２に送られた液水Ｌよりも少ないことから、第１圧送部４１では凍結した液水も少なくなるため、起動時において自立起動を行える可能性を高めることができる。また、第２圧送部４２は凍結した液水Ｌにより駆動できない可能性があるが、第１圧送部４１の動作に伴い圧送装置４０の温度が上昇すると、やがてその凍結は解消され、第２圧送部４２も動作を開始することができるようになる。このようにして、この実施形態の圧送装置４０は氷点下環境下において凍結が発生したとしても自立起動を行える可能性を高めることができる。また、このような圧送装置４０を備えた燃料電池システム１によれば、氷点下環境下でも圧送装置４０の自立起動を行える可能性を高めて、アノードガスの循環を行わせることができる。
【００２９】
上記の実施形態では、分岐部４３において第１分岐流路４５は鉛直上向きに延びているが、厳密に鉛直上向きでなくとも、分岐部４３における流路の方向の鉛直成分が水平成分より十分大きいものであれば同様に採用でき、同様の効果を奏する。
【００３０】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態における分岐部４３の周辺を説明する図である。以下の各実施形態において、先の実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図３に示されるように、第２実施形態において分岐部４３の流路断面積はその周辺の流路断面積よりも大きい。具体的には、分岐部４３の流路断面積は、第１分岐流路４５の流路断面積および第２分岐流路４６の流路断面積よりも大きくなっている。
【００３２】
このような構成を備えた圧送装置４０は、先の実施形態と同様の作用効果を得られるとともに、流路を流れる液水Ｌが増加した場合でも、分岐部４３の流路断面積が大きいため、第１分岐流路４５の入口に液水Ｌが到達しにくいことになる。そのため、第１圧送部４１への液水Ｌの流入を抑制するという効果をより高めることができる。
【００３３】
また、分岐部４３の流路断面積を大きくすることにより、分岐部４３で生じるアノードガスの圧力損失を低減し、圧送装置４０の性能を向上させることもできる。
【００３４】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態における圧送装置４０の概略構成図である。第３実施形態における圧送装置４０は、第１圧送部４１と第２圧送部４２が１つの駆動部４８によって駆動される。このように、第１圧送部４１と第２圧送部４２が１つの駆動部４８によって駆動されることで、先の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、圧送部毎に駆動部を設ける必要がない。そのため、圧送装置４０自体の小型化を図ることができるとともに、圧送装置４０の設計を容易化することができる。
【００３５】
以下、第１圧送部４１と第２圧送部４２を１つの駆動部４８で駆動する具体的構成の一例としてダイアフラム式圧縮機について説明する。
【００３６】
図５は、第３実施形態における圧送装置４０に組み込まれるダイアフラム式圧縮機５０の説明図である。ダイアフラム式圧縮機５０は、第１圧送部４１と第２圧送部４２と駆動部４８とを備える。
【００３７】
第１圧送部４１は、第１ダイアフラム４１ａと第１ハウジング４１ｂと吐出弁４１ｃと吸入弁４１ｄを備える。第２圧送部４２も、同様に、第２ダイアフラム４２ａと第２ハウジング４２ｂと吐出弁４２ｃと吸入弁４２ｄを備える。駆動部４８は、交流電源と接続される電磁コイル部４８ａと、電磁コイル部４８ａへの交流電源電圧の印加により図の左右方向に往復駆動される永久磁石が設けられた振動子４８ｂとを備える。
【００３８】
往復運動する振動子４８ｂの一端には、第１ダイアフラム４１ａが公知の固定手段により固定される。また、振動子４８ｂの他端には、第２ダイアフラム４２ａが公知の固定手段により固定される。そして、振動子４８ｂの往復運動に伴い、第１ダイアフラム４１ａおよび第２ダイアフラム４２ａが弾性変形し、ハウジング４１ｂ、４２ｂ内の圧縮室４１ｅ、４２ｅの容積が変化させられる。これにより、吸入弁４１ｄ、４２ｄおよび吐出弁４１ｃ、４２ｃを介して、アノードガスの吸入および吐出が行われる。
【００３９】
図６Ａは、低温時におけるダイアフラム式圧縮機５０の動作を説明する第１の図である。図６Ｂは、低温時におけるダイアフラム式圧縮機５０の動作を説明する第２の図である。図６Ａおよび図６Ｂには、前述の図５と同様の圧送装置４０が示されている。ただし、図６Ａおよび図６Ｂでは、第２圧送部４２の圧縮室４２ｅ内に、液水Ｌが流入し凍結している。
【００４０】
このような状況下でダイアフラム式圧縮機５０を動作させ、振動子４８ｂが図の右方向に移動した場合、少なくとも第２ダイアフラム４２ａは振動子４８ｂとの接続部分において弾性変形する（図６Ａ）。これにより、振動子４８ｂは、この弾性変形分だけ図の右方向に移動することができる。そして、第１ダイアフラム４１ａも右方向に弾性変形させることができる。このようにすることによって、少なくとも第１圧送部４１の圧縮室４１ｅの容積を減少させて、アノードガスの吐出を行うことができる。
【００４１】
なお、振動子４８ｂの右方向への移動に伴い第２ダイアフラム４２ａが凍結した液水Ｌから引きはがされた場合、ダイアフラム４２ａはより大きく弾性変形することが可能となる。
【００４２】
また、振動子４８ｂが図の左方向に移動した場合も、第２ダイアフラム４２ａは振動子４８ｂとの接続部分において圧縮されるように（つぶされるように）弾性変形する（図６Ｂ）。これにより、振動子４８ｂは、この弾性変形分だけ図の左方向に移動することができる。そして、第１ダイアフラム４１ａも左方向に弾性変形させることができる。このようにすることによって、少なくとも第１圧送部４１の圧縮室の４１ｅの容積を増大させて、アノードガスの吸入を行うことができる。
【００４３】
このように、圧送装置４０が上記のダイアフラム式圧縮機５０の場合であっても、先の実施形態と同様の構成の第１分岐流路４５および第２分岐流路４６を有するので、第１圧送部４１には第２圧送部４２よりも液水Ｌを少なくした状態で圧送装置４０を動作させることができる。そのため、氷点下環境下で運転を停止させ、その後再起動させる際にも、第１圧送部４１の凍結した液水を第２圧送部４２よりも少なくすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、弾性変形可能な第１ダイアフラム４１ａおよび第２ダイアフラム４２ａを用いたダイアフラム式圧縮機５０を採用する。これにより、第２圧送部４２の圧縮室４２ｅ内で液水Ｌが凍結した場合であっても、第２ダイアフラム４２ａが弾性変形できるので、振動子４８ｂは往復運動を行うことができる。そのため、少なくとも第１圧送部４１によるアノードガスの圧送を行うことができる。また、本実施形態では、上述したような汎用のダイアフラム式圧縮機の構造をそのまま流用することができるため、氷点下でも自立起動を行える可能性を高めた圧送装置４０を少ないコストで構成することが可能となる。
【００４５】
また、ダイアフラム式圧縮機５０では、電磁コイル部４８ａの近傍に第１圧送部４１と第２圧送部４２が配置されることになる。そのため、運転停止時に第２圧送部４２の圧縮室４２ｅ内で液水Ｌ凍結してしまった場合であっても、再起動の際、電磁コイル部４８ａの発熱により速やかにその凍結を解消することができる。
【００４６】
このような圧送装置４０を備えた図１の燃料電池システム１は、氷点下環境下でも自立起動を行える可能性を高めることができる。この燃料電池システム１は、ヒータによる圧送装置４０の加熱や、燃料電池スタック１０からの圧送装置４０への熱供給がなくとも始動できるため、エネルギー効率の向上を図ることができるとともに、起動時間を短縮できるという効果をも奏する。
【００４７】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態におけるダイアフラム式圧縮機５０の説明図である。第４実施形態において、先の実施形態と異なっているのは、第１ダイアフラム４１ａの面積と第２ダイアフラム４２ａ’の面積とが異なる点である。より具体的には、第２ダイアフラム４２ａ’の面積は、第１ダイアフラム４１ａの面積よりも大きくなっている。また、これにあわせて、第２ダイアフラム４２ａ’を収容する第２ハウジング４２ｂ'も第１ハウジング４１ｂよりも大きくされている。そして、第２圧送部４２の圧縮室４２ｅ’も第１圧送部４１の圧縮室４１ｅよりも大きくされている。
【００４８】
このようにすることにより、第１圧送部４１と第２圧送部４２との圧送性能を異ならせることができる。そして、第１圧送部４１と第２圧送部４２の圧送性能を異ならせることにより、システムの要求負荷に対して、より広い範囲で対応することができる。
【００４９】
また、第２ダイアフラム４２ａの面積が大きいため、第２圧送部４２に液水Ｌが流入し凍結した場合であっても第２ダイアフラム４２ａの弾性変形をより許容しやすくすることができる。そして、凍結後の起動直後における第１圧送部４１の圧送性能を向上させることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
第５実施形態として、第１圧送部４１と第２圧送部４２は異なる圧送特性を有するものとすることができる。例えば、容量の異なるものや、種類の異なる圧縮機を組み合わせて用いることできる。そして、それぞれの圧送部４１，４２として、その役割に応じた圧縮機等を採用することもできる。
【００５１】
より具体的には、例えば、液水の凍結可能性のある第２圧送部４２として、故障しにくく比較的安価なダイアフラム式圧縮機を用い、液水が侵入しにくい第１圧送部４１として比較的高価で高性能なルーツ式圧縮や、過流式、スクロール式、ターボ式等の圧縮機またはブロアを用いることができる。これにより、高性能な部品の故障しにくさを確保して、燃料電池システム１のコストを削減できる。
【００５２】
また、上記のように、第１圧送部４１と第２圧送部４２の圧送特性を異ならせるのみならず、圧送開始のタイミングを異ならせることもできる。
【００５３】
図８は、２つの圧送部の圧送特性を異ならせたときにおける循環流量のグラフである。図８には、負荷に対する循環流量が示されている。また、図８には、要求流量と、第１圧送部４１による流量と、第２圧送部４２による流量が示されている。
【００５４】
図８に示される循環流量を発揮する圧送装置４０は、第１圧送部４１と第２圧送部４２とで互いに異なる圧送特性を有するとともに、負荷に対して圧送開始のタイミングが異なるよう構成されている。具体的には、第１圧送部４１は動作初期から所定の循環流量を有するものの、その後の圧送能力はさほど上昇しない。一方、第２圧送部４２は、動作初期から徐々にその循環流量を増している。
【００５５】
ここでは、このような圧送特性を有する第１圧送部４１と第２圧送部４２とを組み合わせて圧送装置４０を構成し、第２圧送部４２の動作開始タイミングを所定の負荷以上となったタイミングとしている。このようにすることによって、負荷が軽いときにおいては、第１圧送部４１のみが動作してその要求流量に対応する。その後、負荷が所定の負荷以上となったときには、第２圧送部４２も動作を開始する。このようにすることによって、負荷が所定の負荷以上となったときには、第１圧送部４１と第２圧送部４２の動作により、その要求流量に対応する。このように負荷が軽いときにおいては、第１圧送部４１のみを動作させるので、省電力化を図ることができる。また、上記のような構成により第２圧送部４２が凍結した場合でも、要求流量を満たすように動作させることもできる。
【００５６】
（その他の実施形態）
本発明の圧送装置４０および燃料電池システム１は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各構成部材の形状、個数および材質等々を適宜変更することが可能である。例えば、圧送装置４０については、圧送部の性能、配置、向き、寸法、流路の断面形状などを適宜変更することができる。
【００５７】
また、本発明の圧送装置４０を構成する圧送部および圧送部と接続される流路のレイアウトに関しても、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能である。
【００５８】
図９Ａは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第１の図である。図９Ａに示されるように、たとえば、２つの圧送部４１、４２を鉛直方向に並べる場合、第１圧送部４１への分岐流路に鉛直上向きの部分を設けてもよい。具体的には、分岐部４３から分岐した第１分岐流路４５が鉛直上方に延びた後、水平方向に延びる方向に折れ、第１圧送部４１に接続する。また、分岐部４３から分岐した第２分岐流路４６が鉛直下方に延びた後、水平方向に延びる方向に折れ、第２圧送部４２に接続する。
【００５９】
図９Ｂは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第２の図である。圧送部４１、４２を斜めに配置する場合も、同様に第１圧送部４１への分岐流路に鉛直上向きの部分を設けるとよい。具体的には、分岐部４３から分岐した第１分岐流路４５が鉛直上方に延びた後、第１圧送部４１に接続する。また、分岐部４３から分岐した第２分岐流路４６が水平方向に延び第２圧送部４２に接続する。
【００６０】
図９Ｃは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第３の図である。図９Ｃにおいて、主流路４４は斜め上方に向かって延びている。そして、主流路４４の分岐部４３から分岐した第１分岐流路４５が鉛直上方に向かって延び、第１圧送部４１に接続する。また、主流路４４の分岐部４３から分岐した第２分岐流路４６が斜め下方に向かって延びた後、鉛直上方に延びる方向に折れ、第２圧送部４２に接続する。
【００６１】
図９Ｄは、圧送部と流路のレイアウトのバリエーションを説明する第４の図である。図９Ｄにおいて、主流路４４は水平方向に向かって延びている。そして、主流路４４の分岐部４３から分岐した第１分岐流路４５が鉛直上方に向かって延び、第１圧送部４１に接続する。また、主流路４４の分岐部４３から分岐した第２分岐流路４６が斜め下方に向かって延びた後、鉛直上方に延びる方向に折れ、第２圧送部４２に接続する。
【００６２】
図９Ｃおよび図９Ｄに示されるように、第２圧送部４２への分岐流路が水平方向より下向きの場合は、液水Ｌを折れ部に溜めやすくなり、例えば第１実施形態と比較すると、第２圧送部４２への液水Ｌの吸引がされやすくなるという効果を奏する。さらに、主流路４４の向きも自由に設定でき、上記実施形態で示した水平方向の他に、鉛直方向や斜め方向とした形態も可能である。
【００６３】
また、上記の各実施形態においては、本発明の圧送装置４０の使用例として液水を含むアノードガスの圧送を示したが、勿論その組み合わせに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲の気体と液体の組み合わせにおいて、本発明の圧送装置４０を適用可能である。
【００６４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００６５】
１            燃料電池システム
１０          燃料電池スタック（燃料電池）
３３          アノードガス還流流路（還流流路）
４０          圧送装置
４１          第１圧送部
４１ａ        第１ダイアフラム
４１ａ        第１ハウジング
４１ｃ，４２ｃ       吐出弁
４１ｄ，４２ｄ       吸入弁
４１ｅ，４２ｅ       圧縮室
４２          第２圧送部
４２ａ        第２ダイアフラム
４２ｂ        第２ハウジング
４３          分岐部
４４          主流路
４５          第１分岐流路
４６          第２分岐流路
４６ａ        折れ部
４６ｂ        水平部
４６ｃ        鉛直部
４７          合流路
４７ａ        第１下流側流路
４７ｂ        第２下流側流路
４８          駆動部
４８ａ        電磁コイル部
４８ｂ        振動子
５０          ダイアフラム式圧縮機
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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