(57)【要約】【課題】本発明は、単一の駆動モータで水素ポンプおよびエアポンプを駆動するポンプ構成において、凍結した水素ポンプの起動性能を向上させる。【解決手段】燃料電池用ポンプ８０は、水素ポンプ８２０と、エアポンプ８１０と、駆動モータ８３０と、動力伝達部８４０とを備え、水素ポンプ８２０およびエアポンプ８１０は、動力伝達部８４０と共に一体的に構成される。【選択図】図２
2008021468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との電気化学反応によって電力を生成する燃料電池に用いられる燃料電池用ポンプであって、
水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に送出する水素ポンプと、
酸素を含有する空気を前記燃料電池に送出するエアポンプと、
動力を出力する駆動軸を有し、該駆動軸を介して、前記水素ポンプおよび前記エアポンプの一方のポンプを駆動する駆動モータと、
前記一方のポンプとは異なる他方のポンプに対して前記駆動軸を係脱可能であり、係合状態において前記駆動軸に出力された動力を前記他方のポンプに伝達する動力伝達部と
を備え、
前記水素ポンプおよび前記エアポンプは、前記動力伝達部と共に一体的に構成される燃料電池用ポンプ。
【請求項２】
前記水素ポンプ，前記エアポンプ，前記動力伝達部の各回転軸を同一軸線上に配置した請求項１記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項３】
前記水素ポンプ，前記エアポンプ，前記動力伝達部の各ハウジングを一体的に連結した請求項１または２記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項４】
前記水素ポンプおよび前記エアポンプを、前記動力伝達部に加え前記駆動モータと共に、一体的に構成した請求項１ないし３のいずれか記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項５】
前記エアポンプ，前記駆動モータ，前記動力伝達部，水素ポンプの順に連結した請求項１ないし４のいずれか記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項６】
前記駆動モータ，前記エアポンプ，前記動力伝達部，水素ポンプの順に連結した請求項１ないし４のいずれか記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項７】
前記動力伝達部は、クラッチおよび変速機の少なくとも一方を含む請求項１ないし６のいずれか記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項８】
前記エアポンプは、前記一方のポンプとして構成され、前記水素ポンプは、前記他方のポンプとして構成された請求項１ないし６のいずれか記載の燃料電池用ポンプ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか記載の燃料電池用ポンプであって、更に、
前記駆動モータが起動する際、前記動力伝達部を離脱状態にして前記他方のポンプに対する動力の伝達を遮断する起動オフ手段と、
前記駆動モータが起動した後に、前記一方のポンプの温度が予め設定された温度まで上昇した際、前記動力伝達部を係合状態にして前記他方のポンプに動力を伝達する起動オン手段と
を備える燃料電池用ポンプ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか記載の燃料電池用ポンプであって、更に、
前記他方のポンプにおける凍結の発生を検知する凍結検知部と、
前記凍結の発生を検知した際に、前記動力伝達部を間欠的に係合状態にする凍結オンオフ手段と
を備える燃料電池用ポンプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか記載の燃料電池用ポンプを備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関し、特に、燃料電池に燃料ガスおよび酸化ガスを送出する燃料電池用ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、燃料電池用ポンプとして、水素を含有する燃料ガスを燃料電池に送出する水素ポンプと、酸素を含有する酸化ガスとして空気を燃料電池に送出するエアポンプとを備えるものがある。燃料ガスおよび空気の供給を受けた燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応によって電気を生成する。
【０００３】
従来、燃料電池用ポンプの小型化を図るために、駆動モータの動力をベルト伝動によって水素ポンプおよびエアポンプに分配して、単一の駆動モータで両ポンプを駆動する燃料電池システムが提案されていた。次の特許文献１には、従来の燃料電池システムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４６９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池システムにおける水素ポンプは、燃料ガスに混入した水分によって低温時に凍結してしまう場合がある。そのため、従来の燃料電池システムでは、両ポンプを駆動する駆動モータとして、凍結を打ち破って水素ポンプを起動可能なトルク容量を有する駆動モータが必要とされ、駆動モータの小型化を十分に図ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、単一の駆動モータで水素ポンプおよびエアポンプを駆動するポンプ構成において、凍結した水素ポンプの起動性能を向上させることができる技術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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明の燃料電池用ポンプは、水素と酸素との電気化学反応によって電力を生成する燃料電池に用いられる燃料電池用ポンプであって、水素を含有する燃料ガスを前記燃料電池に送出する水素ポンプと、酸素を含有する空気を前記燃料電池に送出するエアポンプと、動力を出力する駆動軸を有し、該駆動軸を介して、前記水素ポンプおよびエアポンプの一方のポンプを駆動する駆動モータと、前記一方のポンプとは異なる他方のポンプに対して前記駆動軸を係脱可能であり、係合状態において前記駆動軸に出力された動力を前記他方のポンプに伝達する動力伝達部とを備え、前記水素ポンプおよび前記エアポンプは、前記動力伝達部と共に一体的に構成されることを特徴とする。
【０００８】
上述の燃料電池用ポンプによれば、他方のポンプが動力伝達部を介して一方のポンプと一体的に構成されているため、一方のポンプの発生熱を効率良く他方のポンプに伝熱させることができる。その結果、凍結したポンプの起動性能を向上させることができる。なお、前記エアポンプは、前記一方のポンプとして構成され、前記水素ポンプは、前記他方のポンプとして構成されている場合、水素ポンプが動力伝達部を介してエアポンプと一体的に構成されているため、エアポンプの発生熱を効率良く水素ポンプに伝熱させることができる。
【０００９】
上述の燃料電池用ポンプは、次の形態を採ることもできる。例えば、前記水素ポンプ，前記エアポンプ，前記動力伝達部の各回転軸を同一軸線上に配置しても良い。これによって、駆動軸および動力伝達部を介した伝熱経路の短縮化を図り、ポンプ間の伝熱効率を高めることができる。
【００１０】
また、前記水素ポンプ，前記エアポンプ，前記動力伝達部の各ハウジングを一体的に連結しても良い。これによって、駆動軸および動力伝達部を介した伝熱経路に加え、各ハウジングを介した伝熱経路が形成され、ポンプ間の伝熱効率を高めることができる。
【００１１】
また、前記水素ポンプおよび前記エアポンプを、前記動力伝達部に加え前記駆動モータと共に、一体的に構成しても良い。これによって、一方のポンプの発生熱に加え、駆動モータの発生熱が他方のポンプに伝熱され、凍結したポンプの起動性能を更に向上させることができる。
【００１２】
また、前記エアポンプ，前記駆動モータ，前記動力伝達部，水素ポンプの順に連結しても良い。これによって、駆動モータと水素ポンプとの間に動力伝達部が設けられているため、水素ポンプから駆動モータへの水素のリークを抑制することができる。その結果、水素ポンプからの水素リークが、駆動モータに与える水素脆性の影響を抑制することができる。
【００１３】
また、前記駆動モータ，前記エアポンプ，前記動力伝達部，水素ポンプの順に連結しても良い。これによって、駆動モータと水素ポンプとの間にエアポンプおよび動力伝達部が設けられているため、水素ポンプから駆動モータへの水素のリークを抑制することができる。その結果、水素ポンプからの水素リークによる駆動モータの水素脆性の影響を抑制することができる。
【００１４】
なお、前記動力伝達部は、クラッチおよび変速機の少なくとも一方を含むとしても良く、例えば、電磁クラッチ，パウダクラッチ，リングコーン式変速機の少なくとも一つを含むとしても良い。
【００１５】
また、更に、前記駆動モータが起動する際、前記動力伝達部を離脱状態にして前記他方のポンプに対する動力の伝達を遮断する起動オフ手段と、前記駆動モータが起動した後に、前記一方のポンプの温度が予め設定された温度まで上昇した際、前記動力伝達部を係合状態にして前記他方のポンプに動力を伝達する起動オン手段とを備えても良い。これによって、他方のポンプの起動前に一方のポンプが暖機されるため、他方のポンプを起動させる際に一方のポンプから他方のポンプに十分な熱量を提供することができる。その結果、凍結した他方のポンプの起動性能を更に向上させることができる。
【００１６】
また、更に、前記他方のポンプにおける凍結の発生を検知する凍結検知部と、前記凍結の発生を検知した際に、前記動力伝達部を間欠的に係合状態にする凍結オンオフ手段とを備えても良い。これによって、一方のポンプの発生熱に加え、動力伝達部の間欠的な係合による衝撃トルクを用いて、他方のポンプの凍結を解除することができる。
【００１７】
また、本発明の形態は、燃料電池用ポンプの形態に限るものではなく、例えば、燃料電池用ポンプを備える燃料電池システムや、燃料電池用ポンプを制御する機能をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体、燃料電池用ポンプを制御する方法などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。
【００１９】
Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．燃料電池システム１０の構成：
図１は、燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、水素の電気化学反応によって電力を生成する燃料電池２０を備え、燃料電池２０によって生成された電力は、負荷部７０に給電される。本実施例では、燃料電池システム１０は、自動車に搭載されたシステムであり、負荷部７０は、その自動車を駆動する電動機を含む。
【００２０】
本実施例では、燃料電池２０は、固体高分子型燃料電池を含み、複数の単セルを積層したスタック構造を有する。本実施例では、燃料電池２０に積層された単セルの各々は、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜を挟持した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、ＭＥＡ）と、水素を含有する燃料ガスをアノード電極に誘導するアノードセパレータと、酸素を含有する酸化ガスをカソード電極に誘導するカソードセパレータとを備える。燃料電池２０のアノード側に供給された燃料ガスは、電気化学反応の進行に伴って、水素濃度が低下すると共に、窒素ガスや水蒸気などの不純物の濃度が上昇し、アノードオフガスとして燃料電池２０から排出される。燃料電池２０のカソード側に供給された酸化ガスは、電気化学反応の進行に伴って、酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池２０から排出される。
【００２１】
燃料電池システム１０は、アノードオフガスを再び燃料電池２０に導入して水素ガスを循環させる循環方式の燃料電池システムであり、燃料電池システム１０のアノード側には、水素ガスを燃料電池２０に供給する水素供給源３０と、水素ガスを水素供給源３０から燃料電池２０に導入する流路を形成する燃料ガス導管３００と、アノードオフガスを燃料電池２０から導出する流路を形成するアノードオフガス導管４００と、アノードオフガス導管４００におけるアノードオフガスを循環ガスとして燃料ガス導管３００へと導く流路を形成する循環ガス導管４１０，４２０とが設けられている。本実施例では、燃料電池システム１０の水素供給源３０は、高圧水素が貯蔵された水素タンクを含む。
【００２２】
燃料電池システム１０のカソード側には、酸化ガスを燃料電池２０に導入する流路を形成する酸化ガス導管５００と、カソードオフガスを燃料電池２０から導出する流路を形成するカソードオフガス導管６００とが設けられている。本実施例では、燃料電池システム１０の燃料電池２０に供給される酸化ガスは、外気から取り込まれた空気を含む。
【００２３】
本実施例では、燃料電池システム１０の各導管には、燃料電池２０に対する反応ガスの適切な供給を実現するために、実施の形態に応じて適宜、各種のバルブ，センサ，加湿器，熱交換器，気液分離器，不純物ガス分離器などの補器が設けられているが、図１では、これらの補器の図示は、説明の簡略化のため省略されている。
【００２４】
燃料電池システム１０は、反応ガスを加圧して燃料電池２０に送出する燃料電池用ポンプ８０と、燃料電池用ポンプ８０の動作を制御するポンプ制御装置９０とを備える。燃料電池システム１０の燃料電池用ポンプ８０は、外気から取り込んだ空気を加圧して酸化ガス導管５００を通して燃料電池２０に送出するエアポンプ８１０と、循環ガス導管４１０における循環ガスを加圧して循環ガス導管４２０および燃料ガス導管３００を通して燃料電池２０に送出する水素ポンプ８２０と、エアポンプ８１０および水素ポンプ８２０を駆動する単一の駆動モータ８３０と、駆動モータ８３０の動力を水素ポンプ８２０に伝達する動力伝達部８４０とを備える。本実施例では、燃料電池用ポンプ８０は、エアポンプ８１０，駆動モータ８３０，動力伝達部８４０，水素ポンプ８２０の順に連結した構造を有する。本実施例では、燃料電池用ポンプ８０は、エアポンプ８１０の温度を検知する温度センサ８８２と、水素ポンプ８２０の温度を検知する温度センサ８８４とを備える。
【００２５】
図２は、燃料電池用ポンプ８０の詳細構成を示す説明図である。なお、図２では、エアポンプ８１０を構成するポンプ機構，水素ポンプ８２０を構成するポンプ機構，駆動モータ８３０を構成するモータ機構の図示は、説明の簡略化のため省略されている。
【００２６】
燃料電池用ポンプ８０の駆動モータ８３０は、回転動力を出力する駆動軸８３２を備え、駆動モータ８３０で発生した回転動力は、駆動軸８３２を介して駆動モータ８３０の外部に出力される。本実施例では、駆動モータ８３０の駆動軸８３２は金属製である。
【００２７】
燃料電池用ポンプ８０のエアポンプ８１０は、駆動モータ８３０の駆動軸８３２に連結され駆動軸８３２に出力された回転動力を受け取るフランジ８１２を備え、エアポンプ８１０は、駆動軸８３２からフランジ８１２に伝達された回転動力によって稼働する。本実施例では、エアポンプ８１０のフランジ８１２は金属製である。
【００２８】
燃料電池用ポンプ８０の動力伝達部８４０は、本実施例では、０ｒｐｍ(revolutions per minute、毎分回転数)からの無段変速が可能なリングコーン式の変速機８４５を備え、駆動モータ８３０の駆動軸８３２を水素ポンプ８２０に対して係脱可能である。動力伝達部８４０は、変速機８４５に加え、駆動モータ８３０の駆動軸８３２に連結され駆動軸８３２に出力された回転動力を受け取るフランジ８４２と、フランジ８４２で受け取った回転動力を変速機８４５に入力する入力軸８４３と、変速機８４５から回転動力を出力する出力軸８４９とを備える。本実施例では、動力伝達部８４０のフランジ８４２，入力軸８４３，出力軸８４９の各々は、金属製である。
【００２９】
図３は、動力伝達部８４０が備えるリンクコーン式の変速機８４５の詳細構造を示す説明図である。動力伝達部８４０は、入力軸８４３に連結された入力円板８４５１と、入力円板８４５１の外縁部に転接する複数の遊星コーン８４５３と、複数の遊星コーン８４５３を支持するコーンリテーナ８４５４と、複数の遊星コーン８４５３の円錐部の円錐母線上であって入力円板８４５１の軸心と平行な円錐母線上を移動可能に転接する環状の変速リング８４５５と、複数の遊星コーン８４５３の円錐部の底面に転接すると共に出力軸８４９に連結された出力円板８４５７とを備える。本実施例では、変速機８４５の入力円板８４５１，遊星コーン８４５３，コーンリテーナ８４５４，変速リング８４５５，出力円板８４５７の各々は、金属製である。
【００３０】
動力伝達部８４０の出力軸８４９に出力される回転動力の回転数は、変速リング８４５５と遊星コーン８４５３の円錐母線との転接位置が出力円板８４５７側に移動すると低速になり、変速リング８４５５と遊星コーン８４５３の円錐母線との転接位置が入力円板８４５１側に移動すると高速になる。動力伝達部８４０は、出力軸８４９に出力される回転動力の回転数が０ｒｐｍとなる場合に、動力の伝達を遮断する離脱状態（ＯＦＦ状態）となり、変速リング８４５５が離脱状態の位置よりも入力円板８４５１側に移動した場合に、動力を伝達する係合状態（ＯＮ状態）となる。
【００３１】
燃料電池用ポンプ８０の水素ポンプ８２０は、動力伝達部８４０の出力軸８４９に連結され出力軸８４９に出力された回転動力を受け取るフランジ８２２を備え、水素ポンプ８２０は、出力軸８４９からフランジ８２２に伝達された回転動力によって稼働する。本実施例では、水素ポンプ８２０のフランジ８２２は金属製である。
【００３２】
本実施例では、エアポンプ８１０のフランジ８１２，駆動モータ８３０の駆動軸８３２，動力伝達部８４０の入力軸８４３および出力軸８４９，水素ポンプ８２０のフランジ８２２の各回転軸は、同一軸線上に配置されている。
【００３３】
燃料電池用ポンプ８０は、エアポンプ８１０を構成するポンプ機構を覆うハウジング８１１と、駆動モータ８３０を構成するモータ機構を覆うハウジング８３１と、動力伝達部８４０を構成する動力伝達機構を覆うハウジング８４１と、水素ポンプ８２０を構成するポンプ機構を覆うハウジング８２１を備える。本実施例では、燃料電池用ポンプ８０の各ハウジングは、ハウジング８１１，ハウジング８３１，ハウジング８４１，ハウジング８２１の順に連結され一体的に構成されている。本実施例では、ハウジング８１１，ハウジング８３１，ハウジング８４１，ハウジング８２１の各々は、金属製である。
【００３４】
本実施例では、動力伝達部８４０を覆うハウジング８４１の一部分は、液体を遮断し気体を散気する疎水性多孔膜で構成される。これによって、水素ポンプ８２０から動力伝達部８４０に侵入した水素は、ハウジング８４１の疎水性多孔膜から放出されるため、動力伝達部８４０から駆動モータ８３０への水素流入を抑制することができる。
【００３５】
図１の説明に戻り、燃料電池システム１０のポンプ制御装置９０は、本実施例では、ワンチップマイクロコンピュータであり、燃料電池用ポンプ８０を制御するための演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）９１０と、ＣＰＵ９１０の演算処理を規定したプログラムを予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）９２０と、ＣＰＵ９１０によって取り扱われるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）９３０と、燃料電池用ポンプ８０に電気的に接続するインタフェース９４０とを備える。本実施例では、ポンプ制御装置９０は、ソフトウェアに基づいて動作するものとしたが、他の実施形態として、ハードウェア構成に基づいて動作するものとしても良い。
【００３６】
Ａ−２．燃料電池システム１０の動作：
図４は、燃料電池システム１０のポンプ制御装置９０によって実行されるポンプ起動制御処理を示すフローチャートである。図４のポンプ起動制御処理は、燃料電池２０を発電停止状態から再起動する際に実行される処理である。本実施例では、ポンプ制御装置９０のＣＰＵ９１０が、ソフトウェアに基づいて動作することによって、図４のポンプ起動制御処理が実現される。
【００３７】
ポンプ制御装置９０は、図４のポンプ起動制御処理を開始すると、動力伝達部８４０に制御信号を出力して動力伝達部８４０を離脱状態にする（ステップＳ１１０）。その後、ポンプ制御装置９０は、動力伝達部８４０を離脱状態にしたまま、駆動モータ８３０に制御信号を出力して駆動モータ８３０を起動する（ステップＳ１２０）。これによって、水素ポンプ８２０が停止した状態で、エアポンプ８１０が稼働し、エアポンプ８１０の温度は、空気の圧縮熱によって上昇する。
【００３８】
動力伝達部８４０を離脱状態にしたまま、駆動モータ８３０が起動された後（ステップＳ１２０）、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ８２０の温度を示す温度データを温度センサ８８４から取得して水素ポンプ温度Ｔｈｐを検知する（ステップＳ１３０）。その後、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ８２０が凍結している可能性があるか否かを、水素ポンプ温度Ｔｈｐに基づいて判断する（ステップＳ１４０）。本実施例では、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ温度Ｔｈｐが０℃以下を示す場合に、水素ポンプ８２０が凍結している可能性があると判断する。
【００３９】
水素ポンプ８２０が凍結している可能性があると判断された場合（ステップＳ１４０）、ポンプ制御装置９０は、エアポンプ８１０の温度を示すエアポンプ温度データを温度センサ８８２から取得してエアポンプ温度Ｔａｐを検知する（ステップＳ１５０）。その後、ポンプ制御装置９０は、エアポンプ温度Ｔａｐが予め設定された暖気温度Ｔｗｕよりも高い温度に上昇したか否かを判断する（ステップＳ１６０）。
【００４０】
水素ポンプ８２０が凍結している可能性がないと判断された場合（ステップＳ１４０）、または、水素ポンプ８２０が凍結している可能性がありエアポンプ温度Ｔａｐが予め設定された暖気温度Ｔｗｕよりも高い温度に上昇したと判断された場合（ステップＳ１６０）、ポンプ制御装置９０は、動力伝達部８４０に制御信号を出力して動力伝達部８４０を係合状態にする（ステップＳ１７０）。これによって、駆動モータ８３０の駆動軸８３２に出力された回転動力は、動力伝達部８４０を介して、水素ポンプ８２０のフランジ８２２に伝達される。
【００４１】
動力伝達部８４０が係合状態にされた後（ステップＳ１７０）、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ８２０が起動したか否かを判断する（ステップＳ１８０）。本実施例では、水素ポンプ８２０が起動したか否かは、循環ガス導管４２０における燃料ガスの圧力に基づいて判断されるが、他の実施形態として、駆動モータ８３０の回転数や電流値などに基づいて判断されるとしても良い。
【００４２】
水素ポンプ８２０が起動していないと判断された場合（ステップＳ１８０）、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ８２０が凍結していると判断し、動力伝達部８４０に制御信号を出力して、動力伝達部８４０を係合状態と離脱状態とを交互に繰り返す間欠的な係合状態（ＯＮ−ＯＦＦ状態）にする（ステップＳ１９０）。これによって、動力伝達部８４０が離脱状態から係合状態に移行する際に、駆動モータ８３０およびエアポンプ８１０の慣性マスによる衝撃トルクが、動力伝達部８４０を介して水素ポンプ８２０に加わる。本実施例では、ポンプ制御装置９０は、水素ポンプ８２０が起動するまで、動力伝達部８４０を間欠的な係合状態にする（ステップＳ１７０，Ｓ１８０，Ｓ１９０）。本実施例では、ポンプ制御装置９０は、係合状態と離脱状態とを交互に繰り返すに従って、駆動モータ８３０の回転数を増加させて、水素ポンプ８２０に加わる衝撃トルクを徐々に増大させるが、他の実施形態として、動力伝達部８４０の変速比を変化させて衝撃トルクを徐々に増大させても良い。
【００４３】
水素ポンプ８２０が起動していると判断された場合（ステップＳ１８０）、ポンプ制御装置９０は、図４のポンプ起動制御処理を終了する。その後、ポンプ制御装置９０は、燃料電池２０の運転に必要とされる反応ガスの供給量に応じて燃料電池用ポンプ８０を制御する。
【００４４】
以上説明した第１の実施例の燃料電池システム１０によれば、水素ポンプ８２０が動力伝達部８４０を介してエアポンプ８１０と一体的に構成されているため、エアポンプ８１０の発生熱を効率良く水素ポンプ８２０に伝熱させることができる。その結果、凍結した水素ポンプ８２０の起動性能を向上させることができる。また、水素ポンプ８２０およびエアポンプ８１０が、動力伝達部８４０に加え駆動モータ８３０とも一体的に構成されているため、エアポンプ８１０の発生熱に加え、駆動モータ８３０の発生熱が水素ポンプ８２０に伝熱され、凍結した水素ポンプ８２０の起動性能を更に向上させることができる。
【００４５】
また、エアポンプ８１０，駆動モータ８３０，動力伝達部８４０，水素ポンプ８２０の各回転軸が同一軸線上に配置されているため、駆動軸８３２および動力伝達部８４０を介した伝熱経路の短縮化を図り、エアポンプ８１０から水素ポンプ８２０への伝熱効率を高めることができる。また、ハウジング８１１，８３１，８４１，８２１が連結されているため、駆動軸８３２および動力伝達部８４０を介した伝熱経路に加え、ハウジング８１１，８３１，８４１，８２１を介した伝熱経路が形成され、エアポンプ８１０から水素ポンプ８２０への伝熱効率を高めることができる。
【００４６】
また、駆動モータ８３０と水素ポンプ８２０との間に動力伝達部８４０が設けられているため、水素ポンプ８２０から駆動モータ８３０への水素のリークを抑制することができる。その結果、水素ポンプ８２０からの水素リークが、駆動モータ８３０に与える水素脆性の影響を抑制することができる。
【００４７】
また、エアポンプ８１０が水素ポンプ８２０の起動前に暖機されるため（ステップＳ１１０〜Ｓ１６０）、水素ポンプ８２０を起動させる際にエアポンプ８１０から水素ポンプ８２０に十分な熱量を提供することができる。その結果、凍結した水素ポンプ８２０の起動性能を更に向上させることができる。また、水素ポンプ８２０が起動しない場合に、動力伝達部８４０が間欠的な係合状態にされるため（ステップＳ１９０）、エアポンプ８１０の発生熱に加え、動力伝達部８４０の間欠的な係合による衝撃トルクを用いて、水素ポンプ８２０の凍結を解除することができる。
【００４８】
Ｂ．第２の実施例：
図５は、第２の実施例における燃料電池用ポンプ８２の詳細構成を示す説明図である。第２の実施例における燃料電池システム１０の構成および動作は、第１の実施例の燃料電池用ポンプ８０に代えて、燃料電池用ポンプ８２を備える点を除き、第１の実施例と同様である。第２の実施例における燃料電池用ポンプ８２は、エアポンプ８１０と駆動モータ８３０との位置関係が逆である点を除き、第１の実施例の燃料電池用ポンプ８０と同様である。すなわち、燃料電池用ポンプ８２は、駆動モータ８３０，エアポンプ８１０，動力伝達部８４０，水素ポンプ８２０の順に連結した構造を有する。燃料電池用ポンプ８２の各ハウジングは、ハウジング８３１，ハウジング８１１，ハウジング８４１，ハウジング８２１の順に連結され一体的に構成されている。なお、図５では、エアポンプ８１０を構成するポンプ機構，水素ポンプ８２０を構成するポンプ機構，駆動モータ８３０を構成するモータ機構の図示は、説明の簡略化のため省略されている。
【００４９】
以上説明した第２の実施例の燃料電池システム１０によれば、第１の実施例と同様に、凍結した水素ポンプ８２０の起動性能を向上させることができる。また、駆動モータ８３０と水素ポンプ８２０との間にエアポンプ８１０および動力伝達部８４０が設けられているため、水素ポンプ８２０から駆動モータ８３０への水素のリークを更に抑制することができる。その結果、水素ポンプ８２０からの水素リークが、駆動モータ８３０に与える水素脆性の影響を抑制することができる。また、第１の実施例よりもエアポンプ８１０と水素ポンプ８２０との間の伝熱経路が短縮されるため、第１の実施例よりもエアポンプ８１０の発生熱を水素ポンプ８２０に効率良く伝えることができる。
【００５０】
Ｃ：他の実施形態
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、燃料電池用ポンプ８０のハウジング８１１，８３１，８４１，８２１は、各ハウジング間で連結され一体的に構成されているが、他の実施形態として、燃料電池用ポンプ８０のハウジング８１１，８３１，８４１，８２１は、単一のハウジングとして一体成形されても良い。
【００５１】
また、動力伝達部８４０は、リングコーン式変速機に限るものではなく、駆動モータ８３０の駆動軸８３２を水素ポンプ８２０に対して係脱可能であり、係合状態において駆動軸８３２に出力された動力を水素ポンプ８２０に伝達するものであれば良い。動力伝達部８４０は、例えば、電磁クラッチ，パウダクラッチなどの電気制御クラッチでも良く、このような電気制御クラッチと変速機とを組み合わせたものでも良い。また、本実施例で示した燃料電池用ポンプ８０，８２におけるエアポンプ８１０と水素ポンプ８２０との配置を入れ替えても良い。また、エアポンプ８１０と水素ポンプ８２０との配置を入れ替えた燃料電池用ポンプにおいて、水素ポンプ８２０をエアポンプ８１０よりも先に立ち上げて水素ポンプ８２０を暖気した後、エアポンプ８１０を駆動することによって、水素ポンプ８２０の発生熱をエアポンプ８１０に伝熱させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池用ポンプ８０の詳細構成を示す説明図である。
【図３】動力伝達部８４０が備えるリンクコーン式の変速機８４５の詳細構造を示す説明図である。
【図４】燃料電池システム１０のポンプ制御装置９０によって実行されるポンプ起動制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施例における燃料電池用ポンプ８２の詳細構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
３０…水素供給源
７０…負荷部
８０…燃料電池用ポンプ
８２…燃料電池用ポンプ
９０…ポンプ制御装置
３００…燃料ガス導管
４００…アノードオフガス導管
４１０…循環ガス導管
４２０…循環ガス導管
５００…酸化ガス導管
６００…カソードオフガス導管
８１０…エアポンプ
８１１…ハウジング
８１２…フランジ
８２０…水素ポンプ
８２１…ハウジング
８２２…フランジ
８３０…駆動モータ
８３１…ハウジング
８３２…駆動軸
８４０…動力伝達部
８４１…ハウジング
８４２…フランジ
８４３…入力軸
８４５…変速機
８４５１…入力円板
８４５３…遊星コーン
８４５４…コーンリテーナ
８４５５…変速リング
８４５７…出力円板
８４９…出力軸
８８２…温度センサ
８８４…温度センサ
９１０…ＣＰＵ
９２０…ＲＯＭ
９３０…ＲＡＭ
９４０…インタフェース
Ｔａｐ…エアポンプ温度
Ｔｈｐ…水素ポンプ温度
Ｔｗｕ…暖気温度
【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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