(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料ガスの燃料と酸素含有ガスの酸素との発電反応により発電する燃料電池と、
該燃料電池の前記燃料ガスの供給口に接続された燃料ガス供給流路と、
前記燃料電池の前記燃料ガスの排出口に接続された排出ガス排出流路と、
該排出ガス排出流路を前記燃料ガス供給流路に接続する循環流路と、
該循環流路に配設され、前記燃料電池から排出された排出ガスを、回転体の回転により、前記燃料ガス供給流路に循環させるガスポンプと、
該ガスポンプの前記回転体の回転数を制御するガスポンプ制御部と、
前記循環流路を経て前記ガスポンプに導かれる水を生成する前記燃料電池の温度を前記燃料電池の起動時において取得する温度取得部とを備え、
前記ガスポンプ制御部は、
前記燃料電池に対する要求発電量を取得し、
前記燃料電池の温度が、零度以下で予め定められた基準温度より高い場合には、前記ガスポンプの前記回転体の回転数を前記要求発電量に応じた第１の回転数に制御し、
前記燃料電池の温度が、前記基準温度以下の場合には、前記ガスポンプの前記回転体の回転数を前記第１の回転数より低い回転数である第２の回転数に制御し、
前記基準温度は、前記ガスポンプに導かれる水が、過冷却状態のまま前記ガスポンプに導かれ得る温度であり、
前記第２の回転数は、前記過冷却状態のまま前記ガスポンプに導かれた過冷却水を前記回転体と回転体周囲筐体壁との間において引き延ばすことが可能な低回転数範囲の回転数である、
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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに含まれる燃料電池は、燃料ガス（例えば水素ガス）と酸素含有ガス（例えば、空気）の供給を受けて発電反応を起こし発電する。発電反応に用いられなかったガスは、燃料電池から排出される。この排出ガスには、水分が含まれていることから、車両が氷点下の環境に置かれた際には、排出ガスの流路に設けた流路開閉用の電磁弁の凍結が危惧される。電磁弁が凍結した場合、燃料電池へのガスの供給不良を招くおそれがある。そのため、弁の凍結の可能性を判断し、凍結による弁の電磁弁の固着が起きるおそれがあると判断した場合には、弁体を駆動もしくは加熱して凍結または固着を解消した後、燃料電池を起動する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。この制御手法は、電磁弁の凍結を解消してから燃料電池を起動できる点で優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８５６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池システムの冷間始動については、循環流路に設けた燃料ガスポンプ（以下、ガスポンプ）に関し、他の課題が見出された。燃料電池における燃料ガスの排出口には排出流路が接続されている。排出流路に排出される排出ガスには、未消費の燃料が残存していることから、この排出流路と燃料ガス供給流路とを接続する循環流路にガスポンプを配設して、排出ガスを燃料電池に循環させている。ガスポンプは、一般に回転体を備え、この回転体の回転により、排出ガスを送り出している。燃料電池の温度が低温の場合、燃料電池において過冷却とされた過冷却水がガスポンプに導かれ得る。ここで、ガスポンプは運転状態に応じて回転数を変化させる。そのため、過冷却水が回転体の回転による衝撃によって凍結して回転体が固着するおそれがあることを発明者らは見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者は、燃料電池システムにおける循環流路のガスポンプの凍結という新たな課題を見出し、以下に記す発明をなした。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料ガスの燃料と酸素含有ガスの酸素との発電反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の前記燃料ガスの供給口に接続された燃料ガス供給流路と、前記燃料電池の前記燃料ガスの排出口に接続された排出ガス排出流路と、該排出ガス排出流路を前記燃料ガス供給流路に接続する循環流路と、該循環流路に配設され、前記燃料電池から排出された排出ガスを、回転体の回転により、前記燃料ガス供給流路に循環させるガスポンプと、該ガスポンプの前記回転体の回転数を制御するガスポンプ制御部と、前記循環流路を経て前記ガスポンプに導かれる水を生成する前記燃料電池の温度を前記燃料電池の起動時において取得する温度取得部とを備える。そして、前記ガスポンプ制御部は、前記燃料電池に対する要求発電量を取得し、前記燃料電池の温度が、零度以下で予め定められた基準温度より高い場合には、前記ガスポンプの前記回転体の回転数を前記要求発電量に応じた第１の回転数に制御し、前記燃料電池の温度が、前記基準温度以下の場合には、前記ガスポンプの前記回転体の回転数を前記第１の回転数より低い回転数である第２の回転数に制御する。この場合、前記基準温度は、前記ガスポンプに導かれる水が、過冷却状態のまま前記ガスポンプに導かれ得る温度であり、前記第２の回転数は、前記過冷却状態のまま前記ガスポンプに導かれた過冷却水を前記回転体と回転体周囲筐体壁との間において引き延ばすことが可能な低回転数範囲の回転数である。
【０００７】
この形態の燃料電池システムは、燃料電池の起動時において、ガスポンプに導かれる水を生成する燃料電池の温度（以下、燃料電池温度）が零度以下の基準温度以下であると、ガスポンプの回転体の回転数を、燃料電池温度がこの基準温度より高い場合の第１の回転数より低く、且つ過冷却状態のままガスポンプに導かれた過冷却水を回転体と回転体周囲筐体壁との間において引き延ばすことが可能な低回転数範囲の回転数である第２の回転数に制御する。燃料電池温度が零度以下の基準温度以下であると、燃料電池において過冷却とされた過冷却水がガスポンプに導かれ得るが、この際の回転体の回転数は、上記した低回転数範囲の低回転数（第２の回転数）である。よって、この形態の燃料電池システムによれば、過冷却水がガスポンプに導かれても、過冷却水の引き延ばしにより、過冷却水が回転体の回転による衝撃により凍結して回転体を固着するという不具合の発生を抑制できる。また、過冷却水が仮に凍結したとしても、その凍結は、回転体と回転体周囲筐体壁との間において引き延ばされた過冷却水の凍結であることから、回転体が低回転数の第２の回転数で回転していても、凍結部分を回転体により削り取ることも可能となる。これらの結果、この形態の燃料電池システムによれば、循環流路におけるガスポンプの燃料電池起動時における凍結をより確実に抑制できる。
【０００８】
また、この形態の燃料電池システムは、燃料電池の起動時において、燃料電池温度が基準温度より高いと、過冷却水のガスポンプへの流れ込みが起きないので、要求発電量に応じた第１の回転数での回転体の回転により、排出ガスの循環量を確保できる。
【０００９】
（２）上記の形態の燃料電池システムにおいて、前記循環流路において前記ガスポンプの上流側に気液分離部を備え、前記ガスポンプ制御部は、前記ガスポンプの温度が前記回転体への水の付着で該付着した水が凍結し得る温度以下であると、前記回転体の回転数を、前記気液分離部で貯留された水分が前記ガスポンプに前記循環流路を経て吸い上げられる回転数より小さく設定するようにしてもよい。こうすれば、気液分離部で貯留された水分をガスポンプに吸い上げないので、ガスポンプの回転体への水分の付着による凍結を抑制できる。また、燃料電池がその起動に伴い昇温していれば、燃料電池で暖まった排出ガスが気液分離部での気液分離を経てガスポンプに吸引されることで、ガスポンプを昇温させて、凍結の抑制、或いは凍結部分の氷解を図ることができる。
【００１０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法や燃料電池システムを搭載した車両としての形態の他、車両の制御方法などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池自動車の概略構成を示すブロック構成図である。
【図２】水素循環ポンプの構成を示す概略図である。
【図３】制御部が実行する燃料電池システムの起動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ローター内の水分凍結に起因するローターの固着が抑制されるメカニズムを説明するための概略図である。
【図５】スタートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）からの燃料電池温度やポンプ温度の推移に合わせてポンプ制御の概略を時系列的に示す説明図である。
【図６】制御部が実行する他の実施形態での起動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６に示す起動処理を行う実施形態におけるポンプ制御の概略を時系列的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は燃料電池自動車２０の概略構成を示すブロック構成図である。燃料電池自動車２０は、四輪自動車であり、図１に示すように、燃料電池システム３０を備える。
【００１３】
燃料電池システム３０は、燃料電池４０と、水素供給排出機構５０と、カソードガス供給排出機構６０と、冷却水循環機構７０および制御部１００を備える。
【００１４】
燃料電池４０は、固体高分子形の燃料電池とされ、燃料ガスである水素ガスと酸素含有ガスである空気の供給を受け、水素と酸素の発電反応を起こして発電する。燃料電池４０は、図１に示すように、複数の単セル４１を積層したスタック構造とされ、単セル４１は、アノード、カソード、電解質、セパレータ等から構成される。以下、複数の単セル４１のアノードをまとめて単に「アノード」や「アノード流路」ともいい、複数の単セル４１のカソードをまとめて単に「カソード」や「カソード流路」ともいう。
【００１５】
水素供給排出機構５０は、燃料電池４０への水素ガスの供給および排出を行うべく、水素タンク５１と、レギュレーター５２と、供給流路５３と、循環流路５４と、水素循環ポンプ５５と、パージバルブ５６と、排出流路５７と、気液分離部５８を備える。
【００１６】
水素タンク５１は、水素ガスを貯蔵する。供給流路５３は、水素タンク５１から延びて燃料電池４０におけるアノードの供給口に接続された水素ガス供給流路（燃料ガス供給流路）である。この供給流路５３に設けられたレギュレーター５２は、水素タンク５１に貯蔵された水素ガスを、圧力と供給量とを調整した上で、供給流路５３を経て燃料電池４０、詳しくは単セル４１のアノードに供給する。なお、燃料電池４０に供給される水素ガスの圧力と供給量の調整は、制御部１００によるレギュレーター５２の駆動制御を経てなされる。
【００１７】
循環流路５４は、燃料電池４０、詳しくは燃料電池４０におけるアノードのガス排出口に接続された排出ガス排出流路部を供給流路５３に接続し、アノードから排出された排出ガスを供給流路５３に導く。この循環流路５４の流路途中には、上流側から気液分離部５８と水素循環ポンプ５５が配設されている。気液分離部５８は、中空容器状に形成され、アノードから排出されて気液分離部５８に流入した排出ガスを遮蔽板５８ａにより気液分離し、気液分離した気体を循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流出させる。また、気液分離部５８は、気液分離した水分を貯留し、その水分を排出流路５７を経て排出する。
【００１８】
水素循環ポンプ５５は、水素ガスを送気するガスポンプとして構成され、排出ガスを供給流路５３の水素ガスに混合して燃料電池４０に循環供給する。この場合、水素循環ポンプ５５は、気液分離部５８によって分離された排出ガスを吸引し、その吸引した排出ガスを単セル４１のアノードに再度供給（循環供給）する。気液分離部５８によって分離された排出ガスは、主に、消費されずに排出された水素ガスである。なお、水素循環ポンプ５５の詳細構成については、後述する。
【００１９】
排出流路５７は、気液分離部５８からカソードガス供給排出機構６０の後述のカソードガス排出流路６６まで延びる。排出流路５７の流路途中に配設されたパージバルブ５６は、気液分離部５８によって分離された液体（水分）を、制御部１００の制御を受けて開弁してカソードガス排出流路６６に導く。なお、気液分離部５８によって分離された液体を、排出流路５７から直接外部に排出するようにしてもよい。
【００２０】
カソードガス供給排出機構６０は、燃料電池４０への空気の供給および排出を行うべく、カソードガス供給流路６１と、第１の電動弁１１と、第２の電動弁１２と、エアコンプレッサー６２と、流量計６５と、カソードガス排出流路６６と、バイパス６９を備える。第１の電動弁１１は、分流弁６３と分流弁用モーター６４とを備える。第２の電動弁１２は、調圧弁６７と調圧弁用モーター６８とを備える。
【００２１】
カソードガス供給流路６１およびカソードガス排出流路６６は、燃料電池４０と自身の大気開放口とを接続する流路である。カソードガス供給流路６１の大気開放口には、エアクリーナー（図視略）が設けられている。
【００２２】
エアコンプレッサー６２は、カソードガス供給流路６１の途中に設けられ、カソードガス供給流路６１の大気開放口側から空気を吸入して圧縮する。エアコンプレッサー６２が設けられる位置は、カソードガス供給流路６１とバイパス６９との接続部位よりも大気開放口に近い位置である。流量計６５は、エアコンプレッサー６２によって吸入されたカソードガス（空気）の流量を計測する。
【００２３】
分流弁６３は、カソードガス供給流路６１において、エアコンプレッサー６２の下流側、つまりエアコンプレッサー６２と燃料電池４０との間に設けられる。分流弁６３は、エアコンプレッサー６２から流れてくるカソードガスを、カソードガス供給流路６１の下流側と、バイパス６９とに分流する。このようなバルブは、三方弁ともいう。
【００２４】
分流弁用モーター６４は、分流弁６３に接続され、分流弁６３の開度を調整するためのトルクを発生する。分流弁用モーター６４は、ステッピングモーターである。
【００２５】
バイパス６９は、分流弁６３とカソードガス排出流路６６とを接続する流路である。本実施形態でいう「分流弁６３を閉じる」とは、カソードガス供給流路６１の上流と下流との流路を遮断すると共に、バイパス６９とカソードガス供給流路６１の上流との流路を開放することである。分流弁６３を閉じるための駆動パルスが入力された場合、分流弁６３の弁体と弁座とが、単に接するよりも強い力で押しつけられ、分流弁６３の弁体と弁座とがシールされる。
【００２６】
調圧弁６７は、カソードガス排出流路６６に設けられる。調圧弁６７は、開度に応じてカソードガス排出流路６６の流路断面積を調整する。調圧弁６７が閉じるための駆動パルスが入力された場合、調圧弁６７の弁体と弁座とが、単に接するよりも強い力で押しつけられ、分流弁６３の弁体と弁座とがシールされる。調圧弁６７は、パイロット弁（図示しない）を備える。パイロット弁は、カソードガス排出流路６６の開度がゼロの状態において、カソードガス排出流路６６の上流と下流との圧力差を小さくするための機構である。
【００２７】
調圧弁用モーター６８は、調圧弁６７に接続され、調圧弁６７の開度を調整するためのトルクを発生する。調圧弁用モーター６８は、ステッピングモーターである。
【００２８】
調圧弁６７を通過した空気は、バイパス６９との接続部位を通過した後、大気開放口から大気に排出される。
【００２９】
燃料電池４０を冷却する冷却水循環機構７０は、ラジエータ７１および冷却水循環ポンプ７２を冷却水循環流路７３に備える。冷却水循環機構７０は、単セル４１の運転温度を制御するために、単セル４１とラジエータ７１との間において冷却水を循環させる。冷却水は、このように循環することによって、単セル４１における吸熱とラジエータ７１における放熱とを実行する。また、冷却水循環機構７０は、冷却水循環流路７３に温度センサー７４を備え、このセンサーで検出した温度を制御部１００に出力する。制御部１００は、温度センサー７４の検出温度を燃料電池４０の温度として、各種制御のパラメータに用いる。なお、燃料電池４０の温度を直接検出するようにしてもよい。
【００３０】
制御部１００は、具体的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部１００は、アクセルセンサーからのセンサー信号により要求発電量を算出し、その発電要求に応じて、燃料電池システム３０による発電を制御するための各種制御を実行する。例えば、制御部１００は、アクセルセンサーからのセンサー信号により算出した要求発電量が燃料電池４０の発電で得られるよう、水素供給排出機構５０における供給流路５３のレギュレーター５２の駆動制御とカソードガス供給排出機構６０におけるカソードガス供給流路６１のエアコンプレッサー６２や第１の電動弁１１の駆動制御とカソードガス排出流路６６の第２の電動弁１２の駆動制御を行うことで、燃料電池４０への水素ガス供給量や空気供給量を制御する。この他、制御部１００は、水素供給排出機構５０における循環流路５４の水素循環ポンプ５５の駆動制御、詳しくは後述の第１ローター８３と第２ローター８４の回転制御を行うことで、循環流路５４を介した排出ガスの循環供給量を制御する。よって、制御部１００は、水素循環ポンプ５５の上記ローターたる回転体の回転数を制御するガスポンプ制御部を構成する。そして、制御部１００は、こうした制御を行う際に、各種駆動信号を上記した水素循環ポンプ５５やエアコンプレッサー６２等に出力する。
【００３１】
図２は水素循環ポンプ５５の構成を示す概略図である。図２の紙面左側には、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転軸ＲＸａ，ＲＸｂの軸方向に垂直な切断面における水素循環ポンプ５５の概略断面が図示されている。また、図２の紙面右側には、水素循環ポンプ５５における第１ローター８３と第２ローター８４の回転軸ＲＸａ，ＲＸｂを含む切断面における水素循環ポンプ５５の概略断面が図示されている。水素循環ポンプ５５は、ローター収容部８０と、ローター駆動部８１と、を備えている。ローター収容部８０は、水素循環ポンプ５５の筐体に相当し、内部に密閉空間であるポンプ室８２を有する。ポンプ室８２の内部には、第１ローター８３と第２ローター８４の２つのローターが収容されている。第１ローター８３と第２ローター８４は本発明における回転体の下位概念に相当する。第１ローター８３と第２ローター８４は、ほぼ同一の形状を有しており、略楕円形状の長軸ＬＸ方向における中央部分を湾曲的に括れさせた断面形状（いわゆる繭形の断面形状）を有している。第１ローター８３と第２ローター８４は、２回対称の回転対称性を有しており、各ローターを収容したポンプ室８２の内壁面８２ｓが本発明における回転体周囲筐体壁となる。
【００３２】
第１ローター８３の中心には主回転軸８３ｘが連結されており、第２ローター８４の中心には従回転軸８４ｘが連結されている。ローター駆動部８１は、モーター（図示は省略）を備えており、主回転軸８３ｘを介して第１ローター８３に回転駆動力を伝達して、第１ローター８３を回転させる。また、ローター駆動部８１は、ギヤ（図示は省略）によって従回転軸８４ｘを主回転軸８３ｘに従動するように回転させて、第２ローター８４を第１ローター８３とともに回転させる。制御部１００（図１）は、ローター駆動部８１のモーターを制御することによって、第１ローター８３と第２ローター８４の回転数を制御可能である。
【００３３】
ポンプ室８２内において第１ローター８３と第２ローター８４は以下のような位置関係を有している。第１ローター８３の長軸ＬＸが第２ローター８４の長軸ＬＸと直交するときに、第１ローター８３の長軸ＬＸ方向における端部８３ｔが、第２ローター８４の長軸ＬＸ方向における中央に形成されている括れ部８４ｃに嵌合する。あるいは、第２ローター８４の長軸ＬＸ方向における端部８４ｔが、第１ローター８３の括れ部８３ｃに嵌合する。
【００３４】
ポンプ室８２は、主回転軸８３ｘを中心とする円Ｃ１と、従回転軸８４ｘを中心とする円Ｃ２と、が一部が重なり合うように連結された断面形状を有している（紙面左側）。ポンプ室８２における２つの円Ｃ１，Ｃ２が重なり合っている中央部位には、吸入口８５と排出口８６とが互いに対向するように設けられている。
【００３５】
第１ローター８３と第２ローター８４はローター駆動部８１の回転駆動力によって、矢印で図示されているように、同じ回転速度で互いに反対の方向へと回転する。これによって、吸入口８５からの気体の吸入と、圧縮気体の排出口８６からの排出と、が繰り返される。吸入口８５は、図１の気液分離部５８と接続され、排出口８６は、図１の供給流路５３に接続されている。上記した構成を有する水素循環ポンプ５５は、燃料電池４０から排出された排出ガス（水素ガス）を、ローター駆動部８１と第２ローター８４の回転により、供給流路５３に循環させる。
【００３６】
ここで、ポンプ室８２の内壁面８２ｓと、第１ローター８３と第２ローター８４の長軸ＬＸ方向における端部８３ｔ，８４ｔと、の間の距離Ｄａは、２０〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。第１ローター８３と第２ローター８４の回転軸ＲＸａ，ＲＸｂに沿った方向における第１ローター８３と第２ローター８４の端面８３ｐ，８４ｐと、当該端面８３ｐ，８４ｐに対向するポンプ室８２の内壁面８２ｓと、の間の距離Ｄｂは、１０〜６０μｍの範囲内であることが好ましい（紙面右側）。距離Ｄｂは、１５〜２５μｍの範囲内であることが、より好ましい。これによって、後述の氷結時起動制御において、ポンプ室８２内の残留水分、或いは循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込んだ水分が内壁面８２ｓに沿って引き延ばされる状態を、より確実に発現させることができ、低温環境下における水素循環ポンプ５５の固着抑制に寄与できる（詳細は後述）。
【００３７】
図３は制御部１００が実行する燃料電池システム３０の起動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。この起動処理は、水素循環ポンプ５５に関連した機器制御を行うものであり、燃料電池自動車２０の図示しないスタートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）を受けて、制御部１００により実行される。制御部１００は、スタートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）の後、まず、温度センサー７４のセンサー出力から燃料電池４０の温度Ｔｆ（以下、燃料電池温度Ｔｆと称する）を読み込む（ステップＳ１００）。よって、燃料電池温度Ｔｆの読み込みに関与する温度センサー７４と制御部１００とが、燃料電池４０の温度を起動時において取得する温度取得部を構成する。この燃料電池温度Ｔｆは、循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に導かれる水の温度を定める温度であることから、燃料電池温度Ｔｆから、水素循環ポンプ５５に導かれる水の温度を、直接的または間接的に定めることができる。
【００３８】
次いで、制御部１００は、燃料電池温度Ｔｆを閾値温度Ｔ０と対比する（ステップＳ１１０）。この閾値温度Ｔ０は、零度以下の所定の温度であって、燃料電池４０で、詳しくは単セル４１のアノード流路において残留する残留水が外気温および燃料電池温度Ｔｆの低下により過冷却状態となって過冷却水となり、この過冷却水が燃料電池４０から循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込むことが起き得る温度（基準温度）である。制御部１００は、実際の燃料電池システム３０を用いた実験やシミュレーションにより得られた閾値温度Ｔ０（例えば、−１０℃〜０℃）を予め所定の記憶領域に記憶している。なお、単セル４１のアノード流路において水が残留するといった状況は、低温環境下において発電運転していた燃料電池４０がその運転を停止したために、運転停止間際に生成された生成水が残留水として残留することで起き得る。
【００３９】
ステップＳ１１０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ０より高いと肯定判定すると、制御部１００は、水素循環ポンプ５５への過冷却水の流れ込みは起きないとして、通常起動制御を開始し（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。この通常起動制御では、制御部１００は、暖機のためのアイドル要求発電量やアクセル操作に対応した要求発電量といったシステム起動時の要求発電量に応じて水素ガス供給および空気供給を行って、燃料電池４０を起動運転する。この際、水素循環ポンプ５５は、供給流路５３におけるレギュレーター５２の調整流量と合わせて、システム起動時の要求発電量に応じた水素ガス供給量でのガス供給がなされるように、制御部１００にて駆動制御される。そして、こうして制御される水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数は、システム起動時の要求発電量に対応した所定の回転数（例えば、８００〜２０００ｒｐｍ程度）に設定される。この所定の回転数（例えば、８００〜２０００ｒｐｍ程度）が、本願における第１の回転数となる。なお、ステップＳ１２０の通常起動制御を開始後、制御部１００は、本ルーチンを抜け、アクセル操作に対応した要求発電量に応じたガス供給を行う図示しない発電制御に推移する。
【００４０】
ステップＳ１１０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ０以下であると否定判定すると、制御部１００は、水素循環ポンプ５５への過冷却水の流れ込みが起き得るとして、氷結時起動制御（ステップＳ１４０）を実行する。
【００４１】
ステップＳ１４０の氷結時起動制御では、制御部１００は、レギュレーター５２の制御を経た水素ガス供給と、水素循環ポンプ５５の制御を経た排出ガスの循環供給とを行う。レギュレーター制御は、ステップＳ１２０での通常起動時と変わるものではなく、システム起動時の要求発電量に応じた水素ガス供給がなされる。ポンプ制御は、システム起動時の要求発電量と燃料電池温度Ｔｆとを用いて氷結時起動における水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数を設定して、ポンプ駆動を図る制御である。このポンプ制御に当たり、制御部１００は、システム起動時の要求発電量を算出する。これに続き、氷結起動時の水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数（氷結解除回転数Ｒｔ）を、算出したシステム起動時の要求発電量と燃料電池温度Ｔｆとを用いて所定の回転数（例えば、５５０〜６５０ｒｐｍ程度）に設定する。この所定の回転数（例えば、５５０〜６５０ｒｐｍ程度）が、本願における第２の回転数となる。そして、制御部１００は、こうして設定した氷結解除回転数Ｒｔで、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４を所定の時間（例えば、１０〜１５秒程度）に亘って回転制御する（ステップＳ１４０）。このステップＳ１４０の氷結時起動制御が開始された時点から、燃料電池４０には水素ガスと空気とが供給されるので、燃料電池４０は発電するものの、水素循環ポンプ５５のローター回転数が低回転数に制限されて循環供給量が減る都合上、発電量は、ステップＳ１２０における通常起動時制御の場合より少なくなる。
【００４２】
上記したステップＳ１４０の氷結時起動制御における水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の氷結解除回転数Ｒｔは、システム起動時の要求発電量と燃料電池温度Ｔｆとを用いて設定され、燃料電池温度Ｔｆが低いほど、上記した回転数範囲の内の低回転数側とされる。また、この氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）は、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０以下の時に設定される回転数であって、ステップＳ１２０での通常起動制御の際とシステム起動時の要求発電量が同一である場合において、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０より高い通常起動制御の場合の回転数（８００〜２０００ｒｐｍ程度）より小さく設定される。そして、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０を下回るときに設定される氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）は、水素循環ポンプ５５に燃料電池４０から流れ込んだ過冷却水を第１ローター８３と第２ローター８４の各ローターと内壁面８２ｓとの間において引き延ばすことが可能な低回転数範囲の回転数であり、実際の燃料電池システム３０を用いた実験やシミュレーションにより予め規定されて、制御部１００に記憶されている。こうした氷結解除回転数Ｒｔでのローター回転を伴う氷結時起動制御（ステップＳ１４０）により、ポンプ室８２内の残留水分、或いは循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込んだ水分が内壁面８２ｓに沿って引き延ばされる状態を、より確実に発現させることができ、水分凍結に起因した水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の固着を抑制できる。このメカニズムについて、水素循環ポンプ５５の構成を用いて説明する。
【００４３】
図４はローター内の水分凍結に起因するローターの固着が抑制されるメカニズムを説明するための概略図である。水素循環ポンプ５５では、燃料電池４０の運転終了後にポンプ室８２内に水分が残留している場合が有り得るほか、レギュレーター５２の制御に伴うガス供給により、燃料電池４０から循環流路５４を経て水分（過冷却水）が排出ガスと共に流れ込むことが有り得る。よって、こうしたローター内水分ＲＬが第１ローター８３と内壁面８２ｓとの間、および第２ローター８４とポンプ室８２の内壁面８２ｓとの間に入り込む可能性がある。水素循環ポンプ５５の温度が氷点より低くなり、ローター内水分ＲＬが過冷却の状態にあるときに、水素循環ポンプ５５を駆動させて第１ローター８３と第２ローター８４を上記した低回転数で回転させると、ローター内水分ＲＬはポンプ室８２の内壁面８２ｓに沿って薄膜状に引き延ばされた状態になる。
【００４４】
ポンプ室８２の内壁面８２ｓは、第１ローター８３と第２ローター８４よりも外側にあり、低温環境下では、低温外気に晒されているローター収容部８０の温度が低いため、引き延ばされたローター内水分ＲＬは、ローター収容部８０の内壁面８２ｓにおいて過冷却となる。このように、水素循環ポンプ５５内のローター内水分ＲＬが過冷却である場合には、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転が水素循環ポンプ５５内の過冷却なローター内水分ＲＬに衝撃を与え、その衝撃が凍結のきっかけとなり、ローターより温度が低い内壁面８２ｓの側において、ローター内水分ＲＬが膜状に凍結する。従って、内壁面８２ｓと上記の両ローターとの間を塞いでしまうようにローター内水分ＲＬが凍結するような事態を招かないので、第１ローター８３と第２ローター８４が、凍結したローター内水分ＲＬによって内壁面８２ｓに連結された状態で固着してしまうことが抑制される。また、内壁面８２ｓの側におけるローター内水分ＲＬの凍結部位は、上記した低回転数で回転する第１ローター８３と第２ローター８４とにより削り取ることも可能となる。よって、第１ローター８３と第２ローター８４の回転可能な状態が確保される。本実施形態では、水素循環ポンプ５５がルーツ式であることから、上記の両ローターの端面８３ｐ，８４ｐの面積が大きく、当該端面８３ｐ，８４ｐと内壁面８２ｓとの間にローター内水分ＲＬが多量に存在することが可能である。このような場合であっても、低温環境下において、ステップＳ１４０のポンプ制御が実行されれば、ローター内水分ＲＬの凍結に起因する第１ローター８３と第２ローター８４の固着を抑制することが可能である。
【００４５】
上記したステップＳ１４０の氷結時起動制御に続き、制御部１００は、燃料電池温度Ｔｆを再度読み込み（ステップＳ１５０）、読み込んだ燃料電池温度Ｔｆを閾値温度Ｔ１と対比する（ステップＳ１６０）。この閾値温度Ｔ１は、ステップＳ１１０における閾値温度Ｔ０より高温であって、燃料電池４０における水分の過冷却状態が解消され得る温度である。制御部１００は、実際の燃料電池システム３０を用いた実験やシミュレーションにより得られた閾値温度Ｔ１（例えば、２℃〜５℃）を閾値温度Ｔ０と共に予め所定の記憶領域に記憶している。
【００４６】
ステップＳ１６０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ１（＞Ｔ０）より小さいと否定判定すると、制御部１００は、過冷却水が燃料電池４０から水素循環ポンプ５５に流れ込むことが依然、起き得るとして、ステップＳ１４０に移行する。一方、ステップＳ１６０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ１（＞Ｔ０）以上であると肯定判定すると、制御部１００は、燃料電池４０から水素循環ポンプ５５への過冷却水の流れ込みは解消したとして、本ルーチンを終了する。こうして本ルーチンを終了すると、ステップＳ１２０を経た場合と同様、発電制御に推移する。
【００４７】
以上説明した構成を有する本実施形態の燃料電池自動車２０に搭載された燃料電池システム３０は、燃料電池４０の起動時において、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０以下であるために過冷却水が燃料電池４０から循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込むことが危惧されると（図３：ステップＳ１１０否定判定）、既述した氷結時起動制御を実行するので（ステップＳ１４０）、次の利点がある。図５はスタートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）からの燃料電池温度Ｔｆやポンプ温度Ｔｐの推移に合わせてポンプ制御の概略を時系列的に示す説明図である。
【００４８】
タートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）がなされた時点において、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０（−１０℃〜０℃）より低いと、燃料電池４０が低温であるが故に、その後の水素ガス供給により、過冷却水が燃料電池４０から循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込むことが危惧される。まず、こうした状況において何の対処もしない場合について説明する。何の対処もしないとすると、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４は、システム起動時の要求発電量に対応した比較的、高速の回転数（８００〜２０００ｒｐｍ程度）で回転する。よって、水素循環ポンプ５５に流れ込んだ過冷却水は、両ローターから衝撃を受けて、その衝撃を受けた箇所において局所的に凍結してしまい、ローターの固着を招くことが危惧される。
【００４９】
これに対し、本実施形態の燃料電池システム３０は、燃料電池４０が低温（燃料電池温度Ｔｆ＜閾値温度Ｔ０（−１０℃〜０℃））なために、過冷却水が燃料電池４０から循環流路５４を経て水素循環ポンプ５５に流れ込むことが危惧されると、システム起動時の要求発電量と燃料電池温度Ｔｆとを用いて設定した低回転数の氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）で水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４を回転させる（ステップＳ１４０）。この氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）は、通常起動制御（ステップＳ１２０）の際とシステム起動時の要求発電量が同一である場合において、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０以上である通常起動制御の場合の回転数（８００〜２０００ｒｐｍ程度）より小さい。よって、水素循環ポンプ５５に流れ込んだ過冷却水（ローター内水分ＲＬ）を、氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）という低回転数で回転する両ローターにより、両ローターと内壁面８２ｓとの間において引き延ばす（図４参照）。
【００５０】
こうしたことから、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、第一に、過冷却水（ローター内水分ＲＬ）が高速で回転する第１ローター８３や第２ローター８４に触れてしまうような事態を起き難くできる。第２に、過冷却水（ローター内水分ＲＬ）の引き延ばしにより、過冷却水（ローター内水分ＲＬ）が局所的に凍結してしまうような事態や、内壁面８２ｓと上記の両ローターとの間を塞いでしまうように過冷却水（ローター内水分ＲＬ）が凍結するような事態を抑制、もしくは回避できる。これに加え、水素循環ポンプ５５に流れ込んだ過冷却水が凍結したとしても、その凍結は、上記の各ローターと内壁面８２ｓとの間において引き延ばされて内壁面８２ｓの側で過冷却水が膜状に凍結するものであることから、内壁面８２ｓの側における過冷却水（ローター内水分ＲＬ）の凍結部位を、氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）という低回転数で回転する第１ローター８３と第２ローター８４とにより削り取ることも可能となる。これらの結果、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、水素循環ポンプ５５の低温環境下での燃料電池起動時における凍結を抑制できる。
【００５１】
次に、他の実施形態での起動処理について説明する。この起動処理は、カソードガス供給排出機構６０におけるバルブ制御と、水素循環ポンプ５５への水分吸い上げ対処を、既述した水素循環ポンプ５５の関連制御と併用する点に特徴がある。図６は制御部１００が実行する他の実施形態での起動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。この起動処理は、燃料電池自動車２０の図示しないスタートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）を受けて、制御部１００により実行され、制御部１００は、既述したように、温度センサー７４のセンサー出力からの燃料電池温度Ｔｆの読み込み（ステップＳ１００）と、燃料電池温度Ｔｆと閾値温度Ｔ０との対比（ステップＳ１１０）とを行う。
【００５２】
ステップＳ１１０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ０以上であると肯定判定すると、制御部１００は、水素循環ポンプ５５への過冷却水の流れ込みは起きないとして、既述した通常起動制御を開始し（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。この際の水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数は、既述したように、システム起動時の要求発電量に対応した所定の回転数（例えば、８００〜２０００ｒｐｍ程度）であり、本ルーチンを抜けた後は、アクセル操作に対応した要求発電量に応じたガス供給を行う図示しない発電制御に推移する。
【００５３】
ステップＳ１１０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ０以下であると否定判定すると、制御部１００は、バルブの氷結解消処理（ステップＳ１３０）を、既述した氷結時起動制御（ステップＳ１４０）に先立ち実行する。
【００５４】
ステップＳ１３０のバルブ氷結解消処理は、氷結時起動制御（ステップＳ１４０）に備えた処理であり、カソードガス供給排出機構６０（図１参照）における第１の電動弁１１と第２の電動弁１２とを、これら電磁弁で起きていると想定される凍結を解消する処理である。具体的には、制御部１００は、第１の電動弁１１を構成する分流弁用モーター６４と、第２の電動弁１２を構成する調圧弁用モーター６８とを、所定時間ごとに正逆回転制御（例えば、周期約１秒）し、上記の電磁弁を開閉駆動する。このステップＳ１３０の氷結解消処理は、実際の燃料電池システム３０を用いた実験やシミュレーションにより、電磁弁の氷結解消に必要として得られた時間（例えば、約３秒）に亘って実行され、これにより、上記の電磁弁での凍結は、凍結部位の氷が破砕されることで解消される。
【００５５】
ステップＳ１３０のバルブ氷結解消処理の後は、既述したステップＳ１４０の氷結時起動制御と、ステップＳ１５０の燃料電池温度Ｔｆの再読み込みと、ステップＳ１６０による水素循環ポンプ５５での氷結解消判定を行う。そして、ステップＳ１６０で燃料電池温度Ｔｆは閾値温度Ｔ１（＞Ｔ０）以上であると肯定判定すると、制御部１００は、燃料電池４０から水素循環ポンプ５５への過冷却水の流れ込みは解消したとして、水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定算出（ステップＳ１７０）に移行する。ポンプ温度Ｔｐの推定には、種々の手法が適用でき、例えば、ステップＳ１５０の再読み込みで取得した燃料電池４０の燃料電池温度Ｔｆに基づいて推定できる。より具体的には、制御部１００は、予め実験等によって得られている運転終了後の燃料電池４０の温度変化と水素循環ポンプ５５の温度変化とを一意に対応付けた関係を表したマップを有している。制御部１００は、そのマップを参照して、燃料電池４０の燃料電池温度Ｔｆに対する水素循環ポンプ５５の温度の推定値を取得する。なお、前記のマップを用いる方法の他に、例えば、次の方法によって、燃料電池４０の燃料電池温度Ｔｆに基づいて水素ポンプのポンプ温度Ｔｐを推定してもよい。まず、燃料電池４０の出口温度を表す温度センサー７４の計測値を、燃料電池４０の燃料電池温度Ｔｆとして取得し、その燃料電池温度Ｔｆに所定の係数を乗算して水素循環ポンプ５５が有する第１の熱量の推定値を取得する。次に、外気温に基づいて水素循環ポンプ５５から外部に移動する第２の熱量の推定値を取得する。そして、第１の熱量から第２の熱量を減算することによって、水素循環ポンプ５５の温度の変化量の推定値を取得し、現在の水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐを推定する。或いは、水素循環ポンプ５５の外郭であるローター収容部８０に温度センサーを装着し、直接、ポンプ温度Ｔｐを求めてもよい。
【００５６】
ここで、ステップＳ１７０において取得される水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定値は、特に、水素循環ポンプ５５における第１ローター８３と第２ローター８４の温度、あるいは、水素循環ポンプ５５におけるポンプ室８２の内壁面８２ｓの温度を表していることが望ましい。水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定値は、水素循環ポンプ５５における上記の両ローターの温度を表している方が好ましい。これによって、水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定値と、水素循環ポンプ５５におけるローター内水分ＲＬの凍結に起因する両ローターの固着の発生可能性と、の間の関連性がより高められる。水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定値は、水素循環ポンプ５５におけるポンプ室８２の温度を表している方がより好ましい。これによって、ポンプ室８２の内壁面８２ｓに、ポンプ室８２内のローター内水分ＲＬを引き延ばした状態で凍結させることができる環境条件が、水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐの推定値に、より適切に反映される。
【００５７】
ステップＳ１７０に続き、制御部１００は、取得した水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐを閾値温度ＴＰ０と対比する（ステップＳ１８０）。この閾値温度ＴＰ０は、水素循環ポンプ５５に入り込んだ水が第１ローター８３や第２ローター８４に付着した場合に、ローター温度（ポンプ温度Ｔｐ）が低温であるがために、ローター付着水が付着箇所で凍結し得る温度である。制御部１００は、実際の燃料電池システム３０を用いた実験やシミュレーションにより得られた閾値温度ＴＰ０（例えば、−１０℃〜０℃）を予め所定の記憶領域に記憶している。
【００５８】
ステップＳ１８０でポンプ温度Ｔｐは閾値温度ＴＰ０より高温であると肯定判定すると、制御部１００は、水素循環ポンプ５５に入り込んでローターに付着したローター付着水の凍結は起きないとして、本ルーチンを終了する。こうして本ルーチンを終了すると、ステップＳ１２０を経た場合と同様、発電制御に推移する。
【００５９】
ステップＳ１８０でポンプ温度Ｔｐは閾値温度ＴＰ０以下であると否定判定すると、制御部１００は、水素循環ポンプ５５においてローター付着水の凍結が起き得るとして、ポンプ凍結抑制制御（ステップＳ１９０）を実行する。
【００６０】
水素循環ポンプ５５には、燃料電池４０からの水分の流れ込みと気液分離部５８の水分吸込とにより、水分が溜まり得る。ところが、ステップＳ１９０のポンプ凍結抑制制御は、ステップＳ１６０での肯定判定（Ｔｆ≧Ｔ１：過冷却水の流れ込み解消）に続くものであることから、気液分離部５８の水分吸込に伴う水分凍結を抑制すれば足りる。よって、ステップＳ１９０のポンプ凍結抑制制御は、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数を、気液分離部５８で貯留された水分が水素循環ポンプ５５に循環流路５４を経て吸い上げらる回転数未満の回転数に設定して、ポンプ駆動を図る制御である。制御部１００は、このポンプ凍結抑制制御に当たり、水分吸引を起こさない所定の回転数（例えば、１５００ｒｐｍ程度）で、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４を所定の時間（例えば、１０〜２０秒程度）に亘って回転制御し、この所定時間のポンプ制御の後、本ルーチンを終了する。こうして本ルーチンを終了すると、ステップＳ１２０を経た場合と同様、発電制御に推移する。なお、ステップＳ１９０の実行後に、再度、ポンプ温度Ｔｐを推定算出し、その算出したポンプ温度Ｔｐを改めて閾値温度ＴＰ０と対比し、その結果に応じて、ステップＳ１９０の継続、或いは本ルーチンの終了を行うようにしてもよい。
【００６１】
図６に示す起動処理を行う実施形態の燃料電池システム３０によれば、次の利点がある。図７は図６に示す起動処理を行う実施形態におけるポンプ制御の概略を時系列的に示す説明図である。
【００６２】
タートスイッチのオン操作（ＳＴＯＮ）がなされた時点において、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０（−１０℃〜０℃）以下であると（ステップＳ１１０：否定判定）、この実施形態では、カソードガス供給排出機構６０（図１）における第１の電動弁１１と第２の電動弁１２とを開閉駆動する（ステップＳ１３０）。よって、この実施形態の燃料電池システム３０は、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ０（−１０℃〜０℃）より低くなっている場合には、こうした低温時の燃料電池起動に備えて、予め上記した電磁弁での凍結を解消しておくことができる。
【００６３】
この実施形態では、ステップＳ１３０のバルブ氷結解消処理を氷結時起動制御（ステップＳ１４０）に先立って行うので、水素循環ポンプ５５のローター回転数制御を、カソードガス供給排出機構６０における空気供給がシステム起動時の規定状況下で実行できる。よって、ステップＳ１４０での氷結時起動制御では、水素循環ポンプ５５の低温環境下での凍結抑制といった効果の実効性を高めることができる。
【００６４】
この実施形態の燃料電池システム３０は、循環流路５４において、気液分離部５８を水素循環ポンプ５５の上流側に備える。そして、本実施形態の燃料電池システム３０は、気液分離部５８が気液分離した気体（排出ガス）を水素循環ポンプ５５に吸引させるに当たり、水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐがローター付着水が付着箇所で凍結し得る閾値温度ＴＰ０以下であると（ステップＳ１８０：否定判定）、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の回転数を、気液分離部５８で貯留された水分が水素循環ポンプ５５に循環流路５４を経て吸い上げられない回転数（１５００ｒｐｍ程度）より小さく設定する（ステップＳ１９０）。よって、この実施形態の燃料電池システム３０によれば、水素循環ポンプ５５のポンプ温度Ｔｐが上記の閾値温度ＴＰ０であれば、気液分離部５８で貯留された水分を水素循環ポンプ５５に吸い上げないので、水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４への水分の付着による凍結を抑制できる。また、燃料電池４０は、ローター回転数が上記した回転数（１５００ｒｐｍ程度）より小さく設定される以前において、起動に伴い昇温している（Ｔｆ≧Ｔ１）。よって、この実施形態の燃料電池システム３０によれば、燃料電池４０で暖まった排出ガスを気液分離部５８での気液分離を経て水素循環ポンプ５５に吸引させることで、水素循環ポンプ５５を昇温させて、凍結の抑制、或いは凍結部分の氷解を図ることができる。
【００６５】
この実施形態の燃料電池システム３０は、氷結解除回転数Ｒｔでの第１ローター８３と第２ローター８４の制御の継続中に（ステップＳ１４０−１５０）、燃料電池温度Ｔｆが閾値温度Ｔ１（＞Ｔ０）に達すると、上記したローターの回転数の制御を停止する。よって、この実施形態の燃料電池システム３０によれば、氷結解除回転数Ｒｔという低回転数でのローターの制御を不用意に長く行わないようにできる。
【００６６】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００６７】
上記の実施形態では、水素循環ポンプ５５を、繭型の第１ローター８３と第２ローター８４を有するルーツ式のポンプ構造としたが、これに限らない。例えば、水素循環ポンプ５５を、いわゆる三つ葉型のローターを有するルーツ式のポンプ構造としたり、ルーツ式以外のポンプ構造としてもよい。水素循環ポンプ５５は、回転体を備えるタイプのポンプであればよく、例えば、スクリュー式のポンプであってもよい。また、システム起動時の要求発電量に対応した所定の回転数（８００〜２０００ｒｐｍ程度）や、氷結起動時の水素循環ポンプ５５の第１ローター８３と第２ローター８４の氷結解除回転数Ｒｔ（５５０〜６５０ｒｐｍ程度）についても、水素循環ポンプ５５の機器構成に応じて設定できる。例えば、氷結解除回転数Ｒｔを２００〜３００ｒｐｍ程度というより低回転数範囲の回転数とすることも可能である。この他、気液分離部５８で貯留された水分が水素循環ポンプ５５に循環流路５４を経て吸い上げられない回転数についても、幅を持たせ、１４００〜１６００ｒｐｍ程度とすることも可能である。
【００６８】
図６に示す実施形態での起動処理において、ステップＳ１３０での氷結解消処理と、ステップＳ１７０〜ステップＳ１９０までのポンプ凍結回避に関する処理のいずれか一方を省略してもよい。
【００６９】
また、図６に示す実施形態でのステップＳ１７０〜ステップＳ１９０までのポンプ凍結回避に関する処理は、水素循環ポンプ５５の温度が第１ローター８３と第２ローター８４への水の付着で該付着した水が凍結し得る温度以下であると、上記の両ローラーの回転数を、気液分離部５８で貯留された水分が水素循環ポンプ５５に循環流路５４を経て吸い上げられる回転数より小さく設定する構成であり、この構成をのみ有するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１１…第１の電動弁
１２…第２の電動弁
２０…燃料電池自動車
３０…燃料電池システム
４０…燃料電池
４１…単セル
５０…水素供給排出機構
５１…水素タンク
５２…レギュレーター
５３…供給流路
５４…循環流路
５５…水素循環ポンプ
５６…パージバルブ
５７…排出流路
５８…気液分離部
５８ａ…遮蔽板
６０…カソードガス供給排出機構
６１…カソードガス供給流路
６２…エアコンプレッサー
６３…分流弁
６４…分流弁用モーター
６５…流量計
６６…カソードガス排出流路
６７…調圧弁
６８…調圧弁用モーター
６９…バイパス
７０…冷却水循環機構
７１…ラジエータ
７２…冷却水循環ポンプ
７３…冷却水循環流路
７４…温度センサー
８０…ローター収容部
８１…ローター駆動部
８２…ポンプ室
８２ｓ…内壁面
８３…第１ローター
８３ｃ…括れ部
８３ｐ…端面
８３ｔ…端部
８３ｘ…主回転軸
８４…第２ローター
８４ｃ…括れ部
８４ｔ…端部
８４ｘ…従回転軸
８５…吸入口
８６…排出口
１００…制御部
ＲＸａ，ＲＸｂ…回転軸
【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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【図６】
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【図７】
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