(57)【要約】【課題】  流量の急な変化や流量制御の不安定性が生じる虞を未然に防止できるようにする。【解決手段】  ４台の小容量ポンプを並列接続して燃料昇圧ポンプを形成する。燃料昇圧ポンプに要求される負荷の増加に応じて第１の小容量ポンプに加えて、第２の小容量ポンプ、第３の小容量ポンプ、第４の小容量ポンプを順次起動させるときに、新たに起動させる小容量ポンプを、安定した流量制御が可能な領域となる個別定格出力の４０％の出力で立ち上げるようにする。同時に、既に稼動している小容量ポンプの出力を、個別定格出力の４０％分だけ低減させ、この出力の低減分により、新たに起動させる小容量ポンプで立ち上がる出力の増加分を吸収させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のポンプを並列接続してなり、且つ、要求される負荷の増減に応じて上記各ポンプの稼働台数と稼働中のポンプの出力を適宜増減させるようにしてあるポンプ装置にて、要求される負荷の増加に応じて既に稼動しているポンプに加えて新たなポンプを起動させるときに、該新たに起動させるポンプを、該ポンプにおける安定した流量制御が可能な出力領域となる所要出力で立ち上がるよう起動させ、同時に、上記既に稼働中のポンプの出力を、上記新たに起動させるポンプで立ち上がる出力に相当する分低減させるようにすることを特徴とするポンプ装置の流量制御方法。
【請求項２】
オン・オフ制御型のポンプと、可変流量型のポンプとを並列接続してなるポンプ装置にて、上記オン・オフ制御型のポンプを常時稼動させると共に、要求される負荷と、上記オン・オフ制御型のポンプの稼動により得られる流量との差分に応じて上記可変流量型のポンプの出力を制御するようにすることを特徴とするポンプ装置の流量制御方法。
【請求項３】
複数台のポンプを並列接続してなるポンプ装置と、制御器とを備え、該制御器を、要求される負荷の増減に応じて上記ポンプ装置における各ポンプの稼働台数と稼働中のポンプの出力を適宜増減させ、且つ要求される負荷の増加に応じて既に稼動しているポンプに加えて新たなポンプを起動させるときに、該新たに起動させるポンプを、該ポンプにおける安定した流量制御が可能な出力領域となる所要出力で立ち上がるよう起動させ、同時に、上記既に稼働中のポンプの出力を、上記新たに起動させるポンプで立ち上がる出力に相当する分低減させるよう指令を発するような機能を備えた構成としてなることを特徴とするポンプ装置の流量制御装置。
【請求項４】
オン・オフ制御型のポンプと可変流量型のポンプとを並列接続してなるポンプ装置と、制御器とを備え、制御器を、上記オン・オフ制御型のポンプを常時稼動させると共に、要求される負荷と、上記オン・オフ制御型のポンプの稼動により得られる流量との差分に応じて上記可変流量型のポンプの出力を制御する機能を備えた構成としてなることを特徴とするポンプ装置の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置における燃料処理装置へ改質用の原料を昇圧して供給するためのポンプや、上記燃料処理装置のＣＯ選択酸化反応器へ空気を供給するためのポンプとして用いるポンプ装置の流量を最適に制御できるようにするためのポンプ装置の流量制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、１００℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。
【０００３】
上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、図６に示す如く、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）２とアノード（燃料極）３の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ（図示せず）を介し積層してスタックとしてなる構成として固体高分子型燃料電池１を形成する。上記固体高分子型燃料電池１におけるアノード３の入口側には、改質器５、低温シフトコンバータ６、ＣＯ選択酸化反応器（ＣＯ除去器）７を順に備えてなる燃料処理装置４と、加湿器８を設けている。これにより、燃料供給部より供給される都市ガス（天然ガス）やＬＰＧ等の改質用の原料（原燃料）９を、脱硫器１０にて脱硫した後、原料予熱器（原燃料気化器）１１にて予熱してから、水蒸発器１２より導かれる水蒸気１３と共に上記燃料処理装置４へ供給して、該燃料処理装置４の改質器５にておよそ７００℃前後に加熱して水蒸気改質を行わせるようにしてある。得られる改質ガス（燃料ガス）１４は、低温シフトコンバータ６に導いておよそ２５０℃前後まで温度低下させてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ選択酸化反応器７にておよそ１５０℃前後まで温度低下させてＣＯ除去処理するようにしてある。
しかる後、上記燃料処理装置４より送出される改質ガス１４が、加湿器８にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード２の入口側には、酸化ガスとして空気１５が、空気ブロワ１６で加圧された後、上記加湿器８を経てから供給されるようにしてある。
【０００４】
かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池１にて、アノード３側に供給される改質ガス１４中の水素と、カソード２側に供給される空気１５中の酸素とを電気化学反応（燃料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。
【０００５】
上記固体高分子型燃料電池１による燃料電池反応の後、アノード３の出口より排出されるアノードオフガス１７には未反応の水素が残存している。そのために、上記アノードオフガス１７は、上記燃料処理装置４の改質器５に付設された図示しないバーナへ導いて燃焼させて、上記改質器５の改質室にて吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用するようにしてある。
【０００６】
更に、上記アノードオフガス１７の発熱量が小さいことに鑑みて、上記燃料処理装置４のバーナには、燃料供給部より供給される都市ガスやＬＰＧ等の原料９の一部を追焚き燃料９ａとして供給して燃焼させることにより、上記燃料処理装置４を運転して改質器５にて原料９の水蒸気改質を行わせる際に、上記アノードオフガス１７の発熱量のみでは不足する熱量を補うようにしてある。１８は固体高分子型燃料電池１における冷却部である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
ところで、上記固体高分子型燃料電池発電装置における燃料処理装置４の改質器５へ都市ガスやＬＰＧ等の改質用の原料９を供給する場合には、改質器５における改質室中には触媒が密に充填されているために、上記原料９を燃料昇圧ポンプにて所要の圧力に加圧してから上記燃料処理装置４へ送るようにしてある。
【０００８】
更に、上記燃料昇圧ポンプには、上記固体高分子型燃料電池発電装置における固体高分子型燃料電池１の出力の制御等に関連して、上記燃料処理装置４へ供給する原料９の最小流量を、定格流量の１０％程度の低流量に設定しても安定して制御できるような非常に大きいターンダウン比が要求される。
【０００９】
又、上記燃料電池発電装置における燃料処理装置４のＣＯ選択酸化反応器７には、水素過剰となっている改質ガス１４中のＣＯを選択的に酸化させるために酸素を供給する必要があり、この酸素の供給源として、空気ポンプを用いて空気を所要圧力に加圧して供給するようにしてある。上記ＣＯ選択酸化反応器７用の空気ポンプには、上記固体高分子型燃料電池１の出力制御に関連して、最小流量を定格流量の５０％程度に設定できるようなターンダウン比が要求されると共に、高圧条件の下で正確な流量制御を行えるようにすることが要求されている。
【００１０】
なお、所要容量のポンプを複数台並列接続してなる構成を備えた装置において、要求される負荷（ポンプ流量）の増減に応じて、上記並列接続されている複数台のポンプのうちの稼動させるポンプの台数を適宜増減させることで、稼動中のポンプの流量の総和により上記要求される負荷に応じた流量を得ることができるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献２、特許文献３参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２７６３４号公報
【特許文献２】特開平８−２６１１９０号公報
【特許文献３】特開平７−３３２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、一般に、ポンプは定格出力の３０〜３５％以下では安定した流量制御を行うことが困難である。又、一般に、ポンプの起動時には、該ポンプの出力を徐々に高めて行くと、ある時点で流量０の状態から所要流量まで急に流量が立ち上がる傾向があり、一方、ポンプの停止時には、上記ポンプの起動時とは逆に、ポンプの出力を徐々に減じて行くと、ある程度まで出力が絞られた時点で所要流量から流量０に流量が急に低下するという傾向がある。そのため、ポンプの流量を、流量０付近で連続的に増減させることは難しい。
【００１３】
そのために、上述した燃料電池発電装置における燃料処理装置４へ原料９を供給する燃料昇圧ポンプに求められるような、定格流量の１０％程度の低流量にも設定可能となる非常に大きなターンダウン比を、単一のポンプで得ることは困難である。
【００１４】
又、上記特許文献２に示されているように、複数台のポンプを並列接続してなる構成を備えた装置にて、要求される負荷の増減に応じて稼動させるポンプの台数を適宜増減させるようにすれば、ポンプを１台のみ運転して得られる流量から、すべてのポンプを運転するときの流量の総和として得られる流量まで変化させることができて、非常に大きいターンダウン比を達成することが可能になると考えられる。しかし、上記並列接続されている個々のポンプごとには、上記したような各ポンプの定格出力の３０〜３５％以下では安定した流量制御を行うことが困難であるという問題や、起動時及び停止時には急な流量変化が生じ易いという問題がある。そのため、要求される負荷の増加に応じて未稼働のポンプを新たに起動させるときには、該新たに起動されるポンプの出力が所要流量まで急に立ち上がることで、流量の総和が急に変化する虞が懸念される。又、上記新たに起動したポンプの出力が、該ポンプ自体の定格出力の３０〜３５％以下となっている間は、上記新たに起動したポンプの流量の制御が不安定となることに伴って、流量の総和の制御も不安定化される虞がある。一方、要求される負荷の減少に応じて稼働中のポンプのうちの１台のポンプを停止させるときには、該停止させるべきポンプの出力がある程度絞られた時点で該ポンプの流量が所要流量から流量０まで急に低下されるようになることに伴って、流量の総和も急に変化する虞が懸念される。又、上記ポンプの出力が絞られて該ポンプの定格出力の３０〜３５％以下の領域となると、流量制御の不安定化が生じるようになるため、流量の総和の制御も不安定化される虞が生じる。
【００１５】
なお、特許文献３に記載されたものは、並列接続された複数台のポンプの運転を制御して流量の総和を制御するときに、個々のポンプの吐出量と実揚程と使用電力との関係を予め調べておき、ポンプ全体に要求される揚程や流量を達成するときに、使用電力の総和が最小となるように稼動させるポンプの台数や個々のポンプの出力の組み合わせを決定するようにしたもので、個々のポンプの起動や停止時に生じる流量の急な変化の影響を受けて流量の総和が急に変化する虞が生じるという問題点を解消できるようにしたり、あるポンプの出力が該ポンプの定格出力の３０〜３５％以下となっていて安定した流量の制御が行えなくなることに起因して、流量の総和の制御が不安定化されるという問題点を解消させる考えについてはなんら示されていない。
【００１６】
そこで、本発明は、要求される負荷に比して定格の小さいポンプを複数台並列接続してなる構成のポンプ装置を用いて、上記要求される負荷の増減に応じた最適な流量制御を行うことができるようにし、更に、上記要求される負荷の増減に応じて一部のポンプを起動させたり、停止させるときにも流量の総和の急な変化や、流量の総和の制御の不安定性が生じる虞を解消できるポンプ装置の流量制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するために、複数台のポンプを並列接続してなり、且つ、要求される負荷の増減に応じて上記各ポンプの稼働台数と稼働中のポンプの出力を適宜増減させるようにしてあるポンプ装置にて、要求される負荷の増加に応じて既に稼動しているポンプに加えて新たなポンプを起動させるときに、該新たに起動させるポンプを、該ポンプにおける安定した流量制御が可能な出力領域となる所要出力で立ち上がるよう起動させ、同時に、上記既に稼働中のポンプの出力を、上記新たに起動させるポンプで立ち上がる出力に相当する分低減させるようにするポンプ装置の流量制御方法、及び、複数台のポンプを並列接続してなるポンプ装置と、制御器とを備え、該制御器を、要求される負荷の増減に応じて上記ポンプ装置における各ポンプの稼働台数と稼働中のポンプの出力を適宜増減させ、且つ要求される負荷の増加に応じて既に稼動しているポンプに加えて新たなポンプを起動させるときに、該新たに起動させるポンプを、該ポンプにおける安定した流量制御が可能な出力領域となる所要出力で立ち上がるよう起動させ、同時に、上記既に稼働中のポンプの出力を、上記新たに起動させるポンプで立ち上がる出力に相当する分低減させるよう指令を発するような機能を備えた構成としてなるポンプ装置の流量制御装置とする。
【００１８】
又、オン・オフ制御型のポンプと、可変流量型のポンプとを並列接続してなるポンプ装置にて、上記オン・オフ制御型のポンプを常時稼動させると共に、要求される負荷と、上記オン・オフ制御型のポンプの稼動により得られる流量との差分に応じて上記可変流量型のポンプの出力を制御するようにするポンプ装置の流量制御方法、及び、オン・オフ制御型のポンプと可変流量型のポンプとを並列接続してなるポンプ装置と、制御器とを備え、制御器を、上記オン・オフ制御型のポンプを常時稼動させると共に、要求される負荷と、上記オン・オフ制御型のポンプの稼動により得られる流量との差分に応じて上記可変流量型のポンプの出力を制御する機能を備えた構成としてなるポンプ装置の流量制御装置とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。  
（１）複数台のポンプを並列接続してなり、且つ、要求される負荷の増減に応じて上記各ポンプの稼働台数と稼働中のポンプの出力を適宜増減させるようにしてあるポンプ装置にて、要求される負荷の増加に応じて既に稼動しているポンプに加えて新たなポンプを起動させるときに、該新たに起動させるポンプを、該ポンプにおける安定した流量制御が可能な出力領域となる所要出力で立ち上がるよう起動させ、同時に、上記既に稼働中のポンプの出力を、上記新たに起動させるポンプで立ち上がる出力に相当する分低減させるようにするポンプ装置の流量制御方法及び装置としてあるので、上記新たに起動させるポンプによる出力の増加分を、上記既に稼動されているポンプの出力の低減分により吸収させることができる。このため、ポンプを新たに起動させる時点の前後でポンプ装置全体での流量が急に変化する虞を未然に防止できる。又、上記新たに起動させるポンプは、安定した流量の制御が可能な出力で立ち上げるようにしてあるため、ポンプを新たに起動させるときに流量の制御が不安定化する虞も未然に防止できる。したがって、ポンプ装置全体では、要求される負荷の変化に応じてスムーズに流量を変化させることが可能となる。  
（２）ターンダウン比の小さいポンプを複数組み合わせることにより、全体として非常に大きなターンダウン比を得ることが可能なポンプ装置を構築することが可能となる。  
（３）オン・オフ制御型のポンプと、可変流量型のポンプとを並列接続してなるポンプ装置にて、上記オン・オフ制御型のポンプを常時稼動させると共に、要求される負荷と、上記オン・オフ制御型のポンプの稼動により得られる流量との差分に応じて上記可変流量型のポンプの出力を制御するようにするポンプ装置の流量制御方法及び装置とすることにより、要求される負荷に比して一台では流量が足りない可変流量型のポンプに、所要の出力のオン・オフ制御型のポンプを組み合わせてなる形式のポンプ装置にて、上記要求される負荷を満たすように流量を制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）及び図２は本発明のポンプ装置の流量制御方法及び装置の実施の一形態として、図６に示したと同様の構成としてある燃料電池発電装置における燃料処理装置４へ改質用の原料９（図６参照）を供給するための燃料昇圧ポンプ１９に適用する場合を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２２】
すなわち、本実施の形態におけるポンプ装置としての燃料昇圧ポンプ１９は、図２に一例を示す如く、要求される負荷に対応するために該燃料昇圧ポンプ１９に必要とされる定格出力、定格流量（以下、総定格出力、総定格流量という）に比して出力の小さい所要台数の小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを、並列に接続してなる構成とする。
更に、上記各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、その定格出力（以下、個別定格出力という）が、図１（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示す如く、１台の小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを流量の安定した制御が可能な出力、すなわち、個別定格出力の３０〜３５％以下とならない領域の出力で運転することによって、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体に所望される最小流量を達成できるように設定する。具体的には、上記燃料昇圧ポンプ１９に所望される最小流量が、総定格流量の１０％である場合、たとえば、上記各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの個別定格出力を、上記燃料昇圧ポンプ１９の上記総定格出力の２５％となるようにそれぞれ設定すればよい。これにより、１台の小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを個別定格出力の４０％で運転するときの出力が、上記燃料昇圧ポンプ１９の総定格出力の１０％の出力に相当するようにしてある。
【００２３】
又、上記小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを並列接続する台数は、該各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄをすべて個別定格流量で運転するときに得られる流量の総和が、上記燃料昇圧ポンプ１９の総定格流量を満たすように設定する。具体的には、上記したように各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの個別定格出力が上記燃料昇圧ポンプ１９の総定格出力の２５％となるよう設定してあることに鑑みて、並列接続すべき台数は４台とすればよい。これにより、該各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの個別の定格流量の総和によって、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の定格流量を満たすことができるようにしてある。なお、本明細書では説明の便宜上、各ポンプは内部損失を無視できるものとして、出力の割合に一致した割合の流量で運転できるものとする。
【００２４】
更に、燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷の変化に応じて上記各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ指令を与える制御器２１を備える。
【００２５】
詳述すると、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が、該燃料昇圧ポンプ１９の総定格出力の０〜２５％の間は、図１（イ）に示すように、第１の小容量ポンプ２０ａにのみ指令を与えて、該第１の小容量ポンプ２０ａの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。この際、上記第１の小容量ポンプ２０ａを流量０の状態から起動させるときには、その出力を徐々に高めていくと、ある時点、たとえば、総定格出力の５％の出力となる時点で所要の流量が急に立ち上がるようになると共に、該第１の小容量ポンプ２０ａの出力が個別定格出力の３０〜３５％以下の状態では、該第１の小容量ポンプ２０ａにおける流量制御が不安定化する可能性がある。しかし、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体で要求される最小流量は、総定格流量の１０％であって、これは、上記第１の小容量ポンプ２０ａを個別定格出力の４０％の出力とするときの流量に相当するため、この流量付近でも上記第１の小容量ポンプ２０ａにより安定した流量の制御を行うことが可能となる。以上により、図１（ホ）に示す如く、上記燃料昇圧ポンプ１９の実流量を、総定格流量の１０％程度から２５％の領域で上記要求される負荷に応じて良好に制御することができるようになる。
【００２６】
次に、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の２５％に達すると、上記第１の小容量ポンプ２０ａが個別定格出力に到達するようになる。このため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が、総定格出力の２５％を越えるときには、図１（ロ）に示す如く、第２の小容量ポンプ２０ｂへ指令を発して、該第２の小容量ポンプ２０ｂを、安定した流量制御が可能な領域の出力、たとえば、個別定格出力の４０％の出力まで一気に立ち上げて起動させる。更に、上記制御器２１は、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの起動と同時に、図１（イ）に示す如く、その時点で既に稼働中の小容量ポンプである上記第１の小容量ポンプ２０ａの出力を、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの起動時に立ち上がる出力に相当する分、すなわち個別定格出力の４０％分だけ一旦低減させる。これにより、上記第１の小容量ポンプ２０ａの出力が個別定格出力の６０％まで低減されるため、この第１の小容量ポンプ２０ａの出力の減少分によって、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの起動に伴う出力の増加分が吸収される。したがって、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの起動時においても、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の流量に急な変化が生じる虞はない。
【００２７】
その後、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の２５〜３５％の間は、上記制御器２１は、図１（イ）（ロ）に示す如く、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの出力を個別定格出力の４０％に保持させたまま、該第２の小容量ポンプ２０ｂの起動時に個別定格出力の６０％まで出力を一旦低減させた上記第１の小容量ポンプ２０ａの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。更に、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の３５％に達すると、上記第１の小容量ポンプ２０ａの出力が個別定格出力に再び達するようになる。そのため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の３５〜５０％の間は、上記第１の小容量ポンプ２０ａの出力を個別定格出力に保持させたまま、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。以上により、図１（ホ）に示す如く、流量制御が安定して行われる上記第１と第２の小容量ポンプ２０ａと２０ｂの流量の和により、上記燃料昇圧ポンプ１９の実流量を、総定格流量の２５〜５０％の領域で上記要求される負荷に応じて良好に制御することができるようになる。
【００２８】
次いで、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の５０％に達すると、上記第１の小容量ポンプ２０ａに続いて上記第２の小容量ポンプ２０ｂも個別定格出力に到達するようになる。このため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の５０％を越えるときには、図１（ハ）に示す如く、第３の小容量ポンプ２０ｃへ、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの起動時と同様に指令を発して、該第３の小容量ポンプ２０ｂを、安定した流量制御が可能な個別定格出力の４０％の出力まで一気に立ち上げて起動させる。同時に、上記制御器２１は、その時点で既に稼働中の各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂのうち、たとえば、第２の小容量ポンプ２０ｂの出力を、図１（ロ）に示す如く、個別定格出力の４０％分だけ一旦低減させる。これにより、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの出力が個別定格出力の６０％まで低減され、この第２の小容量ポンプ２０ｂの出力の減少分により、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの起動に伴う出力の増加分が吸収される。したがって、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの起動時においても、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の流量に急な変化が生じる虞はない。
【００２９】
その後、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の５０〜６０％の間は、上記制御器２１は、図１（イ）（ロ）（ハ）に示す如く、上記第１の小容量ポンプ２０ａを個別定格出力に、又、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの出力を個別定格出力の４０％にそれぞれ保持させたまま、該第３の小容量ポンプ２０ｂの起動時に出力を一旦低減させた上記第２の小容量ポンプ２０ｂの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。更に、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の６０％に達すると、上記第２の小容量ポンプ２０ｂの出力が、個別定格出力に再び達するようになる。このため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９全体に要求される負荷が総定格出力の６０〜７５％の間は、上記第１と第２の小容量ポンプ２０ａと２０ｂの出力を個別定格出力に保持させたまま、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。以上により、図１（ホ）に示す如く、流量制御が安定して行われる上記第１と第２と第３の小容量ポンプ２０ａと２０ｂと２０ｃの流量の総和により、上記燃料昇圧ポンプ１９の実流量を、総定格流量の５０〜７５％の領域で上記要求される負荷に応じて良好に制御することができるようになる。
【００３０】
更に又、上記燃料昇圧ポンプ１９全体に要求される負荷が総定格出力の７５％に達すると、上記第１と第２の小容量ポンプ２０ａと２０ｂに続いて上記第３の小容量ポンプ２０ｃも定格出力に到達するようになる。このため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９全体に要求される負荷が総定格出力の７５％を越えるときには、図１（ニ）に示す如く、第４の小容量ポンプ２０ｄへ、上記第２と第３の小容量ポンプ２０ｂと２０ｃの起動時と同様に指令を発して、該第４の小容量ポンプ２０ｄを、安定した流量制御が可能な個別定格出力の４０％の出力まで一気に立ち上げて起動させる。同時に、上記制御器２１は、その時点で既に稼働中の各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうち、たとえば、第３の小容量ポンプ２０ｃの出力を、図１（ハ）に示す如く、個別定格出力の４０％分だけ一旦低減させる。これにより、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの出力が個別定格出力の６０％まで低減され、この出力の減少分により、上記第４の小容量ポンプ２０ｄの起動に伴う出力の増加量が吸収されるため、該第４の小容量ポンプ２０ｄの起動時においても、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の流量に急な変化が生じる虞はない。
【００３１】
その後、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の７５〜８５％の間は、上記制御器２１は、図１（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示す如く、上記第１と第２の小容量ポンプ２０ａと２０ｂを個別定格出力に、又、上記第４の小容量ポンプ２０ｄの出力を個別定格出力の４０％にそれぞれ保持させたまま、該第４の小容量ポンプ２０ｄの起動時に出力を一旦低減させた上記第３の小容量ポンプ２０ｃの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。しかる後、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の８５％に達すると、上記第３の小容量ポンプ２０ｃの出力が、個別定格出力に再び到達するようになる。このため、上記制御器２１は、上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が総定格出力の８５〜１００％の間は、上記第１と第２と第３の小容量ポンプ２０ａと２０ｂと２０ｃの出力を個別定格出力に保持させたまま、上記第４の小容量ポンプ２０ｄの出力を、上記要求される負荷の増加量に応じて増加させるようにする。以上により、図１（ホ）に示す如く、流量制御が安定して行われる上記各小容量ポンプ２０ａと２０ｂと２０ｃと２０ｄの流量の総和により、上記燃料昇圧ポンプ１９の実流量を、総定格流量の７５〜１００％の領域で上記要求される負荷に応じて良好に制御することができるようになる。
【００３２】
上記燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷が、総定格出力の１００％から１０％まで減少する場合は、上述した要求される負荷が増加するときとは逆の手順で各小容量ポンプ２０ｄ，２０ｃ，２０ｂ，２０ａの個別の出力を順次低下させると共に、出力低下させた小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから順次停止させて、稼働中のポンプ数を順次減じるように制御するようにすればよい。このようにすれば、各ポンプ２０ｄ，２０ｃ，２０ｂを順に停止させるときには、それぞれ個別定格出力の４０％の出力として安定した流量制御が可能な状態から一気に停止させることができるため、これらの小容量ポンプ２０ｄ，２０ｃ，２０ｂの出力を低下させることに起因して、上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の流量の制御が不安定化される虞はない。更に、上記各小容量ポンプ２０ｄと２０ｃと２０ｂを個別定格出力の４０％の出力状態から停止させるときには、稼働中の小容量ポンプ２０ｃと２０ｂと２０ａのうち、１つの小容量ポンプ２０ｃ，２０ｂ，２０ａを予め個別定格出力の６０％の出力状態となるまで出力を低減させておき、上記各小容量ポンプ２０ｄ，２０ｃ，２０ｂの停止と同時に、上記予め出力を低減させておいた小容量ポンプ２０ｃ，２０ｂ，２０ａの出力を個別定格出力の１００％まで回復させることで、上記各小容量ポンプ２０ｄ，２０ｃ，２０ｂの停止の前後で上記燃料昇圧ポンプ１９の全体の流量が急に変化する虞は未然に防止される。
【００３３】
なお、図２において図６に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３４】
このように、本発明のポンプ装置の流量制御方法及び装置によれば、以上のようにして各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの制御を行うことにより、上記燃料昇圧ポンプ１９全体での流量制御を良好に実施できる。しかも、上記各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、たとえ、ポンプ単体で個別定格出力の３０〜３５％以下の領域で流量制御の不安定性を生じたり、起動、停止時に急な流量変化を生じるようなポンプ特性を有しているとしても、図１（ホ）に示す如く、上記燃料昇圧ポンプ１９全体では、要求される負荷の変化に応じてスムーズに流量を変化させることができる。
【００３５】
更に、上記燃料昇圧ポンプ１９は、総定格流量の１０％程度の低流量であっても、安定した流量制御を行うことが可能なものとすることができる。したがって、ターンダウン比の小さい小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを組み合わせることにより、全体として非常に大きなターンダウン比を得ることができる燃料昇圧ポンプ１９として機能させることが可能となる。
【００３６】
上記においては、燃料昇圧ポンプ１９に要求される負荷の増加に伴って既に稼働中の小容量ポンプ２０ａに加えて新たな小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを順次起動させるときには、該新たに起動される小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの出力の増加分を、前回起動させた小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの出力を低減させて吸収させるものとして説明したが、たとえば、図３（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）に示すように、第３と第４の小容量ポンプ２０ｃと２０ｄを起動させるときにも、第１の小容量ポンプ２０ａの出力を低減させることで、上記第３と第４の小容量ポンプ２０ｃと２０ｄの起動時の出力の増加分をそれぞれ吸収させるようにする等、新たな小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを起動させる時点で既に稼動中となっている小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうち、いずれの出力を低下させるようにしてもよい。
【００３７】
次いで、図４及び図５は本発明の実施の他の形態を示すもので、流量制御対象となるポンプ装置として、図６に示したと同様の構成としてある燃料電池発電装置における燃料処理装置４のＣＯ選択酸化反応器７（図６参照）へ空気２６を供給するための空気ポンプ２２に適用する場合を示すもので、以下のような構成としてある。
【００３８】
すなわち、ポンプ装置としての空気ポンプ２２は、図５に示す如く、該空気ポンプ２２の全体に必要とされる定格出力、定格流量（以下、総定格出力、総定格流量という）に対し、最大流量が上記総定格流量比で７５％となる可変流量ポンプ２３と、最大流量が上記総定格流量に比して２５％となるオン・オフ制御ポンプ２４とを並列接続してなる構成とする。
【００３９】
更に、上記空気ポンプ２２全体に要求される負荷に応じて上記可変流量ポンプ２３と、オン・オフ制御ポンプ２４へ指令を与える制御器２５を備える。
【００４０】
上記制御器２５の制御内容について詳述すると、該制御器２５は、上記ＣＯ選択酸化反応器７用の空気ポンプ２２に要求される最小流量が、総定格流量の５０％程度であることに鑑みて、上記空気ポンプ２２に、図４に線ａで示す如く、燃料電池出力の割合に応じて総定格流量の５０〜１００％の間の所要の負荷が要求されると、上記オン・オフ制御ポンプ２４を常時起動状態とし、更に、上記要求される負荷と、上記オン・オフ制御ポンプ２４より得られる上記総定格流量の２５％の流量との差に応じて、上記流量可変流量ポンプ２３に指令を与えるようにしてある。これにより、図４に線ｂで示す如く、上記オン・オフ制御ポンプ２４からは、総定格流量の２５％の流量が常時得られると共に、図４に線ｃで示す如く、上記可変流量ポンプ２３からは、上記要求される負荷より総定格流量の２５％に相当する流量を減じた流量が得られるようになるため、上記可変流量ポンプ２３とオン・オフ制御ポンプ２４の流量の総和によって、上記要求される負荷に見合う流量が得られるようになる。
【００４１】
このように、本実施の形態によっても、要求される負荷に比して一台では流量が足りない可変流量ポンプ２３に出力の小さいオン・オフ制御ポンプ２４を組み合わせることにより、全体として上記ＣＯ選択酸化反応器７用の空気ポンプ２２に要求される負荷を満足させる流量を得ることが可能になる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）及び図２の実施の形態においては、４個の小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを並列接続し、該各小容量ポンプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、その個別定格出力が上記燃料昇圧ポンプ１９の総定格出力の２５％となるよう設定してあるものとして説明したが、複数の小容量のポンプを並列接続して形成してあるポンプ装置に要求される最小流量が、１つの小容量のポンプにて安定した流量制御ができる出力領域での流量に相当するようにすれば、上記ポンプ装置に要求される最小流量、及び、１つの小容量のポンプにて安定した流量制御ができる出力領域との関係から、上記個々の小容量ポンプの定格出力、容量を適宜設定してよい。更には、実際のポンプでは内部損失により出力の割合と実流量の割合とが必ずしも一致しないため、この内部損失をも考慮して、上記個々の小容量ポンプの定格出力、容量を適宜設定するようにすればよい。更に、上記小容量のポンプを並列接続する個数は、上記各小容量のポンプの流量の総和によって、要求される負荷を満たすことができるように適宜変更してよい。したがって、２個、３個あるいは５個以上並列接続してあってもよい。
【００４３】
既に稼働中の小容量ポンプ２０ａに加えて新たな小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを順次起動させるときに、該起動させる小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを急速に立ち上げさせる出力は、上記小容量ポンプ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにて安定した流量制御ができる出力領域に入るようにすれば、個別の定格出力の４０％より多少増減させるようにしてもよい。
【００４４】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のポンプ装置の流量制御方法及び装置の実施の一形態として、燃料昇圧ポンプに適用した場合を示すもので、（イ）（ロ）（ハ）（ニ）は燃料昇圧ポンプを構成すべく並列接続された各小容量ポンプの個別の出力の制御をそれぞれ示す図、（ホ）は燃料昇圧ポンプの実流量を示す図である。
【図２】図１の燃料昇圧ポンプの装置構成を示す図である。
【図３】図１の燃料昇圧ポンプにおける制御の別の例を示すもので、（イ）（ロ）（ハ）（ニ）は燃料昇圧ポンプを構成すべく並列接続された各小容量ポンプの個別の出力の制御をそれぞれ示す図、（ホ）は燃料昇圧ポンプの実流量を示す図である。
【図４】本発明の実施の他の形態として、ＣＯ選択酸化反応器用の空気ポンプに適用した場合を示すもので、要求される負荷と、オン・オフ制御ポンプ及び可変流量ポンプの流量との関連を示す図である。
【図５】図４の空気ポンプの装置構成を示す図である。
【図６】一般的な固体高分子型燃料電池発電装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１９  燃料昇圧ポンプ（ポンプ装置）
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  小容量ポンプ（ポンプ）
２１  制御器
２３  可変流量ポンプ
２４  オン・オフ制御ポンプ
２５  制御器
【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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