(57)【要約】【課題】一つだけ設けたモータの出力軸をクラッチを介して各ポンプの回転軸に連結することにより、低コストの改質原料供給装置を提供する。【解決手段】改質原料供給装置３０は、燃料電池に供給される水素ガスを生成する燃料生成系に燃料供給源からの燃料を送出する燃料ポンプ３１と、燃料生成系に水供給源からの水を送出する水ポンプ３２と、燃料生成系に空気供給源からの空気を送出するエアポンプ３３と、これらポンプ３１〜３３を駆動するモータ３４から構成されている。モータ３４の出力軸３４ａはクラッチ３５〜３７により各ポンプの回転軸３１ａ〜３３ａに係脱可能に連結される。【選択図】　図２
2004087147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給される水素ガスを生成する燃料生成系に燃料供給源からの燃料を送出する燃料ポンプと、前記燃料生成系に水供給源からの水を送出する水ポンプと、前記燃料生成系に空気供給源からの空気を送出するエアポンプを備えた改質原料供給装置において、
モータを１つだけ設け、該モータの出力軸はクラッチにより前記各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されることを特徴とする改質原料供給装置。
【請求項２】
前記モータの出力軸と前記各ポンプの回転軸を同一軸線上に配置するとともに前記各軸の間に前記クラッチを配置して、前記各軸は前記各クラッチにより係脱可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の改質原料供給装置。
【請求項３】
前記モータの出力軸に前記各ポンプの回転軸を水ポンプ、燃料ポンプおよびエアポンプの順番に連結させることを特徴とする請求項２に記載の改質原料供給装置。
【請求項４】
前記モータの出力軸は同出力軸の回転にともなって回転する複数の出力軸を有する出力分配器に接続され、該出力分配器の各出力軸は各クラッチにより前記各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の改質原料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に供給される水素ガスを生成する燃料生成系に原料である燃料、空気および水を供給する改質原料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の改質原料供給装置としては、燃料電池に供給される水素ガスを生成する燃料生成系に燃料供給源からの燃料を送出する燃料ポンプと、燃料生成系に水タンクからの水を送出する水ポンプと、燃料生成系に空気供給源からの空気を送出するエアポンプを備えたものが知られている。上述した燃料ポンプ、エアポンプおよび水ポンプはそれぞれモータにより駆動され、燃料、空気および水を燃料生成系に供給している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した改質原料供給装置においては、各ポンプにポンプを駆動するためのモータを一つずつ設けていたため複数のモータが設けられていたので、装置がコスト高となるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、一つだけ設けたモータの出力軸をクラッチを介して各ポンプの回転軸に連結することにより、低コストの改質原料供給装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池に供給される水素ガスを生成する燃料生成系に燃料供給源からの燃料を送出する燃料ポンプと、燃料生成系に水供給源からの水を送出する水ポンプと、燃料生成系に空気供給源からの空気を送出するエアポンプを備えた改質原料供給装置において、モータを１つだけ設け、このモータの出力軸はクラッチにより各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されることである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、モータの出力軸と各ポンプの回転軸を同一軸線上に配置するとともに各軸の間にクラッチを配置して、各軸は各クラッチにより係脱可能に連結されることである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２に記載の発明においてモータの出力軸に各ポンプの回転軸を水ポンプ、燃料ポンプおよびエアポンプの順番に連結させることである。
【０００８】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、モータの出力軸は同出力軸の回転にともなって回転する複数の出力軸を有する出力分配器に接続され、この出力分配器の各出力軸は各クラッチにより各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されることである。
【０００９】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、１つだけ設けたモータの出力軸はクラッチにより各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されるので、回転軸がモータの出力軸に連結されたポンプは原料である燃料、水および空気をそれぞれ吸入して吐出する。したがって、一つのモータにより各ポンプを駆動させることができるので、低コストの改質原料供給装置を提供することができる。
【００１０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、１つだけ設けたモータの出力軸と各ポンプの回転軸を同一軸線上に配置するとともに各軸の間にクラッチを配置して、各軸は各クラッチにより係脱可能に連結されるので、回転軸がモータの出力軸に連結されたポンプは原料である燃料、水および空気をそれぞれ吸入して吐出する。したがって、一つのモータにより各ポンプを駆動させることができるので、低コストの改質原料供給装置を提供することができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、モータの出力軸に各ポンプの回転軸を水ポンプ、燃料ポンプおよびエアポンプの順番に連結させることにより、燃料生成系に水、燃料、空気をこの順番に供給する。したがって、モータ、水ポンプ、燃料ポンプ、空気ポンプをこの順番に直列に配置することができるので、簡単な構造の改質原料供給装置を提供することができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、１つだけ設けたモータの出力軸は同出力軸の回転にともなって回転する複数の出力軸を有する出力分配器に接続され、この出力分配器の各出力軸は各クラッチにより各ポンプの回転軸に係脱可能に連結されるので、回転軸がモータの出力軸に連結されたポンプは原料である燃料、水および空気をそれぞれ吸入して吐出する。したがって、一つのモータにより各ポンプを駆動させることができるので、低コストの改質原料供給装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ａ）第１の実施の形態
以下、本発明による改質原料供給装置の第１の実施の形態を適用した燃料電池システムについて説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図であり、図２は改質原料供給装置３０の構成を示す構成概要図である。
【００１４】
この燃料電池システムは燃料電池１０と燃料電池１０に必要な水素ガスを生成する燃料生成系２０と燃料生成系２０に原料である燃料、水および空気を供給する改質原料供給装置３０を備えている。燃料生成系２０は、図１に示すように、都市ガス、ＬＰＧなどの燃料を水素ガスに改質する改質装置２１と、改質装置２１から導出された水素ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素シフト反応装置２２と、一酸化炭素シフト反応装置２２から導出された水素ガスに含まれる一酸化炭素をさらに除去する一酸化炭素選択酸化反応装置２３から構成されている。この燃料生成系２０により生成された水素ガスいわゆる水素リッチガスを供給された燃料電池１０は、この水素ガスと酸素ガスとの反応により発電するようになっている。なお、本実施の形態において使用する燃料は都市ガス（メタンガスを主成分とする）である。
【００１５】
改質装置２１は、触媒２１ａが充填された反応室２１ｂと、この反応室２１ｂに密接して設けられて反応室２１ｂを加熱する加熱室２１ｃと、加熱室２１ｃに高温の燃焼ガスを供給するバーナ２１ｄから構成されている。
【００１６】
反応室２１ｂには燃料供給源Ｓｆに接続された燃料供給管４１が接続されており、燃料供給源Ｓｆ（例えば都市ガス管）から燃料が供給されている。燃料供給管４１には、上流から順番に改質原料供給装置３０の燃料ポンプ３１（図２参照）、脱硫器４２、逆止弁４３および熱交換器４４が設けられている。燃料ポンプ３１は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料ガスを吸い込み改質装置４０の反応室２１ｂに吐出するものであり、脱硫器４２は燃料中のイオウ分を除去するものであり、逆止弁４３は水蒸気を含んだ燃料ガスが逆流するのを防止するものであり、熱交換器４４は改質装置４０の燃焼ガスとの間で熱交換が行われて予熱された燃料を改質装置４０の反応室２１ｂに供給するものである。これにより、燃料はイオウが除去され予熱されて反応室２１ｂに供給される。
【００１７】
また、燃料供給管４１の逆止弁４３と熱交換器４４との間には蒸発器５４に接続された水蒸気供給管５２が接続され、蒸発器５４から供給された水蒸気が燃料に混合されて改質装置４０の反応室２１ｂに供給されている。蒸発器５４には水供給源である水タンクＳｗに接続された給水管５１が接続されている。給水管５１には、上流から順番に改質原料供給装置３０の水ポンプ３２（図２参照）および水バルブ５３が設けられている。水ポンプ３２は水タンクＳｗから供給される水を吸い込み蒸発器５４に吐出するものであり、水バルブ５３は制御装置８０により給水管５１を開閉するものである。給水管５１は加熱室２１ｃの外周に巻きつけられており、給水管５１内の流水が加熱室２１ｃにより予熱される。これにより、水は予熱されて蒸発器５４に供給され、水蒸気となって反応室２１ｂに供給される。
【００１８】
反応室２１ｂ内に供給された燃料（メタンガス）は、下記化１に示すように、触媒２１ａにより反応室２１ｂ内に供給された水蒸気と反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に反応室２１ｂ内では、下記化２に示すように、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素が水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。なお、反応室２１ｂに充填された触媒２１ａは、ほぼ一定の大きさの粒状のものであり、例えばルテニウム、ニッケルなどの金属をセラミックス製の球体に担持させたものである。
【００１９】
【化１】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ　→　３Ｈ２＋ＣＯ
【００２０】
【化２】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ　→　Ｈ２＋ＣＯ２
【００２１】
これら生成されたガスは熱交換器４４を介して一酸化炭素シフト反応装置に導出される。この導出されたガスは熱交換器４４によって約６５０℃から約２００℃まで冷却されている。
【００２２】
上述した水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質装置２１の起動時など触媒２１ａの温度がこの触媒の活性温度域（６００〜７００℃）に達していない場合には、バーナ２１ｄにより触媒２１ａを加熱するようになっている。バーナ２１ｄには燃料電池１０に接続されたオフガス供給管７５が接続されており、燃料電池１０にて反応に使われなかった水素ガス（オフガス）が供給されている。また、バーナ２１ｄには改質原料供給装置３０の手前で燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４５が接続されており、燃焼用燃料が供給されるようになっている。燃焼用燃料供給管４５には燃焼用燃料ポンプ４６が設けられており、燃焼用燃料ポンプ４６は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料を吸い込みバーナ２１ｄに吐出するものであり制御装置８０により制御されている。
【００２３】
さらにバーナ２１ｄには改質原料供給装置３０の手前で空気供給管６１から分岐した燃焼用空気供給管６３が接続されており、オフガスまたは燃焼用燃料を燃焼させるための燃焼用空気が供給されている。燃焼用空気供給管６３には燃焼用空気ポンプ６４が設けられており、燃焼用空気ポンプ６４は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みバーナ２１ｄに吐出するものであり制御装置８０により制御されている。
【００２４】
バーナ２１ｄが制御装置８０により着火されると、バーナ２１ｄに供給されたオフガスまたは燃焼用燃料は燃焼されて高温の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが加熱室２１ｃに供給されて反応室２１ｂが加熱されることにより触媒２１ａが加熱される。加熱室２１ｃを通過した燃焼ガスは排気管８１および蒸発器５４を通って排気ガスとして外部に排気される。なお、蒸発器５４には通過する燃焼ガスの温度を検出する第１温度センサが設けられている。
【００２５】
上述した改質装置２１から導出された一酸化炭素ガスを含む水素ガスは、一酸化炭素シフト反応装置２２に供給される。供給された水素ガスに含まれる一酸化炭素は、一酸化炭素シフト反応装置２２内に充填された触媒により下記化３に示すように水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。なお、一酸化炭素シフト反応装置２２内に充填された触媒は、ほぼ一定の大きさの粒状のものであり、例えば銅、亜鉛などの金属酸化物である。
【００２６】
【化３】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ　→　Ｈ２＋ＣＯ２
【００２７】
これにより、水素ガスは前述した一酸化炭素シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減されて導出される。
【００２８】
一酸化炭素シフト反応装置２２から導出された一酸化炭素濃度が低減された水素ガスは、一酸化炭素選択酸化反応装置２３に供給される。一方、一酸化炭素選択酸化反応装置２３には、空気供給源Ｓａに接続された空気供給管６１が接続されており、空気供給源Ｓａ（例えば大気）から空気が供給されている。空気供給管６１には、上流から順番に改質原料供給装置３０のエアポンプ３３（図２参照）およびエアバルブ６２が設けられている。エアポンプ３３は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込み一酸化炭素選択酸化反応装置２３に吐出するものであり、エアバルブ６２は制御装置８０により空気供給管６１を開閉するものである。これにより、空気が一酸化炭素選択酸化反応装置２３に供給される。
【００２９】
前述のように一酸化炭素選択酸化反応装置２３に供給された水素ガスに残留している一酸化炭素は、一酸化炭素選択酸化反応装置２３に充填された触媒により下記化４に示すように別に供給された空気中の酸素と反応して二酸化炭素になる。なお、一酸化炭素選択酸化反応装置２３内に充填された触媒は、ほぼ一定の大きさの粒状のものであり、例えば白金、ルテニウムなどの金属をセラミックス製の球体に担持させたものである。また、一酸化炭素選択酸化反応装置２３には充填された触媒の温度を検出する第２温度センサ２３ａが設けられている。
【００３０】
【化４】
ＣＯ＋１／２Ｏ２　→　ＣＯ２
【００３１】
これにより、水素ガスは前述した酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出される。
【００３２】
一酸化炭素選択酸化反応装置２３は水素ガス供給管７１を介して燃料電池１０の燃料極に接続されている。水素ガス供給管７１には、燃料ガス第１バルブ７３が設けられている。燃料ガス第１バルブ７３は制御装置８０により起動時に水素ガス供給管７１を閉じ定常時に開くものである。これにより、定常時には一酸化炭素選択酸化反応装置２３から導出された水素ガスが燃料電池１０の燃料極に供給される。燃料電池１０はその燃料極および空気極にそれぞれ水素ガスおよび空気が供給されると、所定の反応を起こして発電する。このとき、燃料電池１０の燃料極および空気極からはそれぞれオフガスおよび水（気体）が導出される。
【００３３】
なお、水素ガス供給管７１には、オフガス燃焼器（図示省略）に接続された排気ガス導出管７２が接続されている。排気ガス導出管７２には、燃料ガス第１バルブ７４が設けられている。燃料ガス第１バルブ７４は制御装置８０により起動時に排気ガス導出管７２を開き定常時に閉じるものである。これにより、起動時には一酸化炭素選択酸化反応装置２３から導出された水素ガスがオフガス燃焼器に供給される。
【００３４】
改質原料供給装置３０は、図２に示すように、燃料ポンプ３１、水ポンプ３２およびエアポンプ３３と、これらポンプ３１〜３３を駆動するための一つのモータ３４と、これらの間に配置された複数（本実施の形態においては３個）のクラッチ３５〜３７から構成されている。燃料ポンプ３１、水ポンプ３２およびエアポンプ３３は回転軸一回転あたり一定量の流体を送出する定容積型ポンプであり、クラッチ３５〜３７は原動軸と従動軸との間で動力の伝達を断続するものである。
【００３５】
これらポンプ３１〜３３とモータ３４は、モータ３４、水ポンプ３２、燃料ポンプ３１およびエアポンプ３３の順に直列に並べられており、出力軸、回転軸３１ａ〜３３ａは同一軸線上に配置されている。モータ３４の出力軸３４ａと水ポンプ３２の回転軸３２ａの一端は水ポンプ用クラッチ３５に接続され、水ポンプ用クラッチ３５は制御装置８０により出力軸３４ａと回転軸３２ａを係合または離脱している。水ポンプ３２の回転軸３２ａの他端と燃料ポンプ３１の回転軸３１ａの一端は燃料ポンプ用クラッチ３６に接続され、燃料ポンプ用クラッチ３６は制御装置８０により両回転軸３２ａ，３１ａを係合または離脱している。燃料ポンプ３１の回転軸３１ａの他端とエアポンプ３３の回転軸３３ａはエアポンプ用クラッチ３７に接続され、エアポンプ用クラッチ３７は制御装置８０により両回転軸３１ａ，３３ａを係合または離脱している。
【００３６】
したがって、水ポンプ用クラッチ３５が離脱状態であれば各ポンプ３１〜３３はモータ３４と連結されないため駆動されないので何も供給されない。水ポンプ用クラッチ３５が係合状態で燃料ポンプ用クラッチ３６およびエアポンプ用クラッチ３７が離脱状態であれば水ポンプ３２のみモータ３４と連結され駆動されて水のみ供給される。水ポンプ用クラッチ３５および燃料ポンプ用クラッチ３６が係合状態でエアポンプ用クラッチ３７が離脱状態であれば水ポンプ３２および燃料ポンプ３１がモータ３４と連結され駆動されて水および燃料が供給される。水ポンプ用クラッチ３５、燃料ポンプ用クラッチ３６およびエアポンプ用クラッチ３７が係合状態であれば水ポンプ３２、燃料ポンプ３１および水ポンプ３３がモータ３４と連結され駆動されて水、燃料および空気が供給される。このように、モータ３４の動力は水ポンプ３２を介して燃料ポンプ３１に伝達され、また燃料ポンプ３１を介してエアポンプ３３に伝達されている。すなわちモータ３４の動力が各ポンプ３１〜３３を介して直列に伝達されている。
【００３７】
なお、モータ３４に水ポンプ３２、燃料ポンプ３１およびエアポンプ３３が連結された状態においては、燃料、水および空気は所定比にて送出されるようになっている。具体的には、各ポンプ３１〜３３の回転軸一回転あたりの送出量をこの所定比となるように設定し、各回転軸の回転比を１とすればよく、また、各ポンプ３１〜３３の回転軸一回転あたりの送出量を同一となるように設定し、各回転軸の回転比を前述した所定比となるように変速するようにすればよい。
【００３８】
上述した所定比は燃料の種類によって異なるものであり、本実施の形態においてはメタン８８％、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン２％の成分比である都市ガスを燃料としているので、この場合の所定比は流量比で１Ｌ／ｍｉｎ：２．９ｍＬ／ｍｉｎ：０．２Ｌ／ｍｉｎであり、モル比で１：３．６：０．２である。この所定比は次のように算出される。
【００３９】
上述した組成の都市ガスを１モル供給して改質するためには、スチームカーボン比を３としたとき、水（水蒸気）の供給量は３．６モルである。１モルの都市ガスと３．６モルの水蒸気を改質装置２１に供給すると、改質装置２１の温度６５０℃、一酸化炭素シフト反応装置２２の温度２４０℃の温度条件では、温度平衡を仮定した場合、０．０２８モルの一酸化炭素が生成されて一酸化炭素選択酸化反応装置２３に導出される。一酸化炭素選択酸化反応装置２３において、０．０２８モルの一酸化炭素を下記化５に示す酸化反応により除去するために必要な酸素は０．０１４モル（＝０．０２８／２）である。しかし、０．０２８モル以上の一酸化炭素ガスが供給されたり供給された酸素ガスが水素ガスの燃焼に消費されたりするので、実際にはこの３倍程度の酸素すなわち０．０１４×３＝０．０４２モルの酸素が必要となる。したがって、空気中に含まれる酸素の割合は２０．９％であるので、０．２モル（＝０．０４２／０．２０９）の空気が必要となる。
【００４０】
【化５】
ＣＯ＋１／２Ｏ２　→　ＣＯ２
【００４１】
また、上述した各センサ２３ａ，５４ａ、並びにバーナ２１ｄ、各ポンプ４６，６４、各バルブ５３，６２，７３，７４、モータ３４および各クラッチ３５〜３７は制御装置８０に接続されている（図３参照）。制御装置８０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図４のフローチャートに対応したプログラムを実行して、各センサ２３ａ，５４ａからの検出信号に基づいて燃料電池システムを起動する。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００４２】
次に、上述した燃料電池システムの起動について図４を参照して説明する。制御装置８０は図示しない起動スイッチがオンされると、図４に示すプログラムを実行する。制御装置８０は、燃料ガス第１バルブ７３を閉じ燃料ガス第２バルブ７４を開いて一酸化炭素選択酸化反応装置２３をオフガス燃焼器に接続し、燃焼用燃料ポンプ４６および燃焼用エアポンプ６４を駆動して燃焼用燃料および空気を改質装置２１のバーナ２１ｄに供給してバーナ２１ｄを着火する（ステップ１０２）。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質装置２１内の触媒２１ａおよび蒸発器５４が加熱される。
【００４３】
制御装置８０は、第１温度センサに５４ａより蒸発器５４の温度を検出し、この検出した温度が所定温度Ｔｈ１以上となれば、水バルブ５３を開き、水ポンプ用クラッチ３５を係合状態にして水ポンプ３２をモータ３４に連結するとともにモータ３４の駆動を開始することにより水ポンプ３２を駆動させ水タンクＳｗの水を蒸発器５４に供給する（ステップ１０４〜１０８）。
【００４４】
制御装置８０は、蒸発器５４の温度が所定温度Ｔｈ１以上となった時点からタイマのカウントを開始し、タイマが所定時間Ｔ１（例えば３分）以上となれば、燃料ポンプ用クラッチ３６を係合状態にして燃料ポンプ３１を水ポンプ３２に連結することにより燃料ポンプ３１を駆動させ燃料供給源Ｓｆの水を改質装置２１の反応室２１ｂに供給する（ステップ１１０〜１１４）。これにより、改質装置２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じる。そして、改質装置２１から導出された水素ガスは一酸化炭素シフト反応装置２２および一酸化炭素選択酸化反応装置２３により一酸化炭素ガスを低減されて一酸化炭素選択酸化反応装置２３から導出される。
【００４５】
このように水素ガスの生成中において、制御装置８０は、第２温度センサに２３ａより一酸化炭素選択酸化反応装置２３の触媒の温度を検出し、この検出した温度が所定温度Ｔｈ２以上となれば、エアバルブ６２を開き、エアポンプ用クラッチ３７を係合状態にしてエアポンプ３３を燃料ポンプ３１に連結することによりエアポンプ３３を駆動させ空気供給源Ｓａの空気を一酸化炭素選択酸化反応装置２３に供給する（ステップ１１６〜１２０）。
【００４６】
そして、制御装置８０は、燃料ガス第１バルブ７３を開き燃料ガス第２バルブ７４を閉じて一酸化炭素選択酸化反応装置２３を燃料電池１０に接続し、燃焼用燃料ポンプ４６および燃焼用エアポンプ６４の駆動を停止して起動運転を終了し、燃料ポンプ３１、水ポンプ３２およびエアポンプ３３の駆動を継続させて燃料ガスを燃料電池１０に供給する定常運転を開始する（ステップ１２２）。
【００４７】
上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、１つだけ設けたモータ３４の出力軸３４ａと各ポンプ３１〜３３の回転軸３１ａ〜３３ａを同一軸線上に配置するとともに各軸３１ａ〜３４ａの間にクラッチ３５〜３７を配置して、各軸３１ａ〜３４ａは各クラッチ３５〜３７により係脱可能に連結されるので、回転軸３１ａ〜３３ａがモータ３４の出力軸３４ａに連結されたポンプは原料である燃料、水および空気をそれぞれ吸入して吐出する。したがって、一つのモータ３４により各ポンプ３１〜３３を駆動させることができるので、低コストの改質原料供給装置を提供することができる。
【００４８】
また、モータ３４の出力軸３４ａに各ポンプ３１〜３３の回転軸３１ａ〜３３ａを水ポンプ３２、燃料ポンプ３１およびエアポンプ３３の順番に連結させることにより、燃料生成系２０に水、燃料、空気をこの順番に供給する。したがって、燃料より先に水を供給するので燃料生成系２０にカーボンが析出するのを防止することができる。また、燃料生成系２０に水、燃料、空気をこの順番に供給するため、上述したようにモータ３４、水ポンプ３２、燃料ポンプ３１、空気ポンプ３３を直列に配置することができるので、簡単な構造の改質原料供給装置を提供することができる。
【００４９】
ｂ）第２の実施の形態
次に、第２の実施の形態による改質原料供給装置３０’について図５を参照して説明する。この改質原料供給装置３０’も第１の実施の形態と同様に燃料生成系２０に原料である燃料、水および空気を供給するものであり、第１の実施の形態とは各ポンプ３１〜３３の回転軸３１ａ〜３３ａが出力分配器３８を介してモータ３４の出力軸３４ａに連結される点が異なっている。なお、第１の実施の形態と同一構成要件については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図５に示すように、改質原料供給装置３０’は燃料ポンプ３１、水ポンプ３２およびエアポンプ３３と、これらポンプ３１〜３３を駆動するための一つのモータ３４と、モータ３４の出力軸３４ａの回転にともなって回転する複数の出力軸３８ａ，３８ｂを有する出力分配器３８と、モータ３４の出力軸３４ａとポンプ３２との間、および出力分配器３８の各出力軸３８ａ，３８ｂとポンプ３１，３３の各回転軸３１ａ，３３ａとの間に配置された複数（本実施の形態においては３個）のクラッチ３５〜３７から構成されている。なお、本第２の実施の形態では、モータ３４の出力軸３４ａが出力分配器３８の第３出力軸の機能をも果たしている。
【００５１】
出力分配器３８の第１および第２出力軸３８ａ，３８ｂはモータ３４の出力軸３４ａに平行に配置されている。第１および第２出力軸３８ａ，３８ｂにはそれぞれプーリ３８ａ１，３８ｂ１が固定され、モータ３４の出力軸３４ａにはプーリ３４ａ１，３４ａ２が軸方向に並べて固定されており、両プーリ３８ａ１，３４ａ１間および両プーリ３８ｂ１，３４ａ２間にはそれぞれベルト３８ｃおよび３８ｄが張架されている。これにより、モータ３４の出力軸３４ａは各ベルト３８ｃおよび３８ｄを介して出力分配器３８の第１および第２出力軸３８ａ，３８ｂに連結されるので、モータ３４の出力軸３４ａが回転すると、この回転とともに出力分配器３８の第１および第２出力軸３８ａ，３８ｂが回転する。
【００５２】
また、モータ３４の出力軸３４ａと水ポンプ３２の回転軸３２ａは水ポンプ用クラッチ３５に接続され、水ポンプ用クラッチ３５は制御装置８０により出力軸３４ａと回転軸３２ａを係合または離脱している。第１出力軸３８ａと燃料ポンプ３１の回転軸３１ａは燃料ポンプ用クラッチ３６に接続され、燃料ポンプ用クラッチ３６は制御装置８０により両軸３８ａ，３１ａを係合または離脱している。第２出力軸３８ｂとエアポンプ３３の回転軸３３ａはエアポンプ用クラッチ３７に接続され、エアポンプ用クラッチ３７は制御装置８０により両軸３８ｂ，３３ａを係合または離脱している。
【００５３】
したがって、各クラッチ３５〜３７がすべて離脱状態であれば各ポンプ３１〜３３はモータ３４と連結されないため駆動されないので何も供給しない。各クラッチ３５〜３７のうちいずれかが係合状態となればそのポンプがモータ３４と連結されるため駆動されて燃料、水および／または空気を供給する。このように、モータ３４の動力は各ポンプ３１〜３３に直接伝達されている。
【００５４】
上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、１つだけ設けたモータ３４の出力軸３４ａは出力軸３４ａの回転にともなって回転する複数の出力軸３８ａ，３８ｂを有する出力分配器３８に接続され、モータ３４の出力軸３４ａおよび出力分配器３８の出力軸３８ａ，３８ｂは各クラッチ３５〜３７により各ポンプ３１〜３３の回転軸３１ａ〜３３ａに係脱可能に連結されるので、回転軸３１ａ〜３３ａがモータ３４の出力軸３４ａに連結されたポンプは原料である燃料、水および空気をそれぞれ吸入して吐出する。したがって、一つのモータ３４により各ポンプ３１〜３３を駆動させることができるので、低コストの改質原料供給装置を提供することができる。
【００５５】
また、モータ３４の動力が各ポンプ３１〜３３に直接かつ独立して伝達されるので、各ポンプ３１〜３３を個別に駆動させることができる。
【００５６】
なお、上述した第２の実施の形態においては、モータ３４の動力をベルト３８ｃ，３８ｄにより各出力軸３８ａ，３８ｂに伝達するようにしたが、歯車により伝達するようにしてもよい。また、出力分配器３８の第１および第２出力軸３８ａ，３８ｂをモータ３４の出力軸３４ａに平行に配置するようにしたが、直交するように配置してもよい。
【００５７】
また、本発明は、上述した各実施の形態に限られず、燃料電池１０に供給される水素ガスを生成する燃料生成系２０に燃料供給源Ｓｆからの燃料を送出する燃料ポンプ３１と、燃料生成系２０に水供給源Ｓｗからの水を送出する水ポンプ３２と、燃料生成系２０に空気供給源Ｓａからの空気を送出するエアポンプ３３を備えた改質原料供給装置３０において、モータ３４を１つだけ設け、このモータ３４の出力軸３４ａをクラッチにより各ポンプ３１〜３３の回転軸３１ａ〜３３ａに係脱可能に連結するものに適用される。
【００５８】
また、上述した各実施の形態においては、水ポンプ３２の回転軸３２ａをモータ３４の出力軸３４ａにクラッチ３５を介して連結するようにしたが、両軸３２ａ，３４ａを直結するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による改質原料供給装置の第１の実施の形態を適用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す改質原料供給装置の構成を示す構成概要図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図４】図３に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図５】本発明による第２の実施の形態の改質原料供給装置の構成を示す構成概要図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池、２０…燃料生成系、２１…改質装置、２２…一酸化炭素シフト反応装置、２３…一酸化炭素選択酸化反応装置、３０…改質原料供給装置、３１…燃料ポンプ、３１ａ〜３３ａ…回転軸、３２…水ポンプ、３３…エアポンプ、３４…モータ、３４ａ…出力軸、３５…水ポンプ用クラッチ、３６…燃料ポンプ用クラッチ、３７…エアポンプ用クラッチ、３８…出力分配器、３８ａ，３８ｂ…第１および第２出力軸。
【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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