(57)【要約】【課題】インペラのバケット部が形成されるバケット形成面と、このバケット形成面と対向するハウジングの対向面と、のクリアランスを調整自在なポンプの提供を図る。【解決手段】  ポンプ１０のハウジング１１は、ハウジング本体部２１と、インペラ１５のバケット形成面１５ｃと対向する位置でこのバケット形成面１５ｃに対して近接・離間するように前記ハウジング本体部２１に対してスライド自在に設けられたスライド部２３と、を備える。そのため、インペラ１５のバケット形成面１５ｃと、このバケット形成面１５ｃに対向するスライド部２３の対向面２３ｃと、の間のクリアランスδが調整自在となる。結果、運転時には小さなクリアランスδでポンプ効率を維持できるとともに、停止時には大きなクリアランスδでインペラ１５とハウジング１１とが氷着してしまうことを抑制できる。【選択図】図１
2007278231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に配置されたインペラと、を備え、前記インペラの回転に伴ってガスを吸入して加圧しその加圧ガスを吐出するポンプであって、
前記ハウジングは、ハウジング本体部と、前記ハウジング本体部に対してスライド自在であり且つ前記インペラのバケット部が形成されるバケット形成面と対向する位置でこのバケット形成面に対して近接・離間するスライド部と、を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記インペラのバケット形成面とこのバケット形成面に対向する前記スライド部の対向面との間のクリアランスを、少なくともポンプ運転中よりもポンプ停止中を大きくしポンプ停止中よりもポンプ運転中を小さくすることを特徴とするポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポンプであって、
前記スライド部をスライドさせる駆動手段を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプであって、
前記駆動手段は、内部の圧力に応じて前記スライド部のスライド方向に沿って伸縮して前記スライド部をスライドさせる圧力室であることを特徴とするポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプであって、
前記圧力室に導入される流体は、前記ポンプの上流または下流のガスであることを特徴とするポンプ。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプであって、
ポンプ起動時に、前記インペラを回転させた後に前記圧力室に前記ガスを導入することで前記クリアランスを小さくすることを特徴とするポンプ。
【請求項７】
請求項５または６に記載のポンプであって、
ポンプ停止時に、前記圧力室へのガスの導入を停止して前記クリアランスを大きくした後、前記インペラの回転を停止することを特徴とするポンプ。
【請求項８】
請求項４に記載のポンプであって、
前記圧力室に導入される流体は、前記ポンプの発熱を冷却する冷却液であることを特徴とするポンプ。
【請求項９】
請求項８に記載のポンプであって、
ポンプ起動時に、前記インペラを回転させた後に前記圧力室に前記冷却水を導入することで前記クリアランスを小さくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のポンプであって、
ポンプ停止時に、前記圧力室への冷却水の導入を停止して前記クリアランスを大きくした後、前記インペラの回転を停止することを特徴とするポンプ。
【請求項１１】
請求項８〜１０の何れか１項に記載のポンプであって、
前記圧力室に前記冷却水を流さずに前記インペラを回転させて前記ポンプの運転する場合、前記冷却水を流した状態で前記インペラを回転させる通常運転時よりも、前記インペラの回転数を大きくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１２】
請求項３に記載のポンプであって、
前記駆動手段は、前記インペラの回転軸と一体に設けられたロータと前記ロータを回転させるステータとを備える電動モータのうち、前記ハウジングに対して回転可能に配置されて前記ロータが回転する際の反力で回転するステータと、
前記ステータの回転を前記スライド部のスライド移動に変換する変換部と、
を備えて構成されていることを特徴とするポンプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のポンプであって、
ポンプ停止時に、前記電動モータをポンプ運転時とは逆回転させて前記クリアランスを大きくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１４】
請求項３に記載のポンプであって、
前記駆動手段は電動アクチュエータであることを特徴とするポンプ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のポンプであって、
前記電動アクチュエータは、当該電動アクチュエータへの通電を停止した状態で前記クリアランスを大きくするものであることを特徴とするポンプ。
【請求項１６】
請求項３に記載のポンプであって、
前記駆動手段は温度に相関して伸縮して前記スライド部を前記スライド方向に移動させる感温伸縮手段であって、温度が高くなるにつれて前記クリアランスを小さくし且つ温度が低くなるにつれて前記クリアランスを大きくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れか１項に記載のポンプであって、
ポンプ起動時に、前記ポンプ内の温度が氷点下である場合に、前記ポンプのインペラの回転数を通常運転時よりも大きくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１８】
請求項１〜１６の何れか１項に記載のポンプであって、
ポンプ運転中において、前記クリアランスが通常運転時の正常なクリアランスよりも大きい場合に、前記インペラの回転数を通常運転時よりも大きくすることを特徴とするポンプ。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか１項に記載のポンプであって、
前記ポンプは、燃料タンクから燃料電池へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と前記燃料電池から排燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路とを備える燃料電池システムのうち、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス排出流路とを連結した燃料ガス循環流路の途中に配置されて前記燃料ガス排出流路を流れる排燃料ガスを再び前記燃料ガス供給流路に帰還させるポンプとして利用されていることを特徴とするポンプ。
【請求項２０】
燃料タンクから燃料電池へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、
前記燃料電池から排燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス排出流路とを連結した燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流の途中に配置されて前記燃料ガス排出流路を流れる排燃料ガスを再び前記燃料ガス供給流路に帰還させるポンプと、
を備えた燃料電池システムであって、
前記ポンプは、ハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に配置されたインペラと、を備え、前記インペラの回転に伴って燃料ガスを吸入して加圧しその加圧ガスを吐出するポンプであり、前記ハウジングは、ハウジング本体部と、前記ハウジング本体部に対してスライド自在であり且つ前記インペラのバケット部が形成されるバケット形成面と対向する位置でこのバケット形成面に対して近接・離間するスライド部と、を備えることを特徴とす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、ポンプに関し、特に燃料電池システムに適用するのに好適なポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のポンプには、インペラを備えた遠心式ポンプがあり、この遠心式のポンプとしては、インペラの軸方向端面あるいはこれに対向するハウジングの対向面に同心円状の環状溝を形成して、凍結可能面積を減少させたものがある（例えば特許文献１参照）。  
【特許文献１】特開平２００４−１５０２９８号公報（第４頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる従来のポンプでは、インペラの軸方向端面とこれに対向するハウジングの対向面との間のクリアランスが一定となっている。そのため、環状溝によって凍結可能面積を減少させたとしても、クリアランスが小さい場合はやはり凍結してしまうため、そのクリアランスをある程度大きくせざるを得ない。ところが、このようにクリアランスを大きくするとポンプ効率が低下してしまう。そのため、従来のポンプでは、凍結防止とポンプ効率向上の両方を同時に満足することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで本発明は、インペラとハウジングとの間のクリアランスを変更できるポンプまたはこれを用いた燃料電池システムの提供を図る。
【０００５】
本発明にかかるポンプは、ハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に配置されたインペラと、を備え、前記インペラの回転に伴ってガスを吸入して加圧しその加圧ガスを吐出するポンプであって、前記ハウジングは、ハウジング本体部と、前記ハウジング本体部に対してスライド自在であり且つ前記インペラのバケット部が形成されるバケット形成面と対向する位置でこのバケット形成面に対して近接・離間するスライド部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明にかかる燃料電池システムは、燃料タンクから燃料電池へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、前記燃料電池から排燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路と、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス排出流路とを連結した燃料ガス循環流路と、前記燃料ガス循環流の途中に配置されて前記燃料ガス排出流路を流れる排燃料ガスを再び前記燃料ガス供給流路に帰還させるポンプと、を備えた燃料電池システムであって、
前記ポンプは、ハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に配置されたインペラと、を備え、前記インペラの回転に伴って燃料ガスを吸入して加圧しその加圧ガスを吐出するポンプであり、前記ハウジングは、ハウジング本体部と、前記ハウジング本体部に対してスライド自在であり且つ前記インペラのバケット部が形成されるバケット形成面と対向する位置でこのバケット形成面に対して近接・離間するスライド部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、インペラのバケットが形成されるバケット形成面と、このバケット形成面に対向するハウジングの対向面と、の間のクリアランスを適宜変更できる。このため、ポンプ運転時に前記クリアランスを小さくする一方、ポンプ停止時にクリアランスを大きくすることで、ポンプ運転時にはポンプ効率を高く維持できる一方、ポンプ停止時には残留水分によってインペラがハウジングに凍結するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
以下の各実施形態のポンプはいずれも燃料電池システムに適用されたものであるため、まず、燃料電池システム１について簡単に説明する。図１は燃料電池システムの概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように燃料電池システム１は、燃料電池（燃料電池スタック）２と、燃料電池２に酸化剤（例えば空気）を供給する酸化剤供給流路３ａと、燃料電池２から酸化剤を排出する酸化剤排出流路３ｂと、燃料タンク４から燃料電池２に燃料ガス（例えば水素）を供給する燃料ガス供給流路７ａと、燃料電池２から排燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路７ｂと、を備えて構成され、燃料電池２で燃料ガス（例えば水素）と酸化剤（例えば空気）とを化学反応させて発電するものである。
【００１１】
燃料ガス供給流路７ａには上流側から下流側に向けて順番に減圧弁５および圧力調整弁６が介在しており、燃料タンク４からの高圧の燃料ガスは適正な圧力まで減圧されて燃料電池２に供給される。燃料電池２のアノードに供給された燃料ガスは全てが消費されるわけではなく、未消費の燃料ガスが燃料電池２から燃料ガス排出流路７ｂへ排出される。この未消費の排燃料ガスを再利用すべく、燃料ガス供給流路７ａと燃料ガス排出流路７ｂとを連結する燃料ガス循環流路８にポンプ１０が配置されて、このポンプ１０により、燃料電池２から排出された排燃料ガスが燃料電池２に再度供給される。
【００１２】
ここで、燃料電池２から燃料ガス排出流路７ｂへ排出される排燃料ガスには、発電時に発生する生成水の他に燃料電池２のカソードから透過する窒素などの不純物も含まれており、燃料ガス中の不純物濃度が一定の値を超えると、パージ弁９が開かれて系外に放出されるようになっている。
【００１３】
次に、ポンプ１０について説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図２、３は第１実施形態のポンプの断面図である。図２はポンプの運転状態を示し、図３はポンプの停止状態を示している。本実施形態のポンプ１０は、インペラ１５の回転により、吸入した燃料ガスを加圧して吐出する渦流式ポンプとして構成される。このポンプ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１内に回転自在に軸支されたインペラ１５と、ハウジング１１内に固定され前記インペラ１５を回転させる電動モータ１３と、を備えて構成されている。
【００１５】
インペラ１５は、ハウジング１１内に設けられたポンプ室３４に回転自在に収容されており、その回転軸１９を中心として略円板状に形成されている。本実施形態では、インペラ１５の回転軸１９が水平方向に沿って配置され、その両端部が軸受１７ａ、１７ｂを介してハウジング１１に軸支されている。
【００１６】
インペラ１５の回転軸１９には電動モータ１３のロータ１３ｂが固定されている。別の言い方をすれば、電動モータ１３のロータ１３ｂの中心部から突出する出力軸１９が、インペラ１５の回転軸１９になっている。これにより、電動モータ１３に通電して電動モータ１３のロータ１３ｂが回転すると、電動モータ１３の出力軸１９つまりインペラ１５の回転軸１９を介してインペラ１５が回転する。
【００１７】
電動モータ１３は、周知の構造であって、ハウジング１１に固定された筒状のステータ１３ａと、このステータ１３ａの内周側の中空部（ロータ室３２）に回転可能に配置され且つその中心部から前記出力軸１９が突出するロータ１３ｂと、を備えて構成されている。
【００１８】
ハウジング１１には（この例ではハウジング１１のうちスライド部２３には）、ガス吸入口２５ａからガス吐出口２５ｃへ向けて燃料ガスを流すガイド流路２５が設けられている。ガイド流路２５の一部２５ｂはポンプ室３４に露出しており、このポンプ室３４に露出する部位２５ｂに、インペラ１５の外周部の上面が近接して対向配置されている。このインペラ外周部上面には、インペラ回転時にガイド流路２５内の燃料ガスを下流側に送り出すためのバケット部１５ａが設けられている。このような構成により、インペラ１５が回転すると、ガス吸入口２５ａを通じて外部からポンプ１０内に吸入された燃料ガスが、バケット部１５ａで加圧されてガス吐出口２５ｃからポンプ１０外に吐出されることとなる。
【００１９】
ここで、ガス吸入口２５ａおよびガス吐出口２５ｃは、燃料ガスに同伴される水分がポンプ１０に留まらずに排出できるように、ガイド流路２５のうち最下部に設けられ、また、下方に向けて設けられている。
【００２０】
次に、クリアランスの調整機構について説明する。
【００２１】
本実施形態のポンプ１０は、インペラ１５のバケット部１５ａが形成されるバケット形成面１５ｃ（つまりバケット部１５ａの周縁部分の面）と、このバケット形成面１５ｃに対向するハウジングの対向面２３ｃと、の間のクリアランスδを調整できるようになっている。つまり、本実施形態のポンプ１０はクリアランス調整機構を備えている。
【００２２】
本実施形態では、ハウジング１１が、ハウジング本体部２１と、インペラ１５のバケット形成面１５ｃと対向する位置でこのバケット形成面１５ｃに対して近接・離間するようにハウジング本体部２１にスライド自在に取り付けられたスライド部２３と、を備えることにより、クリアランスδが調整自在となっている。
【００２３】
本実施形態では、図２、図３に示すように、スライド部２３をスライドさせて、ポンプ運転中のクリアランスδ（図２参照）をポンプ停止中のクリアランスδ（図３参照）よりも小さくし、ポンプ停止中のクリアランスδ（図３参照）をポンプ運転中のクリアランスδ（図２参照）よりも大きくしている。これにより、運転中のポンプ効率を高く維持するとともに、低温環境下の停止中にインペラ１５がハウジング１１に氷着してしまうことを防止して、低温環境下でのポンプ１０の起動を容易にしている。
【００２４】
なお、スライド部２３がスライド移動しても、ハウジング本体部２１に設けられたガス吸入口２５ａおよびガス吐出口２５ｃと、スライド部２３に設けられたガイド流路２５と、の連通状態が確保されるように、本実施形態ではガス吸入口２５ａおよびガス吐出口２５ｃは長孔状に形成されているが、例えばチューブなどの可撓性管部材でガス吸入口２５ａおよびガス吐出口２５ｃと、ガイド流路２５と、を連通接続してもよい。
【００２５】
また、インペラ１５とスライド部２３とインペラ１５との接触を防止するために、スライド部２３のスライド可動範囲を制限するストッパ３５（図２、３中仮想線で示す）が設けられていることが好ましい。
【００２６】
次に、第１実施形態の効果を列挙する。
【００２７】
本実施形態のポンプ１０では、ハウジング１１が、ハウジング本体部２１と、ハウジング本体部２１に対してスライド自在であり且つインペラ１５のバケット形成面１５ｃと対向する位置に設けられてこのバケット形成面１５ｃに対して近接・離間するスライド部２３と、を備える。そのため、インペラ１５のバケット形成面１５ｃと、このバケット形成面１５ｃに対向するスライド部２３の対向面２３ｃと、の間のクリアランスδが調整自在となる。結果、ポンプ運転条件などに応じてクリアランスδを変更できる。
【００２８】
なお、クリアランスδを調整するためにハウジング１１にスライド部２３を設けずにインペラ１５をハウジング１１に対してスライドさせる構造とすることも考えられるが、このようにインペラ１５をスライド自在とするとインペラ１５を軸支する構造が複雑化してしまう。これに対して本実施形態では、インペラ１５をスライド移動させずにハウジング１１にスライド部２３を設けてクリアランスδを調整する構造であるため、構造が簡素化できる利点がある。
【００２９】
また本実施形態のポンプ１０では、ポンプ運転時にクリアランスδを小さくし、ポンプ停止時にクリアランスδを大きくするものである。そのため、運転時には小さなクリアランスδでポンプ効率を向上できるとともに、停止時には大きなクリアランスδでインペラ１５がハウジング１１に氷着してしまうのを抑制できる。結果、ポンプ効率を高く維持しつつも氷点下でのポンプ１０の起動が容易となる。
【００３０】
特に本実施形態の如くポンプ１０が燃料電池システムに適用される場合、燃料電池２で発生する水分がポンプ１０内に流入することとなるため、低温環境下での凍結の問題が生じやすく、上記効果が有効となる。
【００３１】
以下、その他の実施形態について説明する。以下の実施形態では主にスライド部２３をスライドさせる駆動手段について説明する。
【００３２】
（第２実施形態）
図４は第２実施形態のポンプの断面図である。なお、上述の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。第２実施形態のポンプ１０は、スライド部２３をスライドさせる駆動手段４０が、内部の圧力に応じて伸縮してスライド部２３のスライドさせる圧力室４０として構成されている。より具体的には、圧力室４０は、シリンダ室４１と、このシリンダ室４１に摺動自在に嵌合されるピストン４３と、を備えて構成されている。このピストン４３は連結ロッド４５によってスライド部２３に連結されている。そのため、圧力室４０内の圧力が高まると、ピストン４３が押し上げられて、このピストン４３の移動に伴ってスライド部２３がインペラ１５に近づく方向に移動する。逆に圧力室４０内の圧力が低くなると、ピストン４３が押し下げられて、このピストン４３の移動に伴ってスライド部２３がインペラ１５から離れる方向に移動する。
【００３３】
本実施形態では、圧力室４０には、ポンプ１０の上流または下流のガス（即ち燃料ガス）が導入されるようになっている。つまり、圧力室４０には、燃料ガス供給流路７ａまたは燃料ガス排出流路７ｂまたは燃料ガス循環流路８の何れかから分岐される図示せぬ圧力導入通路が連通接続され、またこの圧力導入通路には当該通路を開閉する図示せぬ開閉弁が設けられている。そのため、圧力室４０内のガスとポンプ室３４内のガスは同一のガスとなっている。
【００３４】
次に、本実施形態の制御の一例を説明する。
【００３５】
まず、ポンプの起動時に、電動モータ１３をＯＮにしてインペラ１５を回転させる。次に、インペラ１５の回転数を検出して回転数が所定値以上の回転になったかどうか判断する。インペラ１５の回転数が所定値以上であれば、図示せぬ開閉弁を開いて圧力室４０に燃料ガスを導入してクリアランスδを小さくして、ポンプ起動運転から通常運転に移行する。
【００３６】
ポンプの通常運転は、一般的な運転方法に従う。そして、ポンプの停止時には、まず図示せぬ開閉弁を閉じて圧力室４０への燃料ガスの導入を停止して圧力室４０内の圧力を下げることで、インペラ１５の回転により高圧になっているポンプ室３４圧力を利用してクリアランスδを大きくする。次に、ガス導入停止から所定時間経過後またはクリアランスδが所定値以上になったことを検出した後、電動モータ１３をＯＦＦにしてインペラ１５の回転を停止する。
【００３７】
以上のような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え以下のような効果がある。
【００３８】
本実施形態では、スライド部２３をスライドされる駆動手段４０が、内部の圧力に応じて伸縮してスライド部２３をスライドさせる圧力室４０である。そのため、簡素な構造で駆動手段を構成できる。
【００３９】
また本実施形態では、圧力室４０に導入される流体がポンプ１０の上流または下流のガス（この例では燃料ガス）である。そのため、圧力室４０内のガスとポンプ室３４内のガスとが同一のガスであるから、圧力室４０からポンプ室３４にガスが多少漏れても問題なく、シール構造（例えばシールリング、ダイアフラム、ベローズ等）が不要または簡素となるため、ポンプ１０が安価となる。
【００４０】
また本実施形態では、ポンプ起動時にインペラ１５を回転させた後に圧力室４０にガスを導入することでクリアランスδを小さくしている。そのため、ポンプ停止中に氷が成長していたとしても、確実にポンプを起動できる。その理由は以下の通りである。
【００４１】
例えばポンプ停止中にインペラ１５のバケット形成面１５ｃまたはハウジング１１の対向面２３ｃに氷が成長していた場合に、起動時に仮にクリアランスδを小さくしてからインペラ１５を回転させようとすると、対向面１５ｃ、２３ｃ間で干渉する氷によってインペラ１５が回転できなくなってしまい、ポンプ１０が起動できない虞がある。しかしながら本実施形態では、ポンプ起動時にインペラ１５を回転させた後にクリアランスδを小さくするものであるため、クリアランスδを小さくする際に氷が何れかの面１５ｃ、２３ｃに接触した場合には、既に回転しているインペラ１５の遠心力によって氷が破壊または剥離されるため、確実にポンプ１０を起動できる。
【００４２】
また本実施形態では、ポンプ停止時に、圧力室４０へのガスの導入を停止してクリアランスδを大きくした後、インペラ１５の回転を停止している。そのため、ポンプ室３４の確実に停止時にクリアランスδを大きくすることができる。その理由は以下の通りである。
【００４３】
つまり、仮に圧力室４０へのガスの導入を停止する前にインペラ１５の回転を停止した場合、圧力室４０内の圧力が低下する前にポンプ室３４の圧力が低下してしまうため、ポンプ室３４の圧力を利用してクリアランスδを大きくできない虞がある。しかしならが本実施形態では、ポンプ停止時に圧力室４０へのガスの導入を停止してクリアランスδを大きくした後にインペラ１５の回転を停止していため、確実に停止時にクリアランスδを大きくすることができる。
【００４４】
また、インペラ１５から離れる方向に付勢する復帰バネなどの付勢手段を設ける必要がないため、部品点数が減ってさらに製造コストを低減できる。
【００４５】
なお、インペラ１５から離れる方向に付勢する復帰バネなどの付勢手段を設けた場合には、ポンプ停止時に圧力室４０へのガスの導入を停止するタイミングとインペラ１５の回転を停止するタイミングとを制御しなくてもよい利点がある。
【００４６】
（第３実施形態）
図５は第３実施形態のポンプの断面図である。なお、上述の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。第３実施形態のポンプ１０は、スライド部２３をスライドさせる駆動手段５０が、内部の圧力に応じて伸縮してスライド部２３をスライドさせる圧力室５０であり、圧力室５０がシリンダ室５１とピストン５３とを備えて構成され、ピストン５３とスライド部２３とが連結ロッド５５により連結されている点で第２実施形態と同様であるが、圧力室５０に導入される流体がポンプ１０の発熱を冷却する冷却液である点で第２実施形態と異なっている。すなわち、ハウジング１１内には、ポンプ１０の発熱つまり主に電動モータ１３の発熱を冷却するための冷却水路５６が設けられているが、この冷却水路５６の途中または冷却水路５６から分岐して圧力室５０が設けられている。そのため、冷却水路５６に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ５７を作動すると、圧力室５０の圧力が高まってクリアランスδが小さくなり、逆に冷却水循環ポンプ５７を停止すると、圧力室５０の圧力が下がってクリアランスδが大きくなる。
【００４７】
次に本実施形態の制御の一例を説明する。本実施形態では上述の第２実施形態と圧力室５０に導入される流体が異なるだけで、第２実施形態と同様の制御を行う。
【００４８】
具体的には、まずポンプ１０の起動時に、電動モータ１３をＯＮにしてインペラ１５を回転させる。次に、インペラ１５の回転数を検出して回転数が所定値異常になったかどうか判断する。インペラの回転数が所定値以上でれば、圧力室５０に冷却水を導入してクリアランスδを小さくして、ポンプ起動運転から通常運転に移行する。
【００４９】
ポンプの通常運転は、一般的な運転方法に従う。そして、ポンプの停止時には、まず圧力室５０への冷却水の導入を停止して圧力室５０内の圧力を下げることで、高圧になっているポンプ室３４の圧力を利用してピストン５３を押し戻しつつクリアランスδを大きくする。次に、冷却水導入停止から所定時間経過後またはクリアランスδが所定値以上になったことを検出した後、電動モータ１３をＯＦＦにしてインペラ１５の回転を停止する。
【００５０】
なお、ポンプ１０のハウジング１１の温度が低い場合などの原因によって、冷却水を冷却水路５６および圧力室５０に流さずにインペラ１５を回転させてポンプ１０の運転する場合には、冷却水を流してインペラ１５を回転させる通常運転時よりも、インペラ１５の回転数を大きくしている。
【００５１】
以上のような第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え以下のような効果がある。
【００５２】
本実施形態では、スライド部２３をスライドされる駆動手段５０が、内部の圧力に応じて伸縮してスライド部２３をスライドさせる圧力室５０である。そのため、第２実施形態と同様に簡素な構造で駆動手段を構成できる。
【００５３】
また本実施形態では、圧力室５０に導入される流体がポンプ１０を冷却するための冷却水である。そのため既存の冷却水路５６を利用することで、その他の電動駆動手段を設ける必要がなく、ポンプが安価となる。
【００５４】
また本実施形態では、ポンプ起動時にインペラ１５を回転させた後に圧力室５０に冷却水を導入することで圧力を加えてクリアランスδを小さくしている。そのため、ポンプ停止時にインペラ１５のバケット形成面１５ｃまたはハウジング１１の対向面２３ｃに氷が成長していたとしても、第２実施形態と同様に確実にポンプ１０を起動できる。
【００５５】
また本実施形態では、ポンプ停止時に、圧力室５０へのガスの導入を停止してクリアランスδを大きくした後、インペラ１５の回転を停止している。そのため、第２実施形態と同様に確実にポンプ室３４の圧力を利用して、停止時にクリアランスδを大きくすることができる。なお、本実施形態においてもポンプ停止時にこのような制御をせずともインペラから離れる方向に付勢する復帰バネなどの付勢手段を設けることにより、ポンプ停止時にクリアランスδを小さくしてもよい。
【００５６】
また本実施形態では、冷却水を圧力室５０に流さずにインペラ１５を回転させてポンプ１０を運転する場合には、冷却水を流してインペラ１５を回転させる通常運転時よりも、インペラ１５の回転数を大きくしているため、クリアランスδが大きいままインペラ１５を回転させることでポンプ圧（揚程圧力＝吸入圧と吐出圧との差圧）が低くなることを補完でき、これにより、燃料電池２へ供給するアノードガス（燃料ガス）量が不足するのを防止できる。
【００５７】
（第４実施形態）
図６は第４実施形態のポンプの断面図である。なお、上述の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。第４実施形態のポンプ１０は、スライド部２３をスライドさせる駆動手段６０が上述の第２、３実施形態と異なっている。本実施形態では、電動モータ１３のステータ１３ａがハウジング１１に軸受６１を介して回転自在に支持されており、駆動手段６０は、ハウジング１１に回転自在に支持されたステータ１３ａと、このステータ１３ａの回転をスライド部２３のスライド移動に変換する変換部６３と、を備えて構成されている。
【００５８】
そのため本実施形態では、ロータ１３ｂが回転する際の反力を受けてステータ１３ａが回転すると、このステータ１３ａの回転がスライド部２３のスライドに変換される。ここで電動モータ１３のロータ１３ｂを通常の回転方向に回転させると、クリアランスδが小さくなる方向にスライド部２３がスライドし、逆に電動モータ１３のロータ１３ｂを通常回転とは逆方向に回転させると、クリアランスδが大きくなる方向にスライド部２３がスライドするように変換部６３の変換方向（例えばネジ山の向き）が設定されている。なお、両方向にスライド限界位置を規定する図示せぬストッパが設けられることでスライド可動範囲が設定されており、このスライド可動範囲に対応する回転量だけステータ１３ａが回転可能となっている。
【００５９】
そのため、ポンプの起動時に電動モータ１３を駆動してインペラ１５を回転させると、電動モータ１３のロータ１３ｂが回転する際の反力でステータ１３ａが回転し、クリアランスδが小さくなる。これにより、ポンプの運転時にはクリアランスδが小さい状態でポンプ１０が運転される。
【００６０】
ポンプ停止時には、電動モータ１３をポンプ運転時とは逆回転させることでクリアランスδを大きくしてから、電動モータ１３への通電を停止してインペラ１５の回転を停止させるようにしている。
【００６１】
以上のような第４実施形態によれば、第１〜３実施形態の効果に加え以下のような効果がある。
【００６２】
本実施形態では、スライド部２３をスライドされる駆動手段６０が、ハウジング１１に対して回転自在に配置され且つロータ１３ｂが回転する際の反力で回転するステータ１３ａと、このステータ１３ａの回転をスライド部２３のスライド移動に変換する変換部６３と、を備えて構成されている。そのため、簡素な構造で駆動手段を構成できる。また、その他の電動の駆動手段を付加する必要がなく、コスト低減の効果がある。
【００６３】
また本実施形態では、ポンプ停止時には、電動モータ１３をポンプ運転時とは逆回転させてクリアランスδを大きくしてから、電動モータ１３への通電を停止してインペラ１５の回転を停止させている。そのため、クリアランスδを大きくする方向にスライド部２３を付勢する復帰バネなどの付勢手段を利用せずに済むので、部品点数が少なくなって好ましい。
【００６４】
（第５実施形態）
図７は第５実施形態のポンプの断面図である。なお、上述の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。第５実施形態のポンプ１０は、スライド部２３をスライドさせる駆動手段７０が、電動アクチュエータ７０である点で上述の実施形態と異なっている。例えば電動アクチュエータ７０としては、例えばソレノイド、電動モータ、圧電素子などがある。
【００６５】
この電動アクチュエータ７０は、コントロールアンプ７３から電動アクチュエータ７０への電力供給時にはクリアランスδを小さくし、電動アクチュエータ７０への電力供給停止時にはクリアランスδを大きくするものである。
【００６６】
そのため本実施形態によれば、上述の実施形態の効果に加えクリアランスδを微妙に調整できる利点がある。また、ポンプ停止時には電力供給が不要となる利点がある。
【００６７】
（第６実施形態）
図８は第６実施形態のポンプの断面図である。なお、上述の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態のポンプ１０は、駆動手段８０が上述の第２〜５実施形態と異なっている。本実施形態の駆動手段８０は、温度に相関して伸縮してスライド部２３をスライドさせる感温伸縮手段８０であって、温度が高くなるにつれてクリアランスδを小さくする一方温度が低くなるにつれてクリアランスδを大きくするものである。感温伸縮手段８０は、本実施形態ではバイメタルで構成され、十分なストロークを得るために複数のバイメタルを積層したものが用いられている。なお、感温伸縮手段８０の他の例としては、ピストンを出没自在に挿入した密閉容器内にパラフィンワックスが充填された構成などがあるし、また、その他の構成とするもできる。
【００６８】
以上の構成により本実施形態によれば、ポンプ１０を運転してポンプ１０内の温度が上昇するにつれてクリアランスδが小さくなる。一方、ポンプ１０を停止してポンプ１０内の温度が下降するにつれてクリアランスδが大きくなる。従って本実施形態によれば、上述の第１〜５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。しかも、ポンプ運転時には、ポンプ１０の発熱（例えば電動モータ１３の発熱など）によって感温伸縮手段８０の温度が上昇してクリアランスδが小さくなるため、その他の電動の駆動手段を利用する必要がなく、コストを低減できる。
【００６９】
また本実施形態では、ポンプ内の温度に従ってクリアランスδが変わる構造であるため、低温環境下でのポンプ起動後には、ポンプ１０内の温度が低いためにクリアランスδが大きい状態となったままインペラ１５を回転さなければならない状況が起こり得る。そのため、本実施形態ではポンプ１０内の温度が所定温度以下ではインペラ１５の回転数を通常運転時の回転数よりも上げて運転している。これにより、低温環境下のポンプ起動時におけるポンプ吐出流量を確保することができる。
【００７０】
なお、低温時にクリアランスδが広がりすぎないように、クリアランスδの最大値を規制するストッパ８７（図中仮想線）を設けてもよい。このようにすると低温環境下の運転時においてクリアランスδが大きくなり過ぎることを防止して、ポンプ１０の吐出量の低下を最小限にとどめることができる。
【００７１】
また、本発明にあっては感温伸縮手段８０の近傍に加熱手段としてのヒータなどを設けて、感温伸縮手段８０の変形量を任意に調節できるようにしてもよい。
【００７２】
（変形例）
図９は上述の第１〜８実施形態に追加し得る変形例を示すものであって、上述の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。図９は変形例のポンプの断面図である。この変形例のポンプ１０は、クリアランスδを検出するクリアランス検出手段９０を備え、インペラ１５を回転駆動させる電動モータ１３の図示せぬ制御部が、クリアランス検出手段９０で検出した検出値が通常運転時の正常なクリアランスδよりも大きい場合に、電動モータ１３への通電量を通常運転時よりも上げてインペラ１５の回転数を通常運転時よりも上げる制御を行うものである。
【００７３】
なお、本例のクリアランス検出手段９０は、スライド部２３のスライド位置を検出することで間接的にクリアランスδを検出するものであるが、クリアランス検出手段としては、クリアランスδを直接検出してもよいし、ポンプ１０の吐出圧と吸入圧との差圧（揚程圧力）を検出することで間接的にクリアランスδを検出してもよいし、電動モータ１３の駆動電流値を検出することで間接的にクリアランスδを検出するなど、その他の様々な形態をとることができる。
【００７４】
ここで上述の第１〜８実施形態のように、ポンプ停止中にクリアランスδが大きくなっているポンプ１０では、インペラ１５とハウジング１１とが氷着してしまうことがないため、起動時に直ぐにインペラ１５を回転させることができる。しかし、インペラ１５またはハウジング１１の一方または双方に氷が成長していた場合には、クリアランスδを小さくしていく際に氷が邪魔になって、スライド部２３を意図する量だけスライドさせることができない場合がある。つまり、クリアランスδが意図していたものよりも大きい状態で、インペラ１５を駆動しなければならない場合があり、このような場合はポンプ１０の吐出量が下がってしまう。本変形例では、これのような吐出量不足が起きないように、ポンプ起動時にポンプ１０内の温度を検出する図示せぬ温度検出手段で検出した検出値が氷点下（０°Ｃ以下）の場合には、電動モータ１３への通電量を通常運転時よりも上げてインペラ１５の回転数を通常運転時よりも上げる制御を行っている。これにより、ポンプ１０の吐出量不足を防ぐことができる。なお、この制御は、例えば起動後所定時間（氷が溶解するであろう時間）だけインペラの回転数を上げて制御するか、または、ハウジングまたはポンプ室が所定温度（氷が融解するであろう温度）になるまでインペラの回転数を上げて制御することで達成できる。
【００７５】
以上、第１〜８実施形態を例に本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな形態を採用することができる。
【００７６】
例えば、上述の実施形態のポンプはいずれも燃料電池システムに用いられるものであるが、本発明にかかるポンプは燃料電池システム以外のその他のシステムに適用してもよい。また、ポンプの内部の構造も様々な形態を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明にかかるポンプが組み付けられた燃料電池システムの概略構成図。
【図２】本発明の第１実施形態のポンプの断面図であって、ポンプ運転時を示す図。
【図３】同ポンプの断面図であって、ポンプの停止時を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態のポンプの断面図。
【図５】本発明の第３実施形態のポンプの断面図。
【図６】本発明の第４実施形態のポンプの断面図。
【図７】本発明の第５実施形態のポンプの断面図。
【図８】本発明の第６実施形態のポンプの断面図。
【図９】第１〜６実施形態のポンプの変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００７８】
１…燃料電池システム
２…燃料電池
３ａ…酸化剤供給流路
３ｂ…酸化剤排出流路
４…燃料タンク
５…減圧弁
６…圧力調整弁
７ａ…燃料ガス供給流路
７ｂ…燃料ガス排出流路
８…燃料ガス循環流路
９…パージ弁
１０…ポンプ
１１…ハウジング
１３…電動モータ
１３ａ…ステータ
１３ｂ…ロータ
１５…インペラ
１５ａ…バケット部
１５ｃ…バケット形成面
１７ａ、１７ｂ…軸受
１９…回転軸
２１…ハウジング本体部
２３…スライド部
２３ｃ…対向面
２５…ガイド流路
２５ａ…ガス吸入口
２５ｃ…ガス吐出口
４０…圧力室（駆動手段）
５０…圧力室（駆動手段）
６０…駆動手段
７０…電動アクチュエータ（駆動手段）
８０…感温伸縮手段（駆動手段）
【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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【図８】
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【図９】
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