(57)【要約】【課題】全体の構成を小型化しつつ、圧縮機および水素ポンプを個別にきめ細かく制御し得る燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池システム１において、一体型の流体流通装置３００は、圧縮機１００と、水素ポンプ２００と、クラッチ３０２と、磁気カップリング機構３０４とを含む。燃料電池システム１の起動時にはクラッチ３０２が接続され、圧縮機駆動軸１２２の回転がポンプ駆動軸２０８に伝達される。燃料電池システム１が起動された後、クラッチ３０２の接続が切断され、圧縮機駆動軸１２２とポンプ駆動軸２０８とは独立して回転可能となる。【選択図】図２
2008171718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に空気と水素とを供給して発電する、燃料電池システムであって、
前記空気を圧縮して前記燃料電池に供給する圧縮機であって、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータと、前記圧縮機モータの動力を伝達する圧縮機駆動軸を備える、圧縮機と、
前記水素を前記燃料電池に供給する水素ポンプであって、前記水素ポンプを駆動するポンプモータと、前記ポンプモータの動力を伝達するポンプ駆動軸とを備える、水素ポンプと
を備える、燃料電池システムにおいて、
前記圧縮機駆動軸と前記ポンプ駆動軸とを断接可能に連結する断接手段と、
前記圧縮機駆動軸と前記ポンプ駆動軸との間をシールする磁気カップリング機構と
をさらに備え、
前記断接手段は、前記燃料電池システムの起動時には前記圧縮機駆動軸と前記ポンプ駆動軸とを接続するとともに、前記燃料電池システムが起動された後には前記圧縮機駆動軸と前記ポンプ駆動軸とを切断する
ことを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムは、
前記圧縮機の吸入圧および吐出圧の差、
前記圧縮機モータの戻り電力、
前記ポンプモータの戻り電力、および
前記ポンプ駆動軸に発生するトルク
のいずれかまたは複数に基づいて、前記燃料電池システムが起動されたと判断する
ことを特徴とする、請求項１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】
この発明は、燃料電池システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
酸素と水素とを反応させて発電を行う燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸素を供給する回路に空気を圧縮する圧縮機を備え、水素を供給する回路に水素を循環させる水素ポンプを備えたものが知られている。
【０００３】
一般的に、燃料電池システムにおいては、発電の過程で水が発生するため、水素の循環回路にも水分が含まれることになる。このため、外気が低温となった状態で燃料電池システムが停止すると、水素ポンプ内に水分が結露し、そのまま凍結する場合がある。このような凍結により水素ポンプ内に氷が付着すると、水素ポンプの起動時に氷の固着力により回転体（ロータ等）の回転が阻害されるため、起動トルクが大きくなる。
この凍結時の起動トルクは、運転中に要求されるトルクよりも大きい場合がある。起動トルクが大きくなると、運転中に要求されるだけのトルクを発生するモータよりも、体格の大きいモータを使用する必要がある。これによって、全体の構成が大型化する。
【０００４】
このような大型化を回避するための構成の例は、特許文献１に開示される。特許文献１に記載されるルーツ式圧縮機は、起動時に正転指示と逆転指示とを繰り返し発することで、比較的小さいトルクでロータの凍結を破壊し得るように構成されている。
また、燃料電池システムにおいては、水素ポンプにはモータを設けず、空気を圧縮する圧縮機のモータによって駆動されるように、一体型の構成することも考えられる。圧縮機のモータは、圧縮を必要としない水素ポンプのモータに比して使用領域が広く、水素ポンプの凍結を破壊して起動するために必要なトルク以上のトルクを出力することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、構成の小型化に限度があるという問題と、圧縮機と水素ポンプとを個別に運転させる点においてきめ細かな制御ができないという問題があった。
たとえば、特許文献１の構成のように正逆転の指示を繰り返す場合であっても、水素ポンプの凍結を破壊するためには通常運転時よりもある程度大きいトルクが必要となるので、モータがある程度大型化することは免れない。
また、水素ポンプにはモータを設けず、圧縮機と一体型の構成とする場合は、トルクの使用領域が広いため、常に水素ポンプの通常運転に必要なものより大きなトルクが供給され、使用しない領域が無駄になる。また、水素ポンプに合わせた制御ができない。このように、圧縮機と水素ポンプとを個別に運転させる点においてきめ細かな制御ができない。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、全体の構成を小型化しつつ、圧縮機および水素ポンプを個別にきめ細かく制御し得る燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題点を解決するため、この発明に係る燃料電池システムは、燃料電池に空気と水素とを供給して発電する、燃料電池システムであって、空気を圧縮して燃料電池に供給する圧縮機であって、圧縮機を駆動する圧縮機モータと、圧縮機モータの動力を伝達する圧縮機駆動軸を備える、圧縮機と、水素を燃料電池に供給する水素ポンプであって、水素ポンプを駆動するポンプモータと、ポンプモータの動力を伝達するポンプ駆動軸とを備える、水素ポンプとを備える、燃料電池システムにおいて、圧縮機駆動軸とポンプ駆動軸とを断接可能に連結する断接手段と、圧縮機駆動軸とポンプ駆動軸との間をシールする磁気カップリング機構とをさらに備え、断接手段は、燃料電池システムの起動時には圧縮機駆動軸とポンプ駆動軸とを接続するとともに、燃料電池システムが起動された後には圧縮機駆動軸とポンプ駆動軸とを切断することを特徴とする。
【０００９】
燃料電池システムの起動時には、断接手段が接続され、圧縮機駆動軸の回転がポンプ駆動軸に伝達される状態となる。この状態では水素ポンプは圧縮機モータによって駆動されるので、圧縮機モータが発生する大きなトルクを受ける。
燃料電池システムが起動された後で、断接手段が切断され、ポンプ駆動軸は圧縮機駆動軸と独立して回転する状態となる。この状態では水素ポンプは圧縮機モータでなくポンプモータによって駆動されるので、圧縮機の回転数制御とは独立した回転数制御が可能となる。
このように、本件発明では、起動時には圧縮機モータで水素ポンプを駆動し、起動後はポンプモータで水素ポンプを運転することで、水素ポンプの大型化を回避して全体の構成を小型化しつつ、きめ細かい制御を可能とする燃料電池システムを提供する。
【００１０】
燃料電池システムは、圧縮機の吸入圧および吐出圧の差、圧縮機モータの戻り電力、ポンプモータの戻り電力、およびポンプ駆動軸に発生するトルクのいずれかまたは複数に基づいて、燃料電池システムが起動されたと判断してもよい。
このようにすることで、燃料電池システムの起動をより的確に判断することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、圧縮機のモータと水素ポンプの駆動軸とがクラッチおよび磁気カップリング機構を介して連結され、起動時のみ水素ポンプが圧縮機のモータによって駆動されるので、水素ポンプのモータを小型化することができ、かつ、圧縮機および水素ポンプを個別にきめ細かく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、燃料電池１０を含む燃料電池システム１の回路構成を示す。燃料電池システム１は、発電を行う燃料電池１０と、空気を外部から吸入して圧縮するエアコンプレッサである圧縮機１００と、圧縮機１００で圧縮された空気を加湿して燃料電池１０に供給する加湿器２０と、水素ガスを循環させるとともに燃料電池１０に供給する水素ポンプ２００と、水素を貯留する水素タンク３０とを含む。
なお、図１は燃料電池システム１の回路構成に着目した図であり、実際の各構成要素の配置を示す図ではない。
【００１３】
圧縮機１００の吐出口１００ｂと加湿器２０の吸入口２０ａとは配管４１によって連結され、加湿器２０の吐出口２０ｂと燃料電池１０の空気吸入口１０ａとは配管４２によって連結される。また、水素タンク３０と燃料電池１０の水素吸入口１０ｂとは配管４３によって連結される。燃料電池１０は、圧縮機１００から供給される空気に含まれる酸素と、水素タンク３０および水素ポンプ２００から供給される水素とを反応させて発電を行う。燃料電池１０は、公知の燃料電池、たとえば固体高分子型の燃料電池である。
【００１４】
燃料電池１０の水素排出口１０ｃと水素ポンプ２００の吸入口２００ａとは配管４４によって連結され、水素ポンプ２００の吐出口２００ｂと配管４３とは配管４５によって連結される。水素ポンプ２００は、燃料電池１０に供給された水素ガスのうち使用されなかったものを配管４３へと圧送し、循環させて再度燃料電池１０に供給する。
なお、配管４３において、配管４５が連結する部分よりも上流には、レギュレータ（図示せず）が設けられる。
【００１５】
図２は、本実施の形態に係る一体型の流体流通装置３００の構成を示す。流体流通装置３００は、図１の圧縮機１００および水素ポンプ２００を含み、さらに、これらを連結するクラッチ３０２および磁気カップリング機構３０４を含む。圧縮機１００および水素ポンプ２００は、それぞれモータを備える電動式のものであるが、モータに関連する構成の詳細は後述する。
【００１６】
圧縮機１００は、スクロール型圧縮機であり、圧縮機構部１００ｃ、クランク機構部１００ｄ、および駆動モータ部１００ｅからなる。
圧縮機構部１００ｃは、固定スクロール１１１と、旋回スクロール１１２とを含む。固定スクロール１１１および旋回スクロール１１２は、圧縮室１１３を形成する。固定スクロール１１１は、円盤状の固定基盤１１１ａと、固定スクロールハウジング１１１ｂと、固定基盤１１１ａから垂直に延びる渦巻状の固定ラップ１１１ｃとを含む。
固定スクロールハウジング１１１ｂには、圧縮室１１３内に空気を吸入するための吸入口１００ａが設けられている。また、固定基盤１１１ａの中央には、圧縮された空気を吐出する吐出口１００ｂが設けられている。
【００１７】
旋回スクロール１１２は、円盤状の旋回基盤１１２ａと、この旋回基盤１１２ａから、固定基盤１１１ａに向けて垂直に延びる渦巻状の旋回ラップ１１２ｂとを含む。旋回基盤１１２ａにおいて、固定基盤１１１ａと反対側の中央近傍に、ころ軸受１１７を保持する有底円筒状のくぼみである主保持部１１２ｃが設けられる。また、旋回基盤１１２ａにおいて、固定基盤１１１ａと反対側に、ラジアルボールベアリング１１８を支持するための、有底円筒状のくぼみである従保持部１１２ｄが設けられる。旋回基盤１１２ａは複数の従保持部１１２ｄを備えるが、図２には一つの従保持部１１２ｄのみ示す。
【００１８】
圧縮機１００のクランク機構部１００ｄは、旋回スクロール１１２に旋回運動（公転運動）を行わせるための駆動クランク機構１１９と、旋回スクロール１１２の自転運動を防止するための従動クランク機構１２０と、これらを収納する空間であるクランク室１２１とを含む。
圧縮機１００は、駆動クランク機構１１９に動力を伝達する圧縮機駆動軸１２２を備え、圧縮機駆動軸１２２は、その一端に、ころ軸受１１７を介して旋回スクロール１１２を支持しつつ駆動するクランクピン１２２ａを含む。駆動クランク機構１１９は、主保持部１１２ｃと、クランクピン１２２ａと、ころ軸受１１７とによって構成される。
【００１９】
圧縮機１００のクランク機構部１００ｄは圧縮機従動軸１２３を備え、圧縮機従動軸１２３は、その一端に、ラジアルボールベアリング１１８を介して旋回スクロール１１２を支持するクランクピン１２３ａを含む。従動クランク機構１２０は、従保持部１１２ｄと、クランクピン１２３ａと、ラジアルボールベアリング１１８とにより構成される。
圧縮機従動軸１２３の他端は、複列のボールベアリング１２３ｃにより支持されている。
【００２０】
また、旋回スクロール１１２が旋回すると慣性モーメントが発生するが、この慣性モーメントを打ち消すために、圧縮機駆動軸１２２にはバランスウエイト１２２ｂおよび１２２ｃが、圧縮機従動軸１２３にはバランスウエイト１２３ｂが、それぞれ設けられている。これらのバランスウエイトによって振動が低減される。
【００２１】
駆動モータ部１００ｅは、センターハウジング１２４と、このセンターハウジング１２４にボルトによって固定されたリヤハウジング１２５とを備える。これらのハウジングは、フロントハウジングである固定スクロール１１１とともに圧縮機１００の外殻を構成するものであり、圧縮機１００の軽量化を図るためにアルミ系金属材料から形成されている。
【００２２】
センターハウジング１２４およびリヤハウジング１２５の間には、空間である圧縮機モータ室１２７が形成される。圧縮機モータ室１２７には、圧縮機駆動軸１２２を駆動する三相同期モータである圧縮機モータ１２６が配置される。圧縮機モータ１２６の中央には、圧縮機駆動軸１２２が貫通している。
圧縮機モータ１２６は、圧縮機駆動軸１２２に嵌入されたロータ１２８と、ロータ１２８の外側に設けられたステータ１３０と、ステータ１３０に巻かれたコイル１２９とを備える。なお、圧縮機モータ１２６は、図示しないインバータ等により回転数等が制御され得る。このインバータは、圧縮機モータ１２６からの戻り電力としての電流値を検出する戻り電力検出装置としても機能するものである。
圧縮機駆動軸１２２の圧縮機構部１００ｃ側はボールベアリング１２２ｅを介してセンターハウジング１２４に支持され、反対側すなわち駆動モータ部１００ｅ側はボールベアリング１２２ｆを介してリヤハウジング１２５に支持される。
【００２３】
センターハウジング１２４の外周の一部には、ステータ１３０の近傍にウォータジャケット１３１が設けられている。ウォータジャケット１３１には冷却水が流通し、圧縮機モータ１２６を冷却する。
【００２４】
センターハウジング１２４は、駆動モータ部１００ｅおよびクランク機構部１００ｄを収容する。センターハウジング１２４の略中央には、上述のようにボールベアリング１２２ｅを介して圧縮機駆動軸１２２を支持する支持フレーム１３２が一体成形されており、支持フレーム１３２は、その両側にクランク機構部１００ｄと駆動モータ部１００ｅとを画定し、これらを互いに隔絶する。
【００２５】
また、図示しないが、圧縮機１００は、その吸入圧領域、たとえば吸入口１００ａ近傍に、吸入される空気の圧力を検出する吸入圧センサを備える。さらに、圧縮機１００は、その吐出圧領域、たとえば吐出口１００ｂ近傍に、空気の圧力を検出する吐出圧センサを備える。
【００２６】
水素ポンプ２００は、ルーツ式ポンプであり、駆動モータ部２００ｃ、ポンプ機構部２００ｄ、およびギヤ機構部２００ｅからなる。
圧縮機１００および水素ポンプ２００は、圧縮機１００側から水素ポンプ２００側に向かって、圧縮機１００の圧縮機構部１００ｃ、圧縮機１００のクランク機構部１００ｄ、圧縮機１００の駆動モータ部１００ｅ、水素ポンプ２００の駆動モータ部２００ｃ、水素ポンプ２００のポンプ機構部２００ｄ、水素ポンプ２００のギヤ機構部２００ｅとなるように配置される。
【００２７】
駆動モータ部２００ｃはモータハウジング２０２を備え、このモータハウジング２０２は圧縮機１００のリヤハウジング１２５に隣接して配置される。モータハウジング２０２はその内側にポンプモータ室２０３を形成する。ポンプモータ室２０３の圧縮機１００側は支持フレーム２０４によって覆われ、その反対側すなわちポンプ機構部２００ｄ側はポンプハウジング２０６によって覆われる。
【００２８】
水素ポンプ２００は、ポンプ機構部２００ｄおよびギヤ機構部２００ｅに動力を伝達するポンプ駆動軸２０８を備え、ポンプモータ室２０３には、ポンプ駆動軸２０８を駆動する三相同期モータであるポンプモータ２１２が配置される。ポンプモータ２１２の中央には、ポンプ駆動軸２０８が貫通している。ポンプ駆動軸２０８には図示しないトルクセンサが取り付けられ、ポンプ駆動軸２０８に発生するトルクを検出する。
ポンプモータ２１２は、ポンプ駆動軸２０８に嵌入されたロータ２１４と、ロータ２１４の外側に設けられたステータ２１６と、ステータ２１６に巻かれたコイル２１８とを備える。なお、ポンプモータ２１２は、図示しないインバータ等により回転数等が制御され得る。このインバータは、ポンプモータ２１２からの戻り電力を検出する戻り電力検出装置としても機能するものである。また、ポンプモータ２１２の回転数と、圧縮機モータ１２６の回転数とは、独立して制御可能である。
なお、図示されるように、ポンプモータ２１２の体格すなわちサイズは、圧縮機モータ１２６のサイズよりも小さい。これは、燃料電池システム１において、水素の循環に要求されるトルクが、空気の圧縮に要求されるトルクよりも小さいからである。
【００２９】
ポンプ機構部２００ｄは上述のポンプハウジング２０６を備え、ポンプハウジング２０６の内側にポンプ室２０７が形成される。ポンプモータ室２０３とポンプ室２０７とは、ポンプハウジング２０６に一体成形された支持フレーム２２０によって隔絶される。
ギヤ機構部２００ｅはギヤハウジング２２２を備え、ギヤハウジング２２２の内側にギヤ室２０９が形成される。また、ギヤ機構部２００ｅは、ポンプハウジング２０６とギヤハウジング２２２との間に配置される支持フレーム２２４を備え、この支持フレーム２２４がポンプ室２０７とギヤ室２０９とを隔絶する。ポンプハウジング２０６、支持フレーム２２４、およびギヤハウジング２２２は、ネジ２２６によって共締め固定される。
【００３０】
ポンプ機構部２００ｄおよびギヤ機構部２００ｅにわたって、ポンプ従動軸２１０がポンプ駆動軸２０８と平行に設けられる。ポンプ駆動軸２０８およびポンプ従動軸２１０は、それぞれ、駆動モータ部２００ｃ側においてボールベアリングを介して支持フレーム２２０によって支持され、また、反対側すなわちギヤ機構部２００ｅ側においてボールベアリングを介して支持フレーム２２４によって支持される。
【００３１】
ポンプ室２０７の内部において、ポンプ駆動軸２０８には、双葉状のルーツ駆動ロータ２３０が固定され、ポンプ駆動軸２０８と一体に回転する。また、ポンプ従動軸２１０には、双葉状のルーツ従動ロータ２３２が固定され、ポンプ従動軸２１０と一体に回転する。ルーツ駆動ロータ２３０およびルーツ従動ロータ２３２は、互いに噛合して配置される。
また、図２には示されないが、ポンプ室２０７には、水素を内部に吸入する吸入口２００ａ（図１参照）と、水素を外部に吐出する吐出口２００ｂ（図１参照）とが設けられており、ルーツ駆動ロータ２３０およびルーツ従動ロータ２３２が互いに噛合しつつ回転すると、水素が吸入口２００ａからポンプ室２０７を経由して吐出口２００ｂへと圧送されるように構成されている。
【００３２】
ギヤ室２０９の内部において、ポンプ駆動軸２０８およびポンプ従動軸２１０の端部には、それぞれ駆動ギヤ２３４および従動ギヤ２３６が取り付けられる。駆動ギヤ２３４および従動ギヤ２３６は互いに噛合して配置され、駆動ギヤ２３４が回転するとこれに駆動されて従動ギヤ２３６が逆方向に回転するようになっている。
【００３３】
上述の圧縮機駆動軸１２２およびポンプ駆動軸２０８は同軸に配置される。また、圧縮機駆動軸１２２は、断接手段であるクラッチ３０２の状態に応じて、磁気カップリング機構３０４を介してポンプ駆動軸２０８に動力を伝達し、あるいは伝達しないようになっている。
クラッチ３０２は、圧縮機側ディスク３０２ａおよびポンプ側ディスク３０２ｂを備える。磁気カップリング機構３０４は、外側磁気ロータ３０４ａと、内側磁気ロータ３０４ｂと、支持部材３０４ｃと、閉じ込めシュラウド３０４ｄとを備える。
【００３４】
クラッチ３０２の圧縮機側ディスク３０２ａは、圧縮機駆動軸１２２に固定されており、これと一体に回転する。また、ポンプ側ディスク３０２ｂは、外側磁気ロータ３０４ａに固定されており、これと一体に回転する。圧縮機側ディスク３０２ａおよびポンプ側ディスク３０２ｂは、図示しない制御機構によって互いに押し付けられ、また引き離される。互いに押し付けられた状態では、これらは摩擦によって一体に回転し、また、引き離された状態では、摩擦が発生しないので互いの回転は独立したものとなる。
このように、クラッチ３０２は、圧縮機駆動軸１２２とポンプ駆動軸２０８とを断接可能に連結し、圧縮機駆動軸１２２の回転を、断接可能に外側磁気ロータ３０４ａに伝達する。
【００３５】
磁気カップリング機構３０４の外側磁気ロータ３０４ａおよび内側磁気ロータ３０４ｂには、それぞれの周方向において対向する位置に逆極性の永久磁石が取り付けられ、その吸引力によって一体に回転するようになっている。また、内側磁気ロータ３０４ｂは支持部材３０４ｃを一部介してポンプ駆動軸２０８の一端に固定され、これと一体に回転する。すなわち、外側磁気ロータ３０４ａ、内側磁気ロータ３０４ｂ、支持部材３０４ｃ、およびポンプ駆動軸２０８は一体に回転する。
閉じ込めシュラウド３０４ｄは、外側磁気ロータ３０４ａと内側磁気ロータ３０４ｂとの間に設けられ、これらの間の流体の漏洩をシールする。これによって、圧縮機モータ室１２７と、ポンプモータ室２０３とが隔絶される。これによって、圧縮機駆動軸１２２とポンプ駆動軸２０８との間がシールされる。
【００３６】
以上のように、磁気カップリング機構３０４は、圧縮機モータ室１２７とポンプモータ室２０３とを隔絶しつつ、クラッチ３０２とポンプ駆動軸２０８との間の動力の伝達を行う。
【００３７】
以上のように構成される流体流通装置３００の作用を、以下に説明する。
燃料電池システム１が停止している状態では、圧縮機モータ１２６およびポンプモータ２１２は停止しており、空気の圧縮および水素の循環は行われない。
燃料電池システム１の起動時、すなわち停止状態から運転状態に移行する際には、まず図示しない制御機構がクラッチ３０２を接続する。この接続は、起動時でなく起動前になされてもよい。クラッチ３０２が接続されることにより、圧縮機駆動軸１２２の回転がポンプ駆動軸２０８に伝達される状態となる。
【００３８】
次に、圧縮機モータ１２６が図示しないバッテリから電力を供給され、回転を開始する。これによって圧縮機駆動軸１２２およびポンプ駆動軸２０８も回転し、圧縮機１００および水素ポンプ２００が運転を開始する。
ここで、上述のように圧縮機モータ１２６はポンプモータ２１２よりも大きく、発生し得るトルクも大きい。このため、水素ポンプ２００は、ポンプモータ２１２によって駆動される場合よりも大きいトルクを得ることができる。すなわち、停止中に水素ポンプ２００内部で水分が凍結し、起動に必要とされるトルクが大きくなってポンプモータ２１２の最大トルクを超えていた場合であっても、圧縮機モータ１２６の最大トルクを超えない範囲であれば、凍結を破壊して水素ポンプ２００を起動することができる。ここで、圧縮機モータ１２６が発生するトルクは、水素ポンプ２００の凍結を破壊して起動するのに十分であるように設計される。
【００３９】
燃料電池システム１が起動された後、すなわち圧縮機１００および水素ポンプ２００の起動が完了して運転を開始した時点で、図示しない制御機構がクラッチ３０２の接続を切断する。
ここで、燃料電池システム１の起動が完了したという判断は、たとえば図示しない制御装置によってなされる。この判断は、圧縮機１００の吸入圧センサによって検出される吸入圧と、吐出圧センサによって検出される吐出圧との差が所定の値または所定の範囲内となることに基づいてなされる。また、この判断は、圧縮機モータ１２６のインバータによって検出される戻り電力が所定の値または所定の範囲内となることに基づいてなされてもよく、ポンプモータ２１２のインバータによって検出される戻り電力が所定の値または所定の範囲内となることに基づいてなされてもよく、ポンプ駆動軸２０８のトルクセンサによって検出されるトルクが所定の値または所定の範囲内となることに基づいてなされてもよく、他の公知の手段および方法に基づいてなされてもよい。
【００４０】
圧縮機１００は、吸入口１００ａから吸入した空気を、圧縮室１１３において圧縮し、吐出口１００ｂから吐出して燃料電池１０に供給する。また、水素ポンプ２００は、吸入口２００ａから吸入した水素ガスを、ポンプ室２０７を経由して吐出口２００ｂへと圧送する。燃料電池１０は供給される空気および水素を用いて発電を行い、これによって燃料電池システム１は外部に電力を供給する。
【００４１】
クラッチ３０２の接続が切断されると、圧縮機駆動軸１２２とポンプ駆動軸２０８とは独立して回転可能となるので、圧縮機１００と水素ポンプ２００とはそれぞれのインバータに制御されてそれぞれの回転数で運転され得る。
ここで、水素ポンプ２００の起動後の運転に要求されるトルクは、上述のように起動時に凍結を破壊するために要求されるトルクに比べてはるかに小さく、圧縮機モータ１２６よりも小さいポンプモータ２１２であっても十分発生し得るものとなる。
なお、圧縮機１００と水素ポンプ２００との間は磁気カップリング機構３０４によってシールされているので、上述のように互いに動力を伝達しつつ、流体の漏洩、とくに圧縮機１００側への水素の漏洩を防止することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態に係る流体流通装置３００によれば、圧縮機駆動軸１２２とポンプ駆動軸２０８とをクラッチ３０２および磁気カップリング機構３０４を介して接続しつつ、圧縮機１００と水素ポンプ２００とを一体型とするので、全体の構造を小型化し、スペースの使用効率を向上させることができる。
【００４３】
また、従来の構成において、単一のモータで圧縮機および水素ポンプの両方を駆動するようなものがあるが、このような構成では、圧縮機のトルクの使用領域が広いため、常に水素ポンプの通常運転に必要なものより大きなトルクが供給され、使用しない領域が無駄になる。また、水素ポンプに合わせた制御ができない。
これと比較した場合、本実施の形態に係る流体流通装置３００は、圧縮機１００および水素ポンプ２００のそれぞれを駆動する圧縮機モータ１２６およびポンプモータ２１２を備えるので、水素ポンプ２００にはその通常運転に必要とされるだけのトルクを供給して無駄をなくしつつ、全体の構造を小型化することができる。さらに、流体流通装置３００は、圧縮機モータ１２６およびポンプモータ２１２のそれぞれを独立に制御するインバータを備えるので、水素ポンプ２００に合わせた制御を行うことができる。
このように、流体流通装置３００は、圧縮機１００および水素ポンプ２００それぞれのきめ細かい制御を行うことができる。
【００４４】
上述の実施の形態において、クラッチ３０２は圧縮機駆動軸１２２と磁気カップリング機構３０４との間に配置されるが、これは磁気カップリング機構３０４とポンプ駆動軸２０８との間に配置されるものであってもよい。
【００４５】
上述の実施の形態１における圧縮機１００は、リヤハウジング１２５および圧縮機駆動軸１２２のリヤハウジング１２５側端部を除き、他の公知のスクロール型圧縮機と同様の構成を有してもよい。また、スクロール型でなく他の形式のものであってもよい。
また、実施の形態１における水素ポンプ２００は、支持フレーム２０４およびポンプ駆動軸２０８の支持フレーム２０４側端部を除き、他の公知のルーツ式ポンプと同様の構成を有してもよい。また、ルーツ式でなく他の形式であってもよい。
さらに、実施の形態１におけるクラッチ３０２の構成は、圧縮機駆動軸１２２の回転を磁気カップリング機構３０４に断接可能に伝達するものであれば、他の公知のクラッチと同様であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの回路構成を示す図である。
【図２】図１の圧縮機および水素ポンプを含む、一体型の流体流通装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  燃料電池システム、１０  燃料電池、１００  圧縮機、１２６  圧縮機モータ、１２２  圧縮機駆動軸、２００  水素ポンプ、２１２  ポンプモータ、２０８  ポンプ駆動軸、３０２  クラッチ（断接手段）、３０４  磁気カップリング機構。
【図１】
2008171718.tif 000003
【図２】
2008171718.tif 000004