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JP7816066B2 - Hydrogen Circulation System - Google Patents
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JP7816066B2 - Hydrogen Circulation System - Google Patents

Hydrogen Circulation System

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JP7816066B2 JP2022166956A JP2022166956A JP7816066B2 JP 7816066 B2 JP7816066 B2 JP 7816066B2 JP 2022166956 A JP2022166956 A JP 2022166956A JP 2022166956 A JP2022166956 A JP 2022166956A JP 7816066 B2 JP7816066 B2 JP 7816066B2
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Description

本発明は、水素循環システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen circulation system.

例えば、特許文献1の燃料電池システムは、燃料電池システムの運転停止時に、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するための制御を実行する。
特許文献1に開示の燃料電池システムは、燃料電池と、気液分離器と、ルーツ式水素循環ポンプと、制御部と、を有する。ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するため、燃料電池システムの停止時、制御部は、ルーツ式水素循環ポンプを第1回転数で駆動させる。さらに、制御部は、予め定められた時間経過後に、第1回転数よりも低い第2回転数でルーツ式水素循環ポンプを駆動させる。
For example, the fuel cell system disclosed in Patent Document 1 executes control to prevent the roots-type hydrogen circulation pump from freezing when the fuel cell system is stopped.
The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 includes a fuel cell, a gas-liquid separator, a Roots-type hydrogen circulation pump, and a control unit. To prevent the Roots-type hydrogen circulation pump from freezing, the control unit operates the Roots-type hydrogen circulation pump at a first rotation speed when the fuel cell system is stopped. After a predetermined time has elapsed, the control unit operates the Roots-type hydrogen circulation pump at a second rotation speed, which is lower than the first rotation speed.

第1回転数でルーツ式水素循環ポンプが駆動すると、ルーツ式水素循環ポンプの吸入側の残留水が低減する。これにより、気液分離器が低温時に凍結する可能性を減らすことができる。また、予め定められた時間経過後、第1回転数より低い第2回転数でルーツ式水素循環ポンプが駆動することで、吸入側の残留水を巻き上げることが抑制されるとともに、ルーツ式水素循環ポンプに残留する水を規定量以下に低減できる。これにより、低温時のルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制できる。 When the Roots-type hydrogen circulation pump is operated at a first rotation speed, the residual water on the suction side of the Roots-type hydrogen circulation pump is reduced. This reduces the possibility of the gas-liquid separator freezing at low temperatures. Furthermore, after a predetermined time has elapsed, the Roots-type hydrogen circulation pump is operated at a second rotation speed lower than the first rotation speed, which prevents the suction side from being stirred up and reduces the amount of water remaining in the Roots-type hydrogen circulation pump to a specified amount or less. This prevents the Roots-type hydrogen circulation pump from freezing at low temperatures.

特開2020-68153号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-68153

燃料電池システムの停止時、ルーツ式水素循環ポンプが第1回転数又は第2回転数で駆動するため、燃料電池システム全体を水素が流れる。このため、特許文献1では、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するために、燃料電池システム全体に水素を流す必要がある。よって、特許文献1は、ルーツ式水素循環ポンプの凍結を抑制するためのシステムが大規模化している。 When the fuel cell system is stopped, the Roots-type hydrogen circulation pump operates at the first or second rotation speed, allowing hydrogen to flow throughout the entire fuel cell system. For this reason, in Patent Document 1, it is necessary to allow hydrogen to flow throughout the entire fuel cell system in order to prevent the Roots-type hydrogen circulation pump from freezing. Therefore, in Patent Document 1, the system for preventing the Roots-type hydrogen circulation pump from freezing is large-scale.

上記問題点を解決するための水素循環システムは、燃料電池と、前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻す水素循環路と、前記水素循環路に設けられ、前記燃料電池から排出された水素と水分とを分離させる第1の気液分離器と、前記水素循環路に設けられ、前記第1の気液分離器から排出された水素を吸入し、前記水素供給路に向けて水素を吐出するポンプと、前記ポンプを制御する制御部と、を有する水素循環システムにおいて、前記水素循環路には、前記ポンプと前記第1の気液分離器との間に設けられ、水素の流れる方向を規制する逆止弁と、前記ポンプと前記逆止弁との間から分岐するように前記水素循環路に接続される第1分岐部と、前記第1分岐部から前記ポンプを跨いで前記水素循環路に接続される第2分岐部とを繋ぐ分岐路と、が設けられ、前記ポンプと前記分岐路とを含む閉ループには、水素と水分とを分離させる第2の気液分離器が設けられ、前記第2分岐部には、水素の流れを前記閉ループに切り替える切替弁が設けられ、前記切替弁は、前記制御部によって制御されている。 A hydrogen circulation system that solves the above problems includes a fuel cell, a hydrogen supply path that supplies hydrogen to the fuel cell, a hydrogen circulation path that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply path, a first gas-liquid separator that is provided in the hydrogen circulation path and separates the hydrogen discharged from the fuel cell from water, a pump that is provided in the hydrogen circulation path and takes in hydrogen discharged from the first gas-liquid separator and discharges hydrogen toward the hydrogen supply path, and a control unit that controls the pump. A check valve is provided between the pump and the first gas-liquid separator to regulate the direction of hydrogen flow, a first branch section connected to the hydrogen circulation path so as to branch off from between the pump and the check valve, and a branch path connecting the first branch section to a second branch section connected to the hydrogen circulation path across the pump. A second gas-liquid separator is provided in the closed loop including the pump and the branch path to separate hydrogen and moisture, and a switching valve is provided in the second branch section to switch the flow of hydrogen to the closed loop, and the switching valve is controlled by the control unit.

これによれば、制御部による切替弁の制御により、水素の流れを閉ループに切り替えることができる。すると、閉ループに残留する水素は、閉ループを流れて第2の気液分離器に流入する。第2の気液分離器により、水素から水分が分離される。水分の分離された水素は、乾燥ガスとして、閉ループを流れる。逆止弁により、乾燥ガスの水素循環路での逆流が抑制されるため、乾燥ガスは閉ループを流れる。その結果、閉ループを流れる乾燥ガスにより、ポンプが乾燥される。例えば、ポンプを乾燥させるため、水素を、水素循環路から水素供給路及び燃料電池にまで戻して燃料電池システム全体に流す場合と比べると、水素循環システムを小規模化できる。 With this, the control unit can control the switching valve to switch the flow of hydrogen to a closed loop. The hydrogen remaining in the closed loop then flows through the closed loop and into the second gas-liquid separator. The second gas-liquid separator separates moisture from the hydrogen. The hydrogen from which moisture has been separated flows through the closed loop as dry gas. The check valve prevents the dry gas from flowing back through the hydrogen circulation path, so the dry gas flows through the closed loop. As a result, the pump is dried by the dry gas flowing through the closed loop. For example, the hydrogen circulation system can be made smaller than when hydrogen is returned from the hydrogen circulation path to the hydrogen supply path and fuel cell and then flowed through the entire fuel cell system to dry the pump.

水素循環システムについて、前記制御部は、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻す場合、前記ポンプの駆動によって前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻すように前記切替弁を制御し、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻さない場合、所定の時間だけ前記ポンプの駆動によって前記閉ループに水素が流れるように前記切替弁を制御し、前記所定の時間経過後に前記ポンプを停止してもよい。 In a hydrogen circulation system, when hydrogen is returned from the fuel cell to the hydrogen supply path, the control unit controls the switching valve to return hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply path by driving the pump; when hydrogen is not returned from the fuel cell to the hydrogen supply path, the control unit controls the switching valve to allow hydrogen to flow in the closed loop by driving the pump for a predetermined time, and stops the pump after the predetermined time has elapsed.

これによれば、制御部によって切替弁を制御することにより、水素を水素供給路に戻すときは、閉ループに水素を流さないようにできる。このため、水素供給路に戻す水素の量が減ることを抑制できる。一方、水素を水素供給路に戻さないときは、閉ループに水素を流すことができる。このため、ポンプの駆動によって流れる水素の全てを閉ループに流すことができる。よって、水分の分離された水素により、ポンプを効率良く乾燥できる。さらに、制御部は、所定の時間経過後にポンプを停止させる。このため、ポンプを無駄に駆動させることを無くして、無駄な電力消費を抑制できる。 By controlling the switching valve with the control unit, hydrogen can be prevented from flowing through the closed loop when returning hydrogen to the hydrogen supply channel. This prevents a decrease in the amount of hydrogen returned to the hydrogen supply channel. On the other hand, when hydrogen is not returned to the hydrogen supply channel, hydrogen can be flowed through the closed loop. This allows all of the hydrogen that flows when the pump is driven to flow through the closed loop. This allows the pump to be dried efficiently using hydrogen from which moisture has been separated. Furthermore, the control unit stops the pump after a predetermined time has elapsed. This prevents the pump from being driven unnecessarily, thereby reducing unnecessary power consumption.

水素循環システムについて、前記第2の気液分離器は、前記水素循環路における前記ポンプの吸入側、又は前記分岐路に設けられていてもよい。
これによれば、ポンプには、第2の気液分離器によって水分の分離された水素が流入する。このため、ポンプを乾燥させやすい。
In the hydrogen circulation system, the second gas-liquid separator may be provided on the suction side of the pump in the hydrogen circulation path or in the branch path.
According to this, hydrogen from which water has been separated by the second gas-liquid separator flows into the pump, which makes it easier to dry the pump.

水素循環システムについて、前記第2の気液分離器は、前記ポンプと一体的に設けられていてもよい。
これによれば、例えば、第2の気液分離器がポンプと別体である場合と比べて、水素循環システムを小規模化しやすい。
In the hydrogen circulation system, the second gas-liquid separator may be provided integrally with the pump.
This makes it easier to reduce the size of the hydrogen circulation system compared to when the second gas-liquid separator is separate from the pump, for example.

水素循環システムについて、前記第2の気液分離器には排水路が接続されるとともに、前記排水路には、当該排水路を開閉する開閉弁が設けられていてもよい。
これによれば、第2の気液分離器に水分が溜まり続けることを抑制できる。
In the hydrogen circulation system, a drainage channel may be connected to the second gas-liquid separator, and the drainage channel may be provided with an on-off valve for opening and closing the drainage channel.
This can prevent moisture from continuing to accumulate in the second gas-liquid separator.

本発明によれば、水素循環システムを小規模化できる。 This invention enables the hydrogen circulation system to be downsized.

第1の実施形態のルーツポンプを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a Roots pump according to a first embodiment. FIG. 第1の実施形態の水素循環システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a hydrogen circulation system according to a first embodiment; 第1の実施形態のロータ及びロータ室を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a rotor and a rotor chamber of the first embodiment. 乾燥モードでの水素循環システムを説明するための図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a hydrogen circulation system in a dry mode. 第2の実施形態のルーツポンプを示す部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a Roots pump according to a second embodiment. 第2の実施形態の水素循環システムを示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a hydrogen circulation system according to a second embodiment. 第2の実施形態のロータ及びロータ室を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a rotor and a rotor chamber according to a second embodiment. 乾燥モードでの水素循環システムを説明するための図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a hydrogen circulation system in a dry mode. 別例の水素循環システムを示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing another example of a hydrogen circulation system.

(第1の実施形態)
水素循環システムを具体化した第1の実施形態の図1~図4にしたがって説明する。
図1及び図2示すように、水素循環システム51は、燃料電池システム60に設けられている。燃料電池システム60は、燃料電池車に搭載されている。燃料電池システム60は、酸素及び水素を用いて発電する。
(First embodiment)
A first embodiment of a hydrogen circulation system will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
1 and 2, the hydrogen circulation system 51 is provided in a fuel cell system 60. The fuel cell system 60 is mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell system 60 generates electricity using oxygen and hydrogen.

<ルーツポンプの全体>
まず、水素循環システム51及び燃料電池システム60が有するポンプとしてのルーツポンプ10について説明する。
<Roots Pump Overview>
First, the roots pump 10 as a pump provided in the hydrogen circulation system 51 and the fuel cell system 60 will be described.

図1に示すように、ルーツポンプ10は、筒状のハウジング11を有する。ハウジング11は、モータハウジング12と、ギアハウジング13と、ロータハウジング14と、第1カバー部材15と、第2カバー部材40と、を有する。モータハウジング12、ギアハウジング13、ロータハウジング14、第1カバー部材15、及び第2カバー部材40の各々は、金属製である。 As shown in FIG. 1, the Roots pump 10 has a cylindrical housing 11. The housing 11 has a motor housing 12, a gear housing 13, a rotor housing 14, a first cover member 15, and a second cover member 40. Each of the motor housing 12, gear housing 13, rotor housing 14, first cover member 15, and second cover member 40 is made of metal.

モータハウジング12は、ギアハウジング13と連結されている。また、ロータハウジング14は、ギアハウジング13と連結されている。第1カバー部材15は、ロータハウジング14と連結されている。第2カバー部材40は、第1カバー部材15と連結されている。 The motor housing 12 is connected to the gear housing 13. The rotor housing 14 is connected to the gear housing 13. The first cover member 15 is connected to the rotor housing 14. The second cover member 40 is connected to the first cover member 15.

モータハウジング12は、板状の底壁12aと、底壁12aの外周部から筒状に延びる周壁12bと、を有する。ギアハウジング13は、板状の底壁13aと、底壁13aの外周部から筒状に延びる周壁13bと、を有する。ギアハウジング13の底壁13aには、一対の第1凹部13cが形成されている。一対の第1凹部13cの各々は、ギアハウジング13の内底面から円形状に凹む。 The motor housing 12 has a plate-shaped bottom wall 12a and a peripheral wall 12b that extends cylindrically from the outer periphery of the bottom wall 12a. The gear housing 13 has a plate-shaped bottom wall 13a and a peripheral wall 13b that extends cylindrically from the outer periphery of the bottom wall 13a. A pair of first recesses 13c are formed in the bottom wall 13a of the gear housing 13. Each of the pair of first recesses 13c is recessed circularly from the inner bottom surface of the gear housing 13.

ロータハウジング14は、板状の底壁14aと、底壁14aの外周部から筒状に延びる周壁14bと、を有する。ロータハウジング14の底壁14aには、一対の第2凹部14cが形成されている。一対の第2凹部14cの各々は、底壁14aの端面から円形状に凹む。一対の第2凹部14cの各々は、一対の第1凹部13cの各々と同軸上に位置している。第1カバー部材15は、板状である。第1カバー部材15は、内壁面15aと外壁面15bと、を有する。第2カバー部材40は、筒状である。 The rotor housing 14 has a plate-shaped bottom wall 14a and a peripheral wall 14b extending cylindrically from the outer periphery of the bottom wall 14a. A pair of second recesses 14c are formed in the bottom wall 14a of the rotor housing 14. Each of the pair of second recesses 14c is circularly recessed from the end face of the bottom wall 14a. Each of the pair of second recesses 14c is positioned coaxially with each of the pair of first recesses 13c. The first cover member 15 is plate-shaped. The first cover member 15 has an inner wall surface 15a and an outer wall surface 15b. The second cover member 40 is cylindrical.

ギアハウジング13の底壁13aとモータハウジング12の周壁12bとが突き合わされている。ロータハウジング14の底壁14aとギアハウジング13の周壁13bとが突き合わされている。第1カバー部材15とロータハウジング14の周壁14bとが突き合わされている。第2カバー部材40と第1カバー部材15とが突き合わされている。 The bottom wall 13a of the gear housing 13 abuts against the peripheral wall 12b of the motor housing 12. The bottom wall 14a of the rotor housing 14 abuts against the peripheral wall 13b of the gear housing 13. The first cover member 15 abuts against the peripheral wall 14b of the rotor housing 14. The second cover member 40 abuts against the first cover member 15.

ハウジング11には、ギア室24が画定されている。ギア室24は、ギアハウジング13の底壁13a、ギアハウジング13の周壁13b、及びロータハウジング14の底壁14aによって画定されている。 A gear chamber 24 is defined in the housing 11. The gear chamber 24 is defined by the bottom wall 13a of the gear housing 13, the peripheral wall 13b of the gear housing 13, and the bottom wall 14a of the rotor housing 14.

ハウジング11には、ロータ室25が画定されている。ロータ室25は、ロータハウジング14の底壁14a、ロータハウジング14の周壁14b、及び第1カバー部材15によって画定されている。ハウジング11は、一対のロータ室端面26を有する。一対のロータ室端面26のうちの一方は、ロータハウジング14の底壁14aの内壁面14eによって形成されるとともに、一対のロータ室端面26のうちの他方は、第1カバー部材15の内壁面15aによって画定されている。一対のロータ室端面26は、ロータ室25を挟んで互いに反対側に位置する。 A rotor chamber 25 is defined in the housing 11. The rotor chamber 25 is defined by the bottom wall 14a of the rotor housing 14, the peripheral wall 14b of the rotor housing 14, and the first cover member 15. The housing 11 has a pair of rotor chamber end faces 26. One of the pair of rotor chamber end faces 26 is formed by the inner wall surface 14e of the bottom wall 14a of the rotor housing 14, and the other of the pair of rotor chamber end faces 26 is defined by the inner wall surface 15a of the first cover member 15. The pair of rotor chamber end faces 26 are located on opposite sides of the rotor chamber 25.

ハウジング11には、モータ室12cが画定されている。モータ室12cは、モータハウジング12の底壁12a、モータハウジング12の周壁12b、及びギアハウジング13の底壁13aによって画定されている。 A motor chamber 12c is defined in the housing 11. The motor chamber 12c is defined by the bottom wall 12a of the motor housing 12, the peripheral wall 12b of the motor housing 12, and the bottom wall 13a of the gear housing 13.

ハウジング11には、気液分離室41が画定されている。気液分離室41は、第1カバー部材15の外壁面15bと、第2カバー部材40の内面によって画定されている。
ルーツポンプ10は、回転軸16としての駆動軸16a及び従動軸16bを有する。駆動軸16a及び従動軸16bは、金属製である。駆動軸16aと従動軸16bは平行である。回転軸16の軸心Lの延びる方向を軸方向とする。駆動軸16aは、ギアハウジング13の底壁13a及びロータハウジング14の底壁14aを貫通している。従動軸16bは、ロータハウジング14の底壁14aを貫通している。
A gas-liquid separation chamber 41 is defined in the housing 11. The gas-liquid separation chamber 41 is defined by an outer wall surface 15b of the first cover member 15 and an inner surface of the second cover member 40.
The Roots pump 10 has a drive shaft 16a and a driven shaft 16b as the rotating shaft 16. The drive shaft 16a and the driven shaft 16b are made of metal. The drive shaft 16a and the driven shaft 16b are parallel to each other. The direction in which the axis L of the rotating shaft 16 extends is defined as the axial direction. The drive shaft 16a penetrates the bottom wall 13a of the gear housing 13 and the bottom wall 14a of the rotor housing 14. The driven shaft 16b penetrates the bottom wall 14a of the rotor housing 14.

一対の第1軸受31は、ギアハウジング13の底壁13aに配置されている。一対の第1軸受31の一方は、一方の第1凹部13cに圧入されているとともに、一対の第1軸受31の他方は、他方の第1凹部13cに圧入されている。一対の第2軸受32は、ロータハウジング14の底壁14aに配置されている。一対の第2軸受32の一方は、一方の第2凹部14cに圧入されているとともに、一対の第2軸受32の他方は、他方の第2凹部14cに圧入されている。第3軸受33は、モータハウジング12の底壁12aに配置されている。駆動軸16aは、一方の第1軸受31、一方の第2軸受32及び第3軸受33を介してハウジング11に回転可能に支持されている。従動軸16bは、他方の第1軸受31、及び他方の第2軸受32を介してハウジング11に回転可能に支持されている。 A pair of first bearings 31 are arranged on the bottom wall 13a of the gear housing 13. One of the pair of first bearings 31 is press-fitted into one of the first recesses 13c, and the other of the pair of first bearings 31 is press-fitted into the other of the first recesses 13c. A pair of second bearings 32 are arranged on the bottom wall 14a of the rotor housing 14. One of the pair of second bearings 32 is press-fitted into one of the second recesses 14c, and the other of the pair of second bearings 32 is press-fitted into the other of the second recesses 14c. A third bearing 33 is arranged on the bottom wall 12a of the motor housing 12. The drive shaft 16a is rotatably supported in the housing 11 via one of the first bearings 31, one of the second bearings 32, and the third bearing 33. The driven shaft 16b is rotatably supported in the housing 11 via the other of the first bearings 31 and the other of the second bearings 32.

第1シール部材17aは、ギアハウジング13の底壁13aに設けられている。第1シール部材17aは、一方の第1凹部13cに圧入されている。第1シール部材17aは、駆動軸16aとギアハウジング13の底壁13aとの間をシールする。第1シール部材17aは、ギア室24とモータ室12cとの間をシールする。一対の第2シール部材17bは、ロータハウジング14の底壁14aに設けられている。一対の第2シール部材17bの各々は、第2凹部14cに圧入されている。第2シール部材17bは、回転軸16と底壁14aとの間をシールする。第2シール部材17bは、ギア室24とロータ室25との間をシールする。 The first seal member 17a is provided on the bottom wall 13a of the gear housing 13. The first seal member 17a is press-fitted into one of the first recesses 13c. The first seal member 17a seals between the drive shaft 16a and the bottom wall 13a of the gear housing 13. The first seal member 17a seals between the gear chamber 24 and the motor chamber 12c. The pair of second seal members 17b are provided on the bottom wall 14a of the rotor housing 14. Each of the pair of second seal members 17b is press-fitted into the second recess 14c. The second seal member 17b seals between the rotating shaft 16 and the bottom wall 14a. The second seal member 17b seals between the gear chamber 24 and the rotor chamber 25.

ルーツポンプ10は、駆動軸16aを回転させる電動モータ50を有する。電動モータ50は、モータ室12cに収容されている。電動モータ50は、駆動軸16aを回転させる。 The Roots pump 10 has an electric motor 50 that rotates the drive shaft 16a. The electric motor 50 is housed in the motor chamber 12c. The electric motor 50 rotates the drive shaft 16a.

ルーツポンプ10は、動力伝達機構Gを有する。動力伝達機構Gは、駆動ギア18と従動ギア19と、を有する。駆動ギア18は、駆動軸16aに固定されている。従動ギア19は、従動軸16bに固定されている。駆動ギア18及び従動ギア19は、ギア室24に収容されている。したがって、動力伝達機構Gは、ハウジング11に収容されている。従動ギア19は、駆動ギア18と噛み合って回転する。従動軸16bは、動力伝達機構Gによって駆動軸16aと逆方向に回転する。 The Roots pump 10 has a power transmission mechanism G. The power transmission mechanism G has a drive gear 18 and a driven gear 19. The drive gear 18 is fixed to the drive shaft 16a. The driven gear 19 is fixed to the driven shaft 16b. The drive gear 18 and the driven gear 19 are housed in a gear chamber 24. Therefore, the power transmission mechanism G is housed in the housing 11. The driven gear 19 rotates in mesh with the drive gear 18. The driven shaft 16b rotates in the opposite direction to the drive shaft 16a due to the power transmission mechanism G.

ルーツポンプ10は、第2の気液分離器39を有する。なお、第1の気液分離器64については後述する。第2の気液分離器39はルーツポンプ10と一体的に設けられている。第2の気液分離器39は、気液分離室41と、気液分離室41に配置された分離筒42と、吸入口43と、を有する。分離筒42は、円筒状である。吸入口43は、第2カバー部材40に形成されている。吸入口43は、分離筒42に対向している。気液分離室41には、吸入口43を経由して水素が流入する。吸入口43から気液分離室41に流入した水素は、分離筒42に衝突する。分離筒42に対する水素の衝突により、水素に含まれる水分が、水素から分離される。したがって、第2の気液分離器39は、水素から水分を分離する。 The Roots pump 10 has a second gas-liquid separator 39. The first gas-liquid separator 64 will be described later. The second gas-liquid separator 39 is integral with the Roots pump 10. The second gas-liquid separator 39 has a gas-liquid separation chamber 41, a separation tube 42 disposed in the gas-liquid separation chamber 41, and an intake port 43. The separation tube 42 is cylindrical. The intake port 43 is formed in the second cover member 40. The intake port 43 faces the separation tube 42. Hydrogen flows into the gas-liquid separation chamber 41 via the intake port 43. The hydrogen that flows into the gas-liquid separation chamber 41 from the intake port 43 collides with the separation tube 42. The collision of the hydrogen with the separation tube 42 separates the moisture contained in the hydrogen from the hydrogen. Therefore, the second gas-liquid separator 39 separates the moisture from the hydrogen.

なお、第2の気液分離器39による気液分離は、分離筒42に対する水素の衝突による分離方式に限らない。例えば、気液分離室41に流入した水素を遠心筒の周囲を周回させて、水素に含まれる水分を遠心分離する方式でもよい。要は、水素から水分を分離できれば、第2の気液分離器39による気液分離の方式は任意である。 The gas-liquid separation performed by the second gas-liquid separator 39 is not limited to a separation method using collision of hydrogen against the separation cylinder 42. For example, the hydrogen that has flowed into the gas-liquid separation chamber 41 may be circulated around a centrifugal cylinder to separate the moisture contained in the hydrogen by centrifugation. In short, any method of gas-liquid separation performed by the second gas-liquid separator 39 can be used as long as it can separate moisture from hydrogen.

図3に示すように、ルーツポンプ10は、ポンプ部38を有する。ポンプ部38は、ロータ室25と、一対のロータ22と、一対の回転軸16と、吸入孔45と、吐出孔46と、を有する。吸入孔45は、第1カバー部材15に形成されている。吐出孔46は、ロータハウジング14の周壁14bに形成されている。吸入孔45は、第2の気液分離器39の気液分離室41とロータ室25とを連通させる。気液分離室41の水素は、吸入孔45を経由してロータ室25に吸入される。ロータ室25に吸入された水素は、吐出孔46を経由してロータ室25外へ吐出される。 As shown in FIG. 3, the Roots pump 10 has a pump section 38. The pump section 38 has a rotor chamber 25, a pair of rotors 22, a pair of rotary shafts 16, an intake hole 45, and a discharge hole 46. The intake hole 45 is formed in the first cover member 15. The discharge hole 46 is formed in the peripheral wall 14b of the rotor housing 14. The intake hole 45 connects the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 with the rotor chamber 25. Hydrogen in the gas-liquid separation chamber 41 is drawn into the rotor chamber 25 via the intake hole 45. The hydrogen drawn into the rotor chamber 25 is discharged out of the rotor chamber 25 via the discharge hole 46.

一対のロータ22の各々は、二葉まゆ形のロータである。一対のロータ22は、駆動ロータ20と、従動ロータ21である。駆動ロータ20は、駆動ギア18によって回転されるロータである。従動ロータ21は、従動ギア19によって回転されるロータである。一対のロータ22は、ロータ室25に収容されている。駆動ロータ20は、駆動軸16aに取り付けられている。従動ロータ21は、従動軸16bに取り付けられている。従動ロータ21は、駆動ロータ20とともに回転する。したがって、駆動ロータ20と従動ロータ21は、ロータ室25内で互いに逆方向へ回転される一対のロータ22である。 Each of the pair of rotors 22 is a two-lobed cocoon-shaped rotor. The pair of rotors 22 consists of a drive rotor 20 and a driven rotor 21. The drive rotor 20 is rotated by the drive gear 18. The driven rotor 21 is rotated by the driven gear 19. The pair of rotors 22 are housed in a rotor chamber 25. The drive rotor 20 is attached to the drive shaft 16a. The driven rotor 21 is attached to the driven shaft 16b. The driven rotor 21 rotates together with the drive rotor 20. Therefore, the drive rotor 20 and the driven rotor 21 constitute a pair of rotors 22 that rotate in opposite directions within the rotor chamber 25.

図1及び図3に示すように、ロータ22は、一対のロータ端面22cを有する。一対のロータ端面22cは、ロータ22の軸方向の両端面である。一方のロータ端面22cは、底壁14aの内壁面14eにクリアランスを介して対向するとともに、他方のロータ端面22cは、第1カバー部材15の内壁面15aにクリアランスを介して対向する。したがって、ロータ22とロータ室25の内面との間には、回転軸16の軸方向へのクリアランスが画定されている。 As shown in Figures 1 and 3, the rotor 22 has a pair of rotor end faces 22c. The pair of rotor end faces 22c are both axial end faces of the rotor 22. One rotor end face 22c faces the inner wall surface 14e of the bottom wall 14a via a clearance, and the other rotor end face 22c faces the inner wall surface 15a of the first cover member 15 via a clearance. Therefore, a clearance in the axial direction of the rotating shaft 16 is defined between the rotor 22 and the inner surface of the rotor chamber 25.

ルーツポンプ10では、ロータ室25内で、駆動ロータ20と従動ロータ21が互いに逆方向へ回転すると、気液分離室41の水素は、吸入孔45を経由してロータ室25に吸入される。吸入された水素は、ロータ22の先端部によって閉じ込められる。閉じ込められた水素は、閉じ込められたまま、吐出孔46に向けて送られる。閉じ込められた水素は、吐出孔46から吐出される。 In the Roots pump 10, when the drive rotor 20 and driven rotor 21 rotate in opposite directions within the rotor chamber 25, hydrogen in the gas-liquid separation chamber 41 is drawn into the rotor chamber 25 through the suction hole 45. The drawn-in hydrogen is trapped by the tip of the rotor 22. The trapped hydrogen remains trapped and is sent toward the discharge hole 46. The trapped hydrogen is discharged from the discharge hole 46.

上記ルーツポンプ10の駆動は、制御部54によって制御される。制御部54は、ルーツポンプ10の駆動と、駆動の停止とを切り替える。
<燃料電池システム>
次に、上記ルーツポンプ10を有する燃料電池システム60について説明する。
The drive of the Roots pump 10 is controlled by the control unit 54. The control unit 54 switches the Roots pump 10 between drive and stop.
<Fuel cell system>
Next, a fuel cell system 60 having the above-described Roots pump 10 will be described.

図2に示すように、燃料電池システム60は、ルーツポンプ10と、切替弁52と、分岐路53と、制御部54と、逆止弁55と、燃料電池61と、水素タンク62と、エアコンプレッサ63と、第1の気液分離器64と、水素供給路71と、水素循環路72と、空気供給路73と、を有する。なお、燃料電池システム60に含まれる水素循環システム51は、燃料電池61と、水素供給路71と、水素循環路72と、第1の気液分離器64と、第2の気液分離器39を有するルーツポンプ10と、切替弁52と、分岐路53と、制御部54と、逆止弁55と、を有する。さらに、水素循環システム51は、排水路65と、電磁弁66とを有していてもよい。 As shown in FIG. 2, the fuel cell system 60 includes a Roots pump 10, a switching valve 52, a branching channel 53, a control unit 54, a check valve 55, a fuel cell 61, a hydrogen tank 62, an air compressor 63, a first gas-liquid separator 64, a hydrogen supply channel 71, a hydrogen circulation channel 72, and an air supply channel 73. The hydrogen circulation system 51 included in the fuel cell system 60 includes the fuel cell 61, the hydrogen supply channel 71, the hydrogen circulation channel 72, the first gas-liquid separator 64, a Roots pump 10 having a second gas-liquid separator 39, a switching valve 52, a branching channel 53, a control unit 54, and a check valve 55. The hydrogen circulation system 51 may also include a drainage channel 65 and a solenoid valve 66.

燃料電池61は、複数の電池セルが積層されることにより構成された燃料電池スタックである。燃料電池61は、例えば、固体高分子型燃料電池である。燃料電池61は、図示しないアノード極と、カソード極と、電解質膜と、を有する。燃料電池61は、アノード極に供給される燃料ガスとしての水素と、カソード極に供給される酸化剤ガスとしての酸素と、を化学反応させることにより発電する。燃料電池61では、水素と酸素とが化学反応することにより生成水が発生する。 The fuel cell 61 is a fuel cell stack composed of multiple stacked battery cells. The fuel cell 61 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 61 has an anode, a cathode, and an electrolyte membrane (not shown). The fuel cell 61 generates electricity by chemically reacting hydrogen, which serves as fuel gas supplied to the anode, with oxygen, which serves as oxidant gas supplied to the cathode. In the fuel cell 61, the chemical reaction between hydrogen and oxygen produces water.

水素タンク62は、燃料電池61に供給するための水素を貯留する。水素供給路71は、燃料電池61のアノード極と水素タンク62とを接続する配管である。水素供給路71は、燃料電池61に水素を供給する。水素タンク62に貯留された水素は、水素供給路71を経由して燃料電池61のアノード極に供給される。したがって、水素供給路71には、燃料電池61に供給される水素が流れる。水素供給路71には、開閉弁71a及び圧力調整弁71bが設けられている。開閉弁71aは、水素供給路71を開閉させる。圧力調整弁71bは、燃料電池61に供給される水素の圧力を調整する。 The hydrogen tank 62 stores hydrogen to be supplied to the fuel cell 61. The hydrogen supply path 71 is a pipe connecting the anode of the fuel cell 61 to the hydrogen tank 62. The hydrogen supply path 71 supplies hydrogen to the fuel cell 61. The hydrogen stored in the hydrogen tank 62 is supplied to the anode of the fuel cell 61 via the hydrogen supply path 71. Therefore, hydrogen to be supplied to the fuel cell 61 flows through the hydrogen supply path 71. The hydrogen supply path 71 is provided with an on-off valve 71a and a pressure adjustment valve 71b. The on-off valve 71a opens and closes the hydrogen supply path 71. The pressure adjustment valve 71b adjusts the pressure of the hydrogen supplied to the fuel cell 61.

エアコンプレッサ63は、大気中の空気を燃料電池61に供給する。空気供給路73は、エアコンプレッサ63と燃料電池61のカソード極とを接続する配管である。空気供給路73は、燃料電池61に酸素を供給する。大気中の酸素を含む空気は、エアコンプレッサ63によって、空気供給路73を経由して燃料電池61のカソード極に供給される。 The air compressor 63 supplies atmospheric air to the fuel cell 61. The air supply path 73 is a pipe connecting the air compressor 63 to the cathode of the fuel cell 61. The air supply path 73 supplies oxygen to the fuel cell 61. Air containing oxygen from the atmosphere is supplied by the air compressor 63 to the cathode of the fuel cell 61 via the air supply path 73.

水素循環路72は、水素供給路71と燃料電池61とを接続する。水素循環路72は、配管である。水素循環路72の第1端721は、燃料電池61のアノード極に接続されている。水素循環路72の第2端722は、水素供給路71に接続されている。水素循環路72は、燃料電池61から排出された水素を水素供給路71に戻すために設けられている。 The hydrogen circulation path 72 connects the hydrogen supply path 71 and the fuel cell 61. The hydrogen circulation path 72 is a pipe. A first end 721 of the hydrogen circulation path 72 is connected to the anode of the fuel cell 61. A second end 722 of the hydrogen circulation path 72 is connected to the hydrogen supply path 71. The hydrogen circulation path 72 is provided to return hydrogen discharged from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71.

水素循環路72には、第1の気液分離器64と、ルーツポンプ10と、切替弁52と、逆止弁55とが設けられている。ルーツポンプ10のポンプ部38は、水素循環路72上において、燃料電池61のアノード極から排出された水素を吸入して吐出する。ルーツポンプ10のポンプ部38は、水素循環路72を流れる水素を水素供給路71に送る。したがって、ルーツポンプ10は、水素循環路72で水素を流すために水素循環路72に設けられている。水素循環路72において、ルーツポンプ10によって水素が流れる方向を、水素の流れ方向Jとする。 The hydrogen circulation path 72 is provided with a first gas-liquid separator 64, a Roots pump 10, a switching valve 52, and a check valve 55. The pump unit 38 of the Roots pump 10 draws in and discharges hydrogen discharged from the anode of the fuel cell 61 on the hydrogen circulation path 72. The pump unit 38 of the Roots pump 10 sends hydrogen flowing through the hydrogen circulation path 72 to the hydrogen supply path 71. Therefore, the Roots pump 10 is provided on the hydrogen circulation path 72 to cause hydrogen to flow through the hydrogen circulation path 72. The direction in which hydrogen flows through the hydrogen circulation path 72 due to the Roots pump 10 is referred to as the hydrogen flow direction J.

水素循環路72は、第1流路72aと、第2流路72bと、第3流路72cと、第4流路72dと、を有する。第1流路72aは、燃料電池61のアノード極と第1の気液分離器64とを接続する。第1流路72aの一端としての第1端721は、燃料電池61のアノード極に接続されるとともに、第1流路72aの他端は第1の気液分離器64に接続されている。したがって、流れ方向Jにおいて、第1の気液分離器64は、燃料電池61の下流に設けられている。また、第1の気液分離器64は、水素循環路72に設けられている。 The hydrogen circulation path 72 has a first flow path 72a, a second flow path 72b, a third flow path 72c, and a fourth flow path 72d. The first flow path 72a connects the anode of the fuel cell 61 and the first gas-liquid separator 64. A first end 721 of the first flow path 72a is connected to the anode of the fuel cell 61, and the other end of the first flow path 72a is connected to the first gas-liquid separator 64. Therefore, in the flow direction J, the first gas-liquid separator 64 is located downstream of the fuel cell 61. The first gas-liquid separator 64 is also located in the hydrogen circulation path 72.

第1の気液分離器64には、第1流路72aを経由して、燃料電池61のアノード極から排出された水素が流入する。第1の気液分離器64は、水素に含まれる水分である生成水を水素から分離する。したがって、第1の気液分離器64は、燃料電池61から排出された水素と水分とを分離させる。第1の気液分離器64による気液分離の方式は、分離筒に対する水素の衝突による分離方式でもよいし、遠心筒の周囲に水素を周回させる遠心分離方式でもよい。要は、水素から水分を分離できれば、第1の気液分離器64による気液分離の方式は任意である。 Hydrogen discharged from the anode of the fuel cell 61 flows into the first gas-liquid separator 64 via the first flow path 72a. The first gas-liquid separator 64 separates the produced water, which is the moisture contained in the hydrogen, from the hydrogen. Therefore, the first gas-liquid separator 64 separates the hydrogen and moisture discharged from the fuel cell 61. The gas-liquid separation method used by the first gas-liquid separator 64 may be a separation method in which hydrogen collides against a separation cylinder, or a centrifugal separation method in which hydrogen circulates around a centrifugal cylinder. In short, the gas-liquid separation method used by the first gas-liquid separator 64 is arbitrary as long as it can separate moisture from hydrogen.

第2流路72bは、第1の気液分離器64とルーツポンプ10とを接続する。第2流路72bの一端は第1の気液分離器64に接続されるとともに、第2流路72bの他端は、ルーツポンプ10の吸入口43に接続されている。このため、第2流路72bは、ルーツポンプ10の吸入側となる第2の気液分離器39に接続されている。第2の気液分離器39の気液分離室41には、第2流路72b及び吸入口43を経由して、第1の気液分離器64で水分の分離された水素が流入する。したがって、第2の気液分離器39は、水素循環路72におけるルーツポンプ10の吸入側に設けられている。そして、上記したように、吸入口43から気液分離室41に流入した水素に含まれる水分は、分離筒42に対する水素の衝突により、水素から分離される。 The second flow path 72b connects the first gas-liquid separator 64 and the Roots pump 10. One end of the second flow path 72b is connected to the first gas-liquid separator 64, and the other end is connected to the suction port 43 of the Roots pump 10. Therefore, the second flow path 72b is connected to the second gas-liquid separator 39, which is on the suction side of the Roots pump 10. Hydrogen, from which moisture has been separated in the first gas-liquid separator 64, flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 via the second flow path 72b and the suction port 43. Therefore, the second gas-liquid separator 39 is located on the suction side of the Roots pump 10 in the hydrogen circulation path 72. As described above, moisture contained in hydrogen that flows from the suction port 43 into the gas-liquid separation chamber 41 is separated from the hydrogen by collision of the hydrogen with the separation tube 42.

第3流路72cは、ルーツポンプ10と切替弁52とを接続する。第3流路72cの一端は、ルーツポンプ10の吐出孔46に接続されるとともに、第3流路72cの他端は、切替弁52に接続されている。したがって、第3流路72cは、ポンプ部38の吐出孔46と切替弁52とに接続されている。よって、ルーツポンプ10は、第1の気液分離器64から排出された水素を第2流路72b及び吸入口43を経由して吸入するとともに、第3流路72cを経由して水素供給路71に向けて水素を吐出する。 The third flow path 72c connects the Roots pump 10 and the switching valve 52. One end of the third flow path 72c is connected to the discharge hole 46 of the Roots pump 10, and the other end of the third flow path 72c is connected to the switching valve 52. Therefore, the third flow path 72c is connected to the discharge hole 46 of the pump section 38 and the switching valve 52. As a result, the Roots pump 10 draws in hydrogen discharged from the first gas-liquid separator 64 via the second flow path 72b and the inlet 43, and discharges the hydrogen toward the hydrogen supply path 71 via the third flow path 72c.

水素循環路72において、第2流路72bは、流れ方向Jにおける第3流路72cよりも上流である。このため、第2流路72bに接続された第2の気液分離器39は、水素循環路72において、第3流路72cに接続されたポンプ部38よりも上流に設けられている。 In the hydrogen circulation path 72, the second flow path 72b is upstream of the third flow path 72c in the flow direction J. Therefore, the second gas-liquid separator 39 connected to the second flow path 72b is located upstream of the pump unit 38 connected to the third flow path 72c in the hydrogen circulation path 72.

切替弁52は、三方弁である。切替弁52は、第1ポート52aと、第2ポート52bと、第3ポート52cと、を有する。第1ポート52aには、第3流路72cの他端が接続されている。第2ポート52bには、第4流路72dが接続されている。したがって、第4流路72dは、切替弁52と水素供給路71とを接続する。詳細には、第4流路72dの一端は、切替弁52の第2ポート52bに接続されるとともに、第4流路72dの他端は水素供給路71に接続されている。第4流路72dと水素供給路71とは合流箇所Hによって接続されている。したがって、切替弁52は、流れ方向Jにおけるルーツポンプ10より下流、かつ水素供給路71と水素循環路72との合流箇所Hより上流に設けられている。切替弁52の第3ポート52cには、分岐路53が接続されている。分岐路53は、後述する。 The switching valve 52 is a three-way valve. It has a first port 52a, a second port 52b, and a third port 52c. The other end of the third flow path 72c is connected to the first port 52a. The fourth flow path 72d is connected to the second port 52b. Therefore, the fourth flow path 72d connects the switching valve 52 to the hydrogen supply path 71. Specifically, one end of the fourth flow path 72d is connected to the second port 52b of the switching valve 52, and the other end of the fourth flow path 72d is connected to the hydrogen supply path 71. The fourth flow path 72d and the hydrogen supply path 71 are connected at a confluence point H. Therefore, the switching valve 52 is located downstream of the Roots pump 10 in the flow direction J and upstream of the confluence point H between the hydrogen supply path 71 and the hydrogen circulation path 72. A branch path 53 is connected to the third port 52c of the switching valve 52. The branch path 53 will be described later.

切替弁52は、第1ポート52aを第2ポート52bに連通させる第1位置P1と、第1ポート52aを第3ポート52cに連通させる第2位置P2とに切り替え可能である。切替弁52が第1位置P1に切り替えられると、第1ポート52aから切替弁52に流入した水素は、第2ポート52bを経由して第4流路72dに流れる。切替弁52が第2位置P2に切り替えられると、第1ポート52aから切替弁52に流入した水素は、第3ポート52cを経由して分岐路53に流れる。第1位置P1又は第2位置P2の切替弁52の切り替えは、制御部54によって行われる。したがって、切替弁52は、制御部54によって制御されている。 The switching valve 52 can be switched between a first position P1, which connects the first port 52a to the second port 52b, and a second position P2, which connects the first port 52a to the third port 52c. When the switching valve 52 is switched to the first position P1, hydrogen flowing into the switching valve 52 from the first port 52a flows to the fourth flow path 72d via the second port 52b. When the switching valve 52 is switched to the second position P2, hydrogen flowing into the switching valve 52 from the first port 52a flows to the branch path 53 via the third port 52c. The switching of the switching valve 52 between the first position P1 and the second position P2 is performed by the control unit 54. Therefore, the switching valve 52 is controlled by the control unit 54.

燃料電池61の発電時、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻す場合、制御部54は、切替弁52を第1位置P1に切り替える。燃料電池61の発電停止時、つまり、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻さない場合、ルーツポンプ10によって、水素を分岐路53に流すため、制御部54は、切替弁52を第2位置P2に切り替える。したがって、切替弁52は、切替弁52に流入した水素を水素供給路71に流す第1位置P1と、切替弁52に流入した水素を分岐路53に流す第2位置P2とに、制御部54によって切り替え可能である。言い換えると、制御部54は、切替弁52に流入した水素を水素供給路71に戻す第1位置P1と、切替弁52に流入した水素を分岐路53に流す第2位置P2とに、切替弁52を切り替える。 When the fuel cell 61 is generating electricity and hydrogen is to be returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply channel 71, the control unit 54 switches the switching valve 52 to the first position P1. When the fuel cell 61 is not generating electricity, that is, when hydrogen is not to be returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply channel 71, the control unit 54 switches the switching valve 52 to the second position P2 so that the Roots pump 10 flows hydrogen into the branch channel 53. Therefore, the switching valve 52 can be switched by the control unit 54 between the first position P1, which allows hydrogen that has flowed into the switching valve 52 to flow into the hydrogen supply channel 71, and the second position P2, which allows hydrogen that has flowed into the switching valve 52 to flow into the branch channel 53. In other words, the control unit 54 switches the switching valve 52 between the first position P1, which returns hydrogen that has flowed into the switching valve 52 to the hydrogen supply channel 71, and the second position P2, which allows hydrogen that has flowed into the switching valve 52 to flow into the branch channel 53.

分岐路53は、切替弁52と第2流路72bとを接続する配管である。分岐路53の第1端53aは、切替弁52の第3ポート52cに接続されるとともに、分岐路53の第2端53bは、第2流路72bに接続されている。分岐路53は、第2端53bから第1端53aに向かうに従い第2流路72bから分岐している。分岐路53において、第2端53bを含む端部は、第2流路72bから分岐する第1分岐部531である。第1分岐部531は、水素循環路72における第2流路72bに接続されている。 The branch path 53 is a pipe connecting the switching valve 52 and the second flow path 72b. The first end 53a of the branch path 53 is connected to the third port 52c of the switching valve 52, and the second end 53b of the branch path 53 is connected to the second flow path 72b. The branch path 53 branches off from the second flow path 72b as it moves from the second end 53b to the first end 53a. The end of the branch path 53 that includes the second end 53b is a first branch portion 531 that branches off from the second flow path 72b. The first branch portion 531 is connected to the second flow path 72b in the hydrogen circulation path 72.

分岐路53は、第1端53aから第2端53bに向かうに従い切替弁52から分岐している。分岐路53において、第1端53aを含む端部は、切替弁52を介して水素循環路72から分岐する第2分岐部532である。したがって、第2分岐部532は、切替弁52を介して水素循環路72に接続されている。第2分岐部532は、第1分岐部531からルーツポンプ10を跨いで水素循環路72に接続されている。 The branch path 53 branches off from the switching valve 52 as it moves from the first end 53a to the second end 53b. The end of the branch path 53, including the first end 53a, is the second branch portion 532, which branches off from the hydrogen circulation path 72 via the switching valve 52. Therefore, the second branch portion 532 is connected to the hydrogen circulation path 72 via the switching valve 52. The second branch portion 532 is connected to the hydrogen circulation path 72 from the first branch portion 531, spanning the Roots pump 10.

詳細に説明すると、第1分岐部531を含む第2端53bは、水素循環路72の第2流路72bにおいて、流れ方向Jにおけるルーツポンプ10より上流、かつ逆止弁55より下流に接続されている。したがって、第1分岐部531は、ルーツポンプ10と逆止弁55との間から分岐するように水素循環路72に接続されている。分岐路53には、第2位置P2にある切替弁52を経由して水素が流れる。分岐路53を流れる水素は、水素循環路72の流れ方向Jにおけるルーツポンプ10の上流に戻される。 More specifically, the second end 53b, including the first branch portion 531, is connected to the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72, upstream of the Roots pump 10 and downstream of the check valve 55 in the flow direction J. Therefore, the first branch portion 531 is connected to the hydrogen circulation path 72 so as to branch off between the Roots pump 10 and the check valve 55. Hydrogen flows into the branch path 53 via the switching valve 52, which is in the second position P2. The hydrogen flowing through the branch path 53 is returned to the hydrogen circulation path 72 upstream of the Roots pump 10 in the flow direction J.

切替弁52が第2位置P2にあるとき、水素循環システム51には、切替弁52と分岐路53とを含む閉ループQが形成される。閉ループQは、水素循環路72における第1分岐部531から切替弁52までの部分と、その部分に設けられたルーツポンプ10と、切替弁52と、分岐路53における第2分岐部532から第1分岐部531までの部分と、から形成されている。したがって、閉ループQが形成されると、ルーツポンプ10から吐出された水素は、水素循環路72の第3流路72cから切替弁52に流入した後、第2分岐部532から分岐路53に流入する。分岐路53に流入した水素は、第1分岐部531から水素循環路72の第2流路72bに流入した後、ルーツポンプ10に流入する。よって、第2分岐部532には、水素の流れを閉ループQに切り替える切替弁52が設けられている。 When the selector valve 52 is in the second position P2, a closed loop Q including the selector valve 52 and the branch path 53 is formed in the hydrogen circulation system 51. The closed loop Q is formed by the section of the hydrogen circulation path 72 from the first branch 531 to the selector valve 52, the Roots pump 10 provided in that section, the selector valve 52, and the section of the branch path 53 from the second branch 532 to the first branch 531. Therefore, when the closed loop Q is formed, hydrogen discharged from the Roots pump 10 flows into the selector valve 52 from the third flow path 72c of the hydrogen circulation path 72 and then flows into the branch path 53 from the second branch 532. The hydrogen that flows into the branch path 53 flows into the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72 from the first branch 531 and then into the Roots pump 10. Therefore, the second branch 532 is provided with a selector valve 52 that switches the flow of hydrogen to the closed loop Q.

閉ループQを形成する水素循環路72の一部分には、ルーツポンプ10が設けられている。ルーツポンプ10には、第2の気液分離器39が一体に設けられている。したがって、閉ループQには、水素と水分とを分離させる第2の気液分離器39が設けられている。 A Roots pump 10 is provided in a portion of the hydrogen circulation path 72 that forms the closed loop Q. A second gas-liquid separator 39 is integrally provided with the Roots pump 10. Therefore, the closed loop Q is provided with the second gas-liquid separator 39 that separates hydrogen and moisture.

燃料電池61から水素供給路71に水素を戻す場合、切替弁52が第1位置P1に切り替えられると、水素は、閉ループQに流れない。一方、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻さない場合、切替弁52が第2位置P2に切り替えられると、水素は、閉ループQを流れる。 When hydrogen is returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71, if the switching valve 52 is switched to the first position P1, hydrogen does not flow through the closed loop Q. On the other hand, when hydrogen is not returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71, if the switching valve 52 is switched to the second position P2, hydrogen flows through the closed loop Q.

逆止弁55は、水素循環路72の第2流路72bに設けられている。逆止弁55は、第2流路72bにおいて、流れ方向Jにおける燃料電池61及び第1の気液分離器64より下流、かつルーツポンプ10より上流に設けられている。さらに、逆止弁55は、分岐路53の第1分岐部531、つまり第2端53bより上流に設けられている。したがって、分岐路53は、水素循環路72での流れ方向Jにおけるルーツポンプ10より上流、かつ逆止弁55より下流と、切替弁52とを接続する。ルーツポンプ10が備える第2の気液分離器39は、水素循環路72において、流れ方向Jにおける逆止弁55より下流、かつ切替弁52より上流に設けられている。 The check valve 55 is provided in the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72. The check valve 55 is provided in the second flow path 72b downstream of the fuel cell 61 and first gas-liquid separator 64 in the flow direction J and upstream of the Roots pump 10. The check valve 55 is also provided upstream of the first branch portion 531 of the branch path 53, i.e., the second end 53b. Therefore, the branch path 53 connects the hydrogen circulation path 72 upstream of the Roots pump 10 in the flow direction J and downstream of the check valve 55 with the switching valve 52. The second gas-liquid separator 39 included in the Roots pump 10 is provided in the hydrogen circulation path 72 downstream of the check valve 55 in the flow direction J and upstream of the switching valve 52.

逆止弁55は、水素循環路72での流れ方向Jへの水素の流れを可能にする一方で、水素循環路72での流れ方向Jと逆方向への水素の流れを阻止する。したがって、逆止弁55は、ルーツポンプ10と第1の気液分離器64との間に設けられているとともに、水素循環路72での水素の流れる方向を規制する。 The check valve 55 allows hydrogen to flow in flow direction J through the hydrogen circulation path 72, while preventing hydrogen from flowing in the opposite direction to flow direction J through the hydrogen circulation path 72. Therefore, the check valve 55 is provided between the Roots pump 10 and the first gas-liquid separator 64, and regulates the direction of hydrogen flow through the hydrogen circulation path 72.

排水路65の第1端65aは、ルーツポンプ10の第2の気液分離器39に接続されている。具体的には、排水路65の第1端65aは、第2カバー部材40の底部に接続されている。排水路65の第2端65bは、第1の気液分離器64に接続されている。この場合、ルーツポンプ10の第2の気液分離器39は、第1の気液分離器64よりも上方に配置されているとともに、排水路65は、第2の気液分離器39から第1の気液分離器64に向けて鉛直又は下り傾斜して設けられている。 The first end 65a of the drainage channel 65 is connected to the second gas-liquid separator 39 of the Roots pump 10. Specifically, the first end 65a of the drainage channel 65 is connected to the bottom of the second cover member 40. The second end 65b of the drainage channel 65 is connected to the first gas-liquid separator 64. In this case, the second gas-liquid separator 39 of the Roots pump 10 is positioned higher than the first gas-liquid separator 64, and the drainage channel 65 is arranged vertically or at a downward angle from the second gas-liquid separator 39 to the first gas-liquid separator 64.

電磁弁66は、排水路65を開閉する開閉弁である。電磁弁66は、開位置と閉位置とを取る。電磁弁66の開位置では、気液分離室41に溜まった水分は、第2カバー部材40の底部から排水路65に排出される。排水路65に排出された水分は、第1の気液分離器64に排出される。電磁弁66の閉位置では、気液分離室41から水分は排出されずに、気液分離室41に溜まる。 The solenoid valve 66 is an on-off valve that opens and closes the drainage channel 65. The solenoid valve 66 has an open position and a closed position. When the solenoid valve 66 is in the open position, moisture accumulated in the gas-liquid separation chamber 41 is drained from the bottom of the second cover member 40 into the drainage channel 65. The moisture discharged into the drainage channel 65 is then discharged into the first gas-liquid separator 64. When the solenoid valve 66 is in the closed position, moisture is not discharged from the gas-liquid separation chamber 41 and accumulates in the gas-liquid separation chamber 41.

制御部54は、燃料電池車を制御する車両ECUである。制御部54は、燃料電池システム60を制御するとともに、水素循環システム51を制御する。
制御部54は、プロセッサと記憶部とを有している。記憶部は、RAM(Random Access Memory)、及びROM(Read Only Memory)を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御部54は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御部54は、コンピュータプログラムに従って動作する1つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の1つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。
The control unit 54 is a vehicle ECU that controls the fuel cell vehicle, and controls the fuel cell system 60 and the hydrogen circulation system 51.
The control unit 54 has a processor and a memory unit. The memory unit includes a random access memory (RAM) and a read-only memory (ROM). The memory unit stores program code or instructions configured to cause the processor to execute processes. The memory unit, i.e., a computer-readable medium, includes any available medium accessible by a general-purpose or special-purpose computer. The control unit 54 may be configured with a hardware circuit such as an application-specific integrated circuit (ASIC) or a field-programmable gate array (FPGA). The control unit 54, which is a processing circuit, may include one or more processors operating according to a computer program, one or more hardware circuits such as an ASIC or FPGA, or a combination thereof.

制御部54は、水素循環システム51のルーツポンプ10、切替弁52及び電磁弁66を制御する。制御部54は、ルーツポンプ10、切替弁52及び電磁弁66と信号接続されている。制御部54は、ルーツポンプ10を駆動させる、又はルーツポンプ10の駆動を停止させる。制御部54は、切替弁52を第1位置P1又は第2位置P2に切り替える。制御部54は、電磁弁66を開閉させる。 The control unit 54 controls the Roots pump 10, the switching valve 52, and the solenoid valve 66 of the hydrogen circulation system 51. The control unit 54 is signal-connected to the Roots pump 10, the switching valve 52, and the solenoid valve 66. The control unit 54 drives the Roots pump 10 or stops the drive of the Roots pump 10. The control unit 54 switches the switching valve 52 to the first position P1 or the second position P2. The control unit 54 opens and closes the solenoid valve 66.

<燃料電池の発電時>
燃料電池61に発電させるため、燃料電池61に対し、水素供給路71を経由して水素タンク62から水素が供給される。燃料電池61の発電時は、燃料電池61から排出された水素を水素供給路71に戻す場合である。この場合、開閉弁71aは開かれるとともに、圧力調整弁71bによって水素の圧力が調整される。また、エアコンプレッサ63が駆動されて、燃料電池61に対し、空気供給路73を経由してエアコンプレッサ63から圧縮された空気が供給される。また、制御部54は、ルーツポンプ10を駆動させる。
<When fuel cell generates electricity>
To cause the fuel cell 61 to generate electricity, hydrogen is supplied to the fuel cell 61 from the hydrogen tank 62 via the hydrogen supply line 71. When the fuel cell 61 is generating electricity, hydrogen discharged from the fuel cell 61 is returned to the hydrogen supply line 71. In this case, the on-off valve 71a is opened and the pressure of the hydrogen is adjusted by the pressure adjustment valve 71b. In addition, the air compressor 63 is driven, and compressed air is supplied from the air compressor 63 to the fuel cell 61 via the air supply line 73. The control unit 54 also drives the Roots pump 10.

水素循環システム51では、制御部54は、切替弁52を第1位置P1に切り替えている。このとき、切替弁52と分岐路53とは連通しない。また、燃料電池61の発電時、制御部54は、電磁弁66を閉じている。燃料電池61では、燃料電池セルによって発電されるとともに、酸素と水素との反応により生成水が発生する。 In the hydrogen circulation system 51, the control unit 54 switches the switching valve 52 to the first position P1. At this time, the switching valve 52 is not in communication with the branch path 53. Furthermore, when the fuel cell 61 is generating power, the control unit 54 closes the solenoid valve 66. In the fuel cell 61, power is generated by the fuel cell, and water is produced by the reaction between oxygen and hydrogen.

図2の矢印に示すように、燃料電池61の発電時、ルーツポンプ10の駆動により、燃料電池61のアノード極から排出された水素は、第1流路72aを経由して第1の気液分離器64に流入する。また、燃料電池61で発生した生成水は、水素とともに燃料電池61から水素循環路72に排出される。第1の気液分離器64では、当該第1の気液分離器64に流入した水素から水分が分離される。 As shown by the arrows in Figure 2, when the fuel cell 61 is generating electricity, the Roots pump 10 is driven, causing hydrogen discharged from the anode of the fuel cell 61 to flow into the first gas-liquid separator 64 via the first flow path 72a. Furthermore, water generated in the fuel cell 61 is discharged from the fuel cell 61 along with the hydrogen into the hydrogen circulation path 72. In the first gas-liquid separator 64, water is separated from the hydrogen that has flowed into the first gas-liquid separator 64.

第1の気液分離器64によって水分の分離された水素は、第2流路72b、逆止弁55及び吸入口43を経由して第2の気液分離器39の気液分離室41に流入する。第2の気液分離器39の気液分離室41に流入した水素は、分離筒42に向けて噴射される。分離筒42に水素が衝突することにより、水素から水分の一部が分離される。 The hydrogen from which moisture has been separated by the first gas-liquid separator 64 flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 via the second flow path 72b, the check valve 55, and the intake port 43. The hydrogen that flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 is sprayed toward the separation tube 42. When the hydrogen collides with the separation tube 42, some of the moisture is separated from the hydrogen.

第2の気液分離器39によって水分の分離された水素は、吸入孔45を経由してポンプ部38のロータ室25に流入する。ロータ室25に流入した水素は、ロータ22の先端部によって閉じ込められる。閉じ込められた水素は、閉じ込められたまま、吐出孔46に向けて送られる。 The hydrogen from which water has been separated by the second gas-liquid separator 39 flows into the rotor chamber 25 of the pump section 38 via the intake port 45. The hydrogen that flows into the rotor chamber 25 is trapped by the tip of the rotor 22. The trapped hydrogen remains trapped and is sent toward the discharge port 46.

ポンプ部38に流入した水素には、水分が残留している場合がある。水素に残留した水分は、ロータ端面22cとロータハウジング14の内壁面14eとの間のクリアランスや、ロータ端面22cと第1カバー部材15の内壁面15aとの間のクリアランスに侵入することがある。 Hydrogen that flows into the pump section 38 may contain residual moisture. This residual moisture may penetrate into the clearance between the rotor end face 22c and the inner wall surface 14e of the rotor housing 14, or the clearance between the rotor end face 22c and the inner wall surface 15a of the first cover member 15.

閉じ込められた水素は、吐出孔46からロータ室25の外へ吐出される。これにより、ルーツポンプ10のポンプ部38は、水素を第3流路72cに吐出する。第3流路72cに吐出された水素は、第3流路72cを経由して切替弁52の第1ポート52aから切替弁52に流入する。切替弁52に流入した水素は、第1位置P1の切替弁52により、第2ポート52bを経由して第4流路72dに流入する。第1位置P1にある切替弁52により、水素は、分岐路53に流入しない。閉ループQに水素が流れることはなく、燃料電池61から排出された水素は、ルーツポンプ10の駆動によって水素供給路71に戻される。 The trapped hydrogen is discharged from the rotor chamber 25 through the discharge hole 46. This causes the pump section 38 of the Roots pump 10 to discharge hydrogen into the third flow path 72c. The hydrogen discharged into the third flow path 72c passes through the third flow path 72c and flows into the switching valve 52 from the first port 52a of the switching valve 52. The hydrogen that flows into the switching valve 52 flows into the fourth flow path 72d via the second port 52b with the switching valve 52 in the first position P1. With the switching valve 52 in the first position P1, hydrogen does not flow into the branch path 53. No hydrogen flows into the closed loop Q, and hydrogen discharged from the fuel cell 61 is returned to the hydrogen supply path 71 by the operation of the Roots pump 10.

切替弁52を経由して第4流路72dに流入した水素は、合流箇所Hから水素供給路71に流入する。水素供給路71に流入した水素は、水素供給路71を経由して燃料電池61のアノード極に供給される。これにより、ルーツポンプ10のポンプ部38は、水素循環路72を流れる水素を水素供給路71に送る。 Hydrogen that flows into the fourth flow path 72d via the switching valve 52 flows into the hydrogen supply path 71 at the junction H. The hydrogen that flows into the hydrogen supply path 71 is supplied to the anode of the fuel cell 61 via the hydrogen supply path 71. As a result, the pump unit 38 of the Roots pump 10 sends hydrogen flowing through the hydrogen circulation path 72 to the hydrogen supply path 71.

<乾燥モード>
燃料電池車がキーオフされると、開閉弁71aが閉じられて、燃料電池61に対する水素の供給が停止される。また、エアコンプレッサ63の駆動が停止されて、燃料電池61に対する圧縮された空気の供給が停止される。その結果、燃料電池61による発電が停止される。
<Drying mode>
When the fuel cell vehicle is turned off, the on-off valve 71a is closed, stopping the supply of hydrogen to the fuel cell 61. The air compressor 63 is also stopped, stopping the supply of compressed air to the fuel cell 61. As a result, power generation by the fuel cell 61 is stopped.

燃料電池車がキーオフされると、制御部54は、ポンプ部38を乾燥させる乾燥モードを実行する。乾燥モードが実行されると、制御部54は、切替弁52を第2位置P2に切り替える。すると、切替弁52を介して、水素循環路72の第3流路72cと分岐路53とが連通する。また、燃料電池61による発電が停止されても、制御部54は、電磁弁66を閉じている。また、ルーツポンプ10は、制御部54によって駆動される。 When the fuel cell vehicle is keyed off, the control unit 54 executes a drying mode to dry the pump unit 38. When the drying mode is executed, the control unit 54 switches the selector valve 52 to the second position P2. This connects the third flow path 72c of the hydrogen circulation path 72 to the branch path 53 via the selector valve 52. Even when power generation by the fuel cell 61 is stopped, the control unit 54 closes the solenoid valve 66. The Roots pump 10 is also driven by the control unit 54.

図4の矢印Yに示すように、乾燥モードの実行時、ルーツポンプ10の駆動により、水素循環路72に残留する水素は、吸入口43を経由して第2の気液分離器39の気液分離室41に流入する。第2の気液分離器39の気液分離室41に流入した水素は、分離筒42に向けて噴射される。分離筒42に水素が衝突することにより、水素から水分の一部が分離される。第2の気液分離器39を通過した後の水素は、第2の気液分離器39を通過する前と比べると、含まれる水分の量が減少する。乾燥モード時に、第2の気液分離器39を通過した後の水素を「乾燥ガス」と記載する。 As shown by arrow Y in Figure 4, when the dry mode is in operation, the Roots pump 10 drives hydrogen remaining in the hydrogen circulation path 72 to flow into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 via the intake port 43. The hydrogen that flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 is sprayed toward the separation tube 42. When the hydrogen collides with the separation tube 42, some of the moisture is separated from the hydrogen. The hydrogen that has passed through the second gas-liquid separator 39 contains a reduced amount of moisture compared to before passing through the second gas-liquid separator 39. During the dry mode, the hydrogen that has passed through the second gas-liquid separator 39 is referred to as "dry gas."

乾燥ガスは、吸入孔45を経由してポンプ部38のロータ室25に流入する。ロータ室25に流入した乾燥ガスは、ロータ22とロータ室25の内面との間のクリアランスに侵入する。そして、ロータ室25に流入した乾燥ガスは、吐出孔46からロータ室25の外へ吐出される。したがって、ルーツポンプ10のポンプ部38は、吸入した水素を乾燥ガスとして第3流路72cに吐出する。第3流路72cに吐出された乾燥ガスは、第3流路72cを経由して切替弁52の第1ポート52aから切替弁52に流入する。第2位置P2の切替弁52により、切替弁52に流入した乾燥ガスは、第3ポート52cを経由して分岐路53に流入する。つまり、第2位置P2にある切替弁52により、乾燥ガスは、第4流路72dに流入しない。このため、乾燥ガスは、水素供給路71に戻されない。 Dry gas flows into the rotor chamber 25 of the pump section 38 through the intake port 45. The dry gas that flows into the rotor chamber 25 penetrates the clearance between the rotor 22 and the inner surface of the rotor chamber 25. The dry gas that flows into the rotor chamber 25 is then discharged from the discharge port 46 to the outside of the rotor chamber 25. Therefore, the pump section 38 of the Roots pump 10 discharges the drawn hydrogen as dry gas into the third flow path 72c. The dry gas discharged into the third flow path 72c flows into the selector valve 52 from the first port 52a of the selector valve 52 via the third flow path 72c. With the selector valve 52 in its second position P2, the dry gas that flows into the selector valve 52 flows into the branch path 53 via the third port 52c. In other words, with the selector valve 52 in its second position P2, the dry gas does not flow into the fourth flow path 72d. Therefore, the dry gas is not returned to the hydrogen supply path 71.

分岐路53に流入した乾燥ガスは、分岐路53を経由することにより、水素循環路72におけるルーツポンプ10より上流、かつ逆止弁55より下流にて第2流路72bに戻される。このとき、逆止弁55により、乾燥ガスは、流れ方向Jと逆方向へ流れることが阻止される。つまり、水素循環路72の第2流路72bに戻された乾燥ガスが、第1の気液分離器64及び燃料電池61に逆流することが阻止される。 The dry gas that flows into the branch line 53 passes through the branch line 53 and is returned to the second flow path 72b upstream of the Roots pump 10 and downstream of the check valve 55 in the hydrogen circulation path 72. At this time, the check valve 55 prevents the dry gas from flowing in the direction opposite to the flow direction J. In other words, the dry gas returned to the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72 is prevented from flowing back into the first gas-liquid separator 64 and the fuel cell 61.

水素循環路72に戻された乾燥ガスは、ルーツポンプ10の第2の気液分離器39に再び流入する。そして、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、ルーツポンプ10の第2の気液分離器39及びポンプ部38と、切替弁52と、分岐路53とを上記順序で繰り返し流れる。つまり、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、閉ループQを流れる。このため、乾燥モードの実行時、水素は水素供給路71に戻されない。したがって、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻さない場合、ルーツポンプ10の駆動によって閉ループQに水素が流れる。 The dry gas returned to the hydrogen circulation path 72 flows again into the second gas-liquid separator 39 of the Roots pump 10. Then, when the drying mode is being executed, the dry gas repeatedly flows through the second gas-liquid separator 39 and pump section 38 of the Roots pump 10, the switching valve 52, and the branch path 53 in the above order. In other words, when the drying mode is being executed, the dry gas flows through the closed loop Q. Therefore, when the drying mode is being executed, hydrogen is not returned to the hydrogen supply path 71. Therefore, when hydrogen is not returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71, hydrogen flows through the closed loop Q when the Roots pump 10 is driven.

第2の気液分離器39を乾燥ガスが通過する度、水素から水分が除去されるため、第2の気液分離器39のポンプ部38は、乾燥ガスにより乾燥される。乾燥モードの実行時に、ルーツポンプ10と、切替弁52と、分岐路53とに乾燥ガスを流す所定の時間を「乾燥時間」とする。乾燥時間は、ルーツポンプ10の駆動によって閉ループQに乾燥ガスが流れている時間である。 Every time dry gas passes through the second gas-liquid separator 39, moisture is removed from the hydrogen, and the pump section 38 of the second gas-liquid separator 39 is dried by the dry gas. When the drying mode is executed, the predetermined time during which dry gas flows through the Roots pump 10, the switching valve 52, and the branch line 53 is defined as the "drying time." The drying time is the time during which dry gas flows through the closed loop Q due to the operation of the Roots pump 10.

また、乾燥時間は、ポンプ部38から水分を除去して、ポンプ部38を乾燥するために必要とされる時間である。乾燥時間は、ルーツポンプ10の回転軸16における単位時間当たりの回転数や、ロータ室25の容積、ロータ22の大きさ等に応じて決まる。例えば、回転軸16における単位時間当たりの回転数が少ないほど、乾燥時間は長くなる。また、ロータ室25の容積や、ロータ22が大きいほど、乾燥時間は長くなる。したがって、ロータ室25の容積と、ロータ22の大きさと、回転軸16の回転数を予め決定しておくことで、乾燥時間が設定される。制御部54は、乾燥モードの実行の開始時点に、切替弁52を第1位置P1から第2位置P2に切り替えるとともに、乾燥モードの実行の開始時点からの経過時間を計測する。制御部54は、計測した経過時間が、所定の時間である乾燥時間に到達すると、切替弁52を第1位置P1に戻すとともに、ルーツポンプ10の駆動を停止する。つまり、制御部54は、乾燥モードの実行を終了する。したがって、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻さない場合、制御部54は、所定の時間である乾燥時間だけルーツポンプ10の駆動によって閉ループQに水素が流れるように切替弁52を制御するとともに、乾燥時間経過後に、ルーツポンプ10を停止する。 The drying time is the time required to remove moisture from the pump section 38 and dry it. The drying time is determined by the rotation speed per unit time of the rotating shaft 16 of the Roots pump 10, the volume of the rotor chamber 25, the size of the rotor 22, and other factors. For example, the lower the rotation speed per unit time of the rotating shaft 16, the longer the drying time. Furthermore, the larger the volume of the rotor chamber 25 and the rotor 22, the longer the drying time. Therefore, the drying time is set by predetermining the volume of the rotor chamber 25, the size of the rotor 22, and the rotation speed of the rotating shaft 16. At the start of the drying mode, the control unit 54 switches the selector valve 52 from the first position P1 to the second position P2 and measures the elapsed time from the start of the drying mode. When the measured elapsed time reaches the predetermined drying time, the control unit 54 returns the selector valve 52 to the first position P1 and stops the operation of the Roots pump 10. In other words, the control unit 54 terminates the drying mode. Therefore, if hydrogen is not returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71, the control unit 54 controls the switching valve 52 to operate the Roots pump 10 to allow hydrogen to flow through the closed loop Q for a predetermined drying time, and stops the Roots pump 10 after the drying time has elapsed.

制御部54は、乾燥モードの実行時、所定間隔おきに又は任意に電磁弁66を開かせる。
[第1の実施形態の作用]
乾燥モードの実行時、ルーツポンプ10の第2の気液分離器39によって乾燥ガスが生成される。乾燥ガスは、ポンプ部38に流入する。また、ポンプ部38から吐出された乾燥ガスは、切替弁52によって分岐路53を流れるとともに、分岐路53から水素循環路72に戻される。このとき、逆止弁55は、水素循環路72に戻された乾燥ガスが燃料電池61及び第1の気液分離器64に向けて逆流することを阻止する。これにより、閉ループQに乾燥ガスが流れる。そして、乾燥ガスが、閉ループQを所定の時間、繰り返し流れる。これにより、ポンプ部38では、ロータ22とロータ室25との間のクリアランスに乾燥ガスが侵入することにより、クリアランスに侵入した水分が除去されるとともに、ロータ室25内が乾燥される。
When the drying mode is executed, the control unit 54 opens the solenoid valve 66 at predetermined intervals or arbitrarily.
[Operation of the First Embodiment]
When the drying mode is executed, dry gas is generated by the second gas-liquid separator 39 of the Roots pump 10. The dry gas flows into the pump unit 38. The dry gas discharged from the pump unit 38 flows through the branch path 53 by the switching valve 52 and is returned from the branch path 53 to the hydrogen circulation path 72. At this time, the check valve 55 prevents the dry gas returned to the hydrogen circulation path 72 from flowing back toward the fuel cell 61 and the first gas-liquid separator 64. This causes the dry gas to flow through the closed loop Q. The dry gas then flows through the closed loop Q repeatedly for a predetermined time. As a result, in the pump unit 38, the dry gas enters the clearance between the rotor 22 and the rotor chamber 25, thereby removing moisture that has entered the clearance and drying the rotor chamber 25.

したがって、その後、燃料電池車が低温下に長時間停車される等、低温下で燃料電池システム60の停止状態が長時間継続した場合であっても、ロータ端面22cとロータ室端面26との間で水分が凍結することを抑制できる。 Therefore, even if the fuel cell system 60 remains stopped for an extended period of time in low temperatures, such as when the fuel cell vehicle is subsequently parked in low temperatures, it is possible to prevent water from freezing between the rotor end surface 22c and the rotor chamber end surface 26.

[第1の実施形態の効果]
上記第1の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1-1)乾燥モードの実行時、第2の気液分離器39により、水素から水分を分離した乾燥ガスを生成できるとともに、その乾燥ガスを、切替弁52及び分岐路53によって水素循環路72の第2流路72bに戻すことができる。そして、切替弁52が第2位置P2にある間、乾燥ガスを閉ループQに流すことができる。その結果、乾燥ガスにより、ルーツポンプ10のポンプ部38を乾燥できる。例えば、ルーツポンプ10から吐出された水素を、水素循環路72から水素供給路71及び燃料電池61にまで戻した後、再びポンプ部38に流して、ポンプ部38を乾燥させる場合と比べると、水素循環システム51を小規模化できる。
[Effects of the First Embodiment]
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1-1) When the drying mode is executed, the second gas-liquid separator 39 separates water from hydrogen to generate dry gas, and the dry gas is returned to the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72 via the switching valve 52 and the branch path 53. Then, while the switching valve 52 is in the second position P2, the dry gas can flow through the closed loop Q. As a result, the pump section 38 of the Roots pump 10 can be dried by the dry gas. For example, the hydrogen circulation system 51 can be made smaller in size than when hydrogen discharged from the Roots pump 10 is returned from the hydrogen circulation path 72 to the hydrogen supply path 71 and the fuel cell 61, and then returned to the pump section 38 to dry the pump section 38.

その結果として、乾燥モードの実行後、燃料電池車が低温下に長時間停車される等、低温下で燃料電池システム60の停止状態が長時間継続した場合であっても、ロータ端面22cとロータ室端面26との間で水分が凍結することを抑制できる。その結果、低温下での燃料電池システム60の再起動時に、凍結によってロータ22がロックして燃料電池システム60が起動できなくなることを抑制できる。さらに、ロータ端面22cとロータ室端面26との間で水分が凍結することを抑制するために、ロータ端面22cとロータ室端面26との間のクリアランスを広げる必要がないため、ルーツポンプ10のポンプ性能の低下もない。結果として、ルーツポンプ10によって水素供給路71に戻される水素の量も減らないため、燃料電池61の発電効率の低下を抑制できる。 As a result, even if the fuel cell system 60 remains stopped for an extended period of time at low temperatures, such as when the fuel cell vehicle is parked in low temperatures for an extended period of time after the dry mode is executed, freezing of moisture between the rotor end face 22c and the rotor chamber end face 26 can be suppressed. As a result, when restarting the fuel cell system 60 at low temperatures, the rotor 22 can be prevented from locking due to freezing, preventing the fuel cell system 60 from starting. Furthermore, since there is no need to increase the clearance between the rotor end face 22c and the rotor chamber end face 26 to suppress freezing of moisture between the rotor end face 22c and the rotor chamber end face 26, there is no degradation in the pumping performance of the Roots pump 10. As a result, the amount of hydrogen returned to the hydrogen supply path 71 by the Roots pump 10 is not reduced, thereby suppressing a decline in the power generation efficiency of the fuel cell 61.

さらに、ポンプ部38を乾燥させるために要する時間も短縮できる。さらには、燃料電池61を発電させたとき、ポンプ部38に残留する水分が、水素循環路72から水素供給路71を経由して燃料電池61に戻されることを抑制できるため、水分によって燃料電池61の発電効率が低下することを抑制できる。 Furthermore, the time required to dry the pump unit 38 can be shortened. Furthermore, when the fuel cell 61 is generating electricity, moisture remaining in the pump unit 38 can be prevented from being returned to the fuel cell 61 from the hydrogen circulation path 72 via the hydrogen supply path 71, thereby preventing moisture from reducing the power generation efficiency of the fuel cell 61.

(1-2)水素循環システム51は、逆止弁55を有する。切替弁52及び分岐路53を経由して乾燥ガスが水素循環路72に戻されたとき、逆止弁55は、水素循環路72に戻された水素の逆流を阻止できる。このため、逆止弁55によって閉ループQを維持できるとともに、燃料電池61のアノード極や、第1の気液分離器64に水素が侵入することを抑制できる。 (1-2) The hydrogen circulation system 51 has a check valve 55. When the dry gas is returned to the hydrogen circulation path 72 via the switching valve 52 and the branch path 53, the check valve 55 prevents the hydrogen returned to the hydrogen circulation path 72 from flowing back. Therefore, the check valve 55 can maintain the closed loop Q and prevent hydrogen from entering the anode of the fuel cell 61 or the first gas-liquid separator 64.

(1-3)乾燥モードの実行時、制御部54による切替弁52及びルーツポンプ10の制御により、乾燥ガスを、閉ループQに所定の乾燥時間だけ流すことができる。このため、制御部54による切替弁52及びルーツポンプ10の制御により、ポンプ部38を好適に乾燥できるとともに、無駄な電力消費を抑制できる。 (1-3) When the drying mode is executed, the control unit 54 controls the switching valve 52 and the Roots pump 10 to allow the drying gas to flow through the closed loop Q for a predetermined drying time. Therefore, the control unit 54 controls the switching valve 52 and the Roots pump 10 to optimally dry the pump unit 38 and reduce unnecessary power consumption.

(1-4)燃料電池61の発電時、制御部54によって切替弁52を第1位置P1に制御することにより、水素を水素供給路71に戻すことができる。このため、燃料電池61の発電時には、閉ループQに水素が流れないようにできる。よって、燃料電池61の発電時、水素供給路71に戻す水素の量が減ることを抑制できるため、燃料電池61の発電効率の低下を抑制できる。 (1-4) When the fuel cell 61 is generating electricity, the control unit 54 controls the switching valve 52 to the first position P1, thereby returning hydrogen to the hydrogen supply path 71. This prevents hydrogen from flowing through the closed loop Q when the fuel cell 61 is generating electricity. This prevents a decrease in the amount of hydrogen returned to the hydrogen supply path 71 when the fuel cell 61 is generating electricity, thereby preventing a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell 61.

(1-5)乾燥モードの実行時、制御部54によって切替弁52を第2位置P2に制御することにより、閉ループQに水素を流すことができる。このため、ルーツポンプ10の駆動によって流れる水素の全てを閉ループQに流すことができる。よって、乾燥ガスにより、ルーツポンプ10のポンプ部38を効率良く乾燥できる。 (1-5) When the drying mode is executed, the control unit 54 controls the switching valve 52 to the second position P2, allowing hydrogen to flow through the closed loop Q. As a result, all of the hydrogen flowing due to the operation of the Roots pump 10 can flow through the closed loop Q. As a result, the pump section 38 of the Roots pump 10 can be efficiently dried using dry gas.

(1-6)第2の気液分離器39は、ルーツポンプ10と一体に設けられている。例えば、第2の気液分離器39をルーツポンプ10とは別体として設ける場合と比べて、水素循環システム51を小規模化しやすい。 (1-6) The second gas-liquid separator 39 is provided integrally with the Roots pump 10. For example, compared to when the second gas-liquid separator 39 is provided separately from the Roots pump 10, it is easier to reduce the size of the hydrogen circulation system 51.

(1-7)第2の気液分離器39には、排水路65が接続されるとともに、排水路65には電磁弁66が設けられている。乾燥モードの実行時、制御部54は、所定間隔おきに又は任意に電磁弁66を開かせる。このため、第2の気液分離器39で分離された水分を気液分離室41から排出できる。その結果、乾燥モードの実行時、気液分離室41に水分が溜まり続けることを抑制できる。 (1-7) A drainage channel 65 is connected to the second gas-liquid separator 39, and a solenoid valve 66 is provided in the drainage channel 65. When the drying mode is being executed, the control unit 54 opens the solenoid valve 66 at predetermined intervals or at any time. This allows the moisture separated by the second gas-liquid separator 39 to be discharged from the gas-liquid separation chamber 41. As a result, when the drying mode is being executed, it is possible to prevent moisture from continuing to accumulate in the gas-liquid separation chamber 41.

(1-8)水素循環路72での流れ方向Jにおいて、第2の気液分離器39は、ルーツポンプ10の吸入側、つまり、ポンプ部38より上流に位置する。このため、乾燥モードの実行時、ルーツポンプ10では、第2の気液分離器39によって水分の分離された水素が、ポンプ部38に流入する。よって、乾燥モードの実行時、ポンプ部38を効率良く乾燥できる。 (1-8) In the flow direction J of the hydrogen circulation path 72, the second gas-liquid separator 39 is located on the suction side of the Roots pump 10, i.e., upstream of the pump section 38. Therefore, when the drying mode is being executed, the hydrogen from which water has been separated by the second gas-liquid separator 39 flows into the pump section 38 of the Roots pump 10. Therefore, when the drying mode is being executed, the pump section 38 can be dried efficiently.

(第2の実施形態)
以下、水素循環システムを具体化した第2の実施形態を図5~図8にしたがって説明する。なお、第2の実施形態の説明では、第1の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the hydrogen circulation system will be described below with reference to Figures 5 to 8. In the description of the second embodiment, detailed descriptions of parts that are the same as those of the first embodiment will be omitted.

図5、図6及び図7に示すように、吸入孔14dは、ロータハウジング14の周壁14bに形成されている。吸入孔14dには、水素循環路72の第2流路72bが接続されている。吐出孔15cは、第1カバー部材15に形成されている。また、第2カバー部材40には、吐出口44が形成されている。吐出口44には、水素循環路72の第3流路72cが接続されている。第3流路72cは、ポンプ部38の吐出口44と切替弁52とに接続されている。水素循環路72において、第2流路72bは、流れ方向Jにおける第3流路72cよりも上流である。このため、第2流路72bに接続されたポンプ部38は、第3流路72cに接続された第2の気液分離器39よりも上流である。また、ルーツポンプ10が備える第2の気液分離器39は、水素循環路72において、流れ方向Jにおける逆止弁55より下流、かつ切替弁52より上流に設けられている。 As shown in Figures 5, 6, and 7, the intake hole 14d is formed in the peripheral wall 14b of the rotor housing 14. The second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72 is connected to the intake hole 14d. The discharge hole 15c is formed in the first cover member 15. The second cover member 40 has a discharge port 44. The third flow path 72c of the hydrogen circulation path 72 is connected to the discharge port 44 of the pump section 38 and the switching valve 52. In the hydrogen circulation path 72, the second flow path 72b is upstream of the third flow path 72c in the flow direction J. Therefore, the pump section 38 connected to the second flow path 72b is upstream of the second gas-liquid separator 39 connected to the third flow path 72c. The second gas-liquid separator 39 included in the Roots pump 10 is located in the hydrogen circulation path 72 downstream of the check valve 55 in the flow direction J and upstream of the switching valve 52.

<燃料電池の発電時>
燃料電池61による発電時、ルーツポンプ10の駆動により、燃料電池61のアノード極から排出された水素は、第1流路72a、第1の気液分離器64、第2流路72b、逆止弁55及び吸入孔14dを経由してポンプ部38のロータ室25に流入する。ポンプ部38のロータ室25に流入した水素は、吐出孔15cを経由して第2の気液分離器39の気液分離室41へ吐出される。第2の気液分離器39の気液分離室41へ流入した水素は、気液分離後、吐出口44を経由して第3流路72cに吐出される。その後、水素は、第1位置P1にある切替弁52の第1ポート52aから切替弁52に流入する。切替弁52に流入した水素は、第1位置P1の切替弁52により、第2ポート52bを経由して第4流路72dに流入する。第1位置P1にある切替弁52により、水素は、分岐路53に流入しない。したがって、閉ループQに水素が流れることはなく、切替弁52に流入した水素は、切替弁52の第2ポート52bを経由して、第4流路72d、合流箇所H及び水素供給路71を流れる。つまり、燃料電池61から排出された水素は、ルーツポンプ10の駆動によって水素供給路71に戻される。そして、水素は、燃料電池61のアノード極に供給される。
<When fuel cell generates electricity>
When the fuel cell 61 generates electricity, hydrogen discharged from the anode of the fuel cell 61 flows into the rotor chamber 25 of the pump unit 38 via the first flow path 72a, the first gas-liquid separator 64, the second flow path 72b, the check valve 55, and the suction port 14d. The hydrogen that flows into the rotor chamber 25 of the pump unit 38 is discharged into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 via the discharge port 15c. The hydrogen that flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 is separated into gas and liquid and then discharged into the third flow path 72c via the discharge port 44. The hydrogen then flows into the selector valve 52 from the first port 52a of the selector valve 52, which is in the first position P1. The hydrogen that flows into the selector valve 52 flows into the fourth flow path 72d via the second port 52b, due to the selector valve 52 being in the first position P1. With the switching valve 52 in the first position P1, hydrogen does not flow into the branch path 53. Therefore, hydrogen does not flow into the closed loop Q, and the hydrogen that flows into the switching valve 52 flows via the second port 52b of the switching valve 52, through the fourth flow path 72d, the junction H, and the hydrogen supply path 71. In other words, hydrogen discharged from the fuel cell 61 is returned to the hydrogen supply path 71 by the operation of the Roots pump 10. The hydrogen is then supplied to the anode of the fuel cell 61.

<乾燥モード>
図8の矢印Yに示すように、乾燥モードの実行時、ルーツポンプ10の駆動により、水素循環路72に残留する水素は、吸入孔14dを経由してポンプ部38のロータ室25に流入する。ロータ室25に流入した水素は、ロータ22とロータ室25の内面との間のクリアランスに侵入する。そして、ロータ室25に流入した水素は、吐出孔15cからロータ室25の外へ吐出される。ルーツポンプ10のポンプ部38は、流入した水素を第2の気液分離器39に吐出する。第2の気液分離器39に流入した水素は、分離筒42に向けて噴射される。分離筒42に水素が衝突することにより、水素から水分の一部が分離される。第2の気液分離器39を通過した後の水素は、第2の気液分離器39を通過する前と比べると、含まれる水分の量が減少する。第2の気液分離器39を通過した後の水素を「乾燥ガス」と記載する。
<Drying mode>
As shown by arrow Y in FIG. 8 , when the dry mode is executed, the Roots pump 10 is driven, causing hydrogen remaining in the hydrogen circulation path 72 to flow into the rotor chamber 25 of the pump section 38 via the suction port 14d. The hydrogen that flows into the rotor chamber 25 penetrates the clearance between the rotor 22 and the inner surface of the rotor chamber 25. The hydrogen that flows into the rotor chamber 25 is then discharged from the rotor chamber 25 through the discharge port 15c. The pump section 38 of the Roots pump 10 discharges the hydrogen that flows into the second gas-liquid separator 39. The hydrogen that flows into the second gas-liquid separator 39 is sprayed toward the separation tube 42. The hydrogen collides with the separation tube 42, separating some of the moisture from the hydrogen. The hydrogen that has passed through the second gas-liquid separator 39 contains less moisture than the hydrogen that did not pass through the second gas-liquid separator 39. The hydrogen that has passed through the second gas-liquid separator 39 is referred to as "dry gas."

乾燥ガスは、吐出口44を経由して乾燥ガスとして第3流路72cに吐出される。第3流路72cに流入した乾燥ガスは、第3流路72cを経由して切替弁52の第1ポート52aから切替弁52に流入する。第2位置P2の切替弁52により、切替弁52に流入した乾燥ガスは、第3ポート52cを経由して分岐路53に流入する。つまり、第2位置P2にある切替弁52により、乾燥ガスは、第4流路72dに流入しない。 The dry gas is discharged as dry gas into the third flow path 72c via the discharge port 44. The dry gas that flows into the third flow path 72c flows into the switching valve 52 from the first port 52a of the switching valve 52 via the third flow path 72c. With the switching valve 52 in the second position P2, the dry gas that flows into the switching valve 52 flows into the branch path 53 via the third port 52c. In other words, with the switching valve 52 in the second position P2, the dry gas does not flow into the fourth flow path 72d.

分岐路53に流入した乾燥ガスは、分岐路53を経由することにより、水素循環路72におけるルーツポンプ10より上流、かつ逆止弁55より下流にて第2流路72bに戻される。このとき、逆止弁55により、乾燥ガスは、流れ方向Jと逆方向へ流れることが阻止される。つまり、水素循環路72の第2流路72bに戻された乾燥ガスが、第1の気液分離器64及び燃料電池61に逆流することが阻止される。 The dry gas that flows into the branch line 53 passes through the branch line 53 and is returned to the second flow path 72b upstream of the Roots pump 10 and downstream of the check valve 55 in the hydrogen circulation path 72. At this time, the check valve 55 prevents the dry gas from flowing in the direction opposite to the flow direction J. In other words, the dry gas returned to the second flow path 72b of the hydrogen circulation path 72 is prevented from flowing back into the first gas-liquid separator 64 and the fuel cell 61.

水素循環路72に戻された乾燥ガスは、ルーツポンプ10のポンプ部38に再び流入する。ロータ室25に流入した乾燥ガスは、ロータ22とロータ室25の内面との間のクリアランスに侵入する。そして、ロータ室25に流入した乾燥ガスは、吐出孔15cからロータ室25の外へ吐出される。そして、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、ルーツポンプ10のポンプ部38及び第2の気液分離器39と、切替弁52と、分岐路53とを上記順序で繰り返し流れる。つまり、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、閉ループQを流れる。このため、乾燥モードの実行時、水素は水素供給路71に戻されない。したがって、燃料電池61から水素供給路71に水素を戻さない場合、ルーツポンプ10の駆動によって閉ループQに水素が流れる。 The dry gas returned to the hydrogen circulation path 72 flows back into the pump section 38 of the Roots pump 10. The dry gas that flows into the rotor chamber 25 penetrates the clearance between the rotor 22 and the inner surface of the rotor chamber 25. The dry gas that flows into the rotor chamber 25 is then discharged from the rotor chamber 25 through the discharge hole 15c. When the dry mode is being executed, the dry gas repeatedly flows through the pump section 38 of the Roots pump 10, the second gas-liquid separator 39, the switching valve 52, and the branch path 53 in the above order. In other words, when the dry mode is being executed, the dry gas flows through the closed loop Q. Therefore, when the dry mode is being executed, hydrogen is not returned to the hydrogen supply path 71. Therefore, when hydrogen is not returned from the fuel cell 61 to the hydrogen supply path 71, hydrogen flows through the closed loop Q when the Roots pump 10 is driven.

第2の気液分離器39を乾燥ガスが通過する度、水素から水分が除去されるとともに、第2の気液分離器39がより乾燥される。これにより、ポンプ部38では、ロータ22とロータ室25との間のクリアランスに乾燥ガスが侵入することにより、クリアランスの侵入した水分が除去されるとともに、ロータ室25内が乾燥される。 Each time the dry gas passes through the second gas-liquid separator 39, moisture is removed from the hydrogen and the second gas-liquid separator 39 becomes drier. As a result, in the pump section 38, the dry gas enters the clearance between the rotor 22 and the rotor chamber 25, removing moisture that has entered the clearance and drying the inside of the rotor chamber 25.

上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態に記載の(1-1)~(1-7)と同様の効果を得ることができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
According to the second embodiment, it is possible to obtain the same effects as those (1-1) to (1-7) described in the first embodiment.
This embodiment can be modified as follows: This embodiment and the following modifications can be combined and implemented within the scope of technical compatibility.

○第2の気液分離器39に排水路65は接続されていなくてもよい。この場合、電磁弁66も割愛される。この場合、第2の気液分離器39の気液分離室41に溜まった水分は、第2カバー部材40の底部から第2の気液分離器39の外へ直接排出される。 The drainage channel 65 does not have to be connected to the second gas-liquid separator 39. In this case, the solenoid valve 66 is also omitted. In this case, moisture that has accumulated in the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 is directly discharged from the bottom of the second cover member 40 to the outside of the second gas-liquid separator 39.

○第2の気液分離器39に接続された排水路65について、排水路65の第2端65bは、第1の気液分離器64ではなく、排水タンクに接続されていてもよい。そして、電磁弁66が開かれたとき、第2の気液分離器39の気液分離室41に溜まった水分を、排水路65を経由して排水タンクに排出してもよい。 - Regarding the drainage channel 65 connected to the second gas-liquid separator 39, the second end 65b of the drainage channel 65 may be connected to a drainage tank instead of the first gas-liquid separator 64. When the solenoid valve 66 is opened, moisture accumulated in the gas-liquid separation chamber 41 of the second gas-liquid separator 39 may be discharged to the drainage tank via the drainage channel 65.

○ルーツポンプ10は、第2の気液分離器39を一体に有していなくてもよい。この場合、第1の実施形態では、第2の気液分離器39は、第2流路72bにおいて、流れ方向Jにおける逆止弁55より下流、かつルーツポンプ10より上流に設けられる。第2の実施形態では、第2の気液分離器39は、第3流路72cにおいて、流れ方向Jにおけるルーツポンプ10より下流、かつ切替弁52より上流に設けられる。 The Roots pump 10 does not have to have the second gas-liquid separator 39 integrated into it. In this case, in the first embodiment, the second gas-liquid separator 39 is provided in the second flow path 72b downstream of the check valve 55 in the flow direction J and upstream of the Roots pump 10. In the second embodiment, the second gas-liquid separator 39 is provided in the third flow path 72c downstream of the Roots pump 10 in the flow direction J and upstream of the switching valve 52.

○燃料電池61の発電時であっても、制御部54は、一時的に、切替弁52を第2位置P2に切り替えて閉ループQに水素を流すようにしてもよいし、乾燥モードの実行時に、制御部54は、一時的に、切替弁52を第1位置P1に切り替えて閉ループQに水素を流さないようにしてもよい。 Even when the fuel cell 61 is generating electricity, the control unit 54 may temporarily switch the switching valve 52 to the second position P2 to allow hydrogen to flow through the closed loop Q, or when the drying mode is being executed, the control unit 54 may temporarily switch the switching valve 52 to the first position P1 to prevent hydrogen from flowing through the closed loop Q.

○図9に示すように、第2の気液分離器39は、分岐路53に設けられていてもよい。第2の気液分離器39は、実施形態のような形態に限らず、適宜変更してもよい。
乾燥モードの実行開始時、ルーツポンプ10の駆動により、水素循環路72に残留する水素は、ルーツポンプ10のポンプ部38から第3流路72cに吐出される。第3流路72cに排出された水素は、第3流路72cを経由して切替弁52の第1ポート52aから切替弁52に流入する。第2位置P2の切替弁52により、切替弁52に流入した水素は、第3ポート52cを経由して分岐路53に流入する。その後、水素は、分岐路53を流れて第2の気液分離器39に流入する。第2の気液分離器39により、水素から水分の一部が分離される。第2の気液分離器39を通過した後の水素は、乾燥ガスとして分岐路53を流れて水素循環路72に戻される。
9, the second gas-liquid separator 39 may be provided in the branch passage 53. The second gas-liquid separator 39 is not limited to the configuration described in the embodiment and may be modified as appropriate.
When the drying mode begins, the Roots pump 10 is driven, causing hydrogen remaining in the hydrogen circulation path 72 to be discharged from the pump section 38 of the Roots pump 10 to the third flow path 72c. The hydrogen discharged to the third flow path 72c passes through the third flow path 72c and flows into the switching valve 52 from the first port 52a of the switching valve 52. With the switching valve 52 in the second position P2, the hydrogen that has flowed into the switching valve 52 flows into the branch path 53 via the third port 52c. The hydrogen then flows through the branch path 53 and into the second gas-liquid separator 39. The second gas-liquid separator 39 separates some of the moisture from the hydrogen. After passing through the second gas-liquid separator 39, the hydrogen flows through the branch path 53 as dry gas and is returned to the hydrogen circulation path 72.

水素循環路72に戻された乾燥ガスは、ルーツポンプ10に再び流入する。そして、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、ルーツポンプ10のポンプ部38と、切替弁52と、分岐路53と、第2の気液分離器39と、を上記順序で繰り返し流れる。つまり、乾燥モードの実行時、乾燥ガスは、閉ループQを流れる。 The dry gas returned to the hydrogen circulation path 72 flows back into the Roots pump 10. When the drying mode is in operation, the dry gas repeatedly flows through the pump section 38 of the Roots pump 10, the switching valve 52, the branch path 53, and the second gas-liquid separator 39 in the above order. In other words, when the drying mode is in operation, the dry gas flows through the closed loop Q.

○ポンプは、スクリューポンプや、スクロールポンプであってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
[態様1]燃料電池と、前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻す水素循環路と、前記水素循環路に設けられ、前記燃料電池から排出された水素と水分とを分離させる第1の気液分離器と、前記水素循環路に設けられ、前記第1の気液分離器から排出された水素を吸入し、前記水素供給路に向けて水素を排出するポンプと、前記ポンプを制御する制御部と、を有する水素循環システムにおいて、前記水素循環路には、前記ポンプと前記第1の気液分離器との間に設けられ、水素の流れる方向を規制する逆止弁と、前記ポンプと前記逆止弁との間から分岐するように前記水素循環路に接続される第1分岐部と、前記第1分岐部から前記ポンプを跨いで前記水素循環路に接続される第2分岐部とを繋ぐ分岐路と、が設けられ、前記ポンプと前記分岐路とを含む閉ループには、水素と水分とを分離させる第2の気液分離器が設けられ、前記第2分岐部には、水素の流れを前記閉ループに切り替える切替弁が設けられ、前記切替弁は、前記制御部によって制御されていることを特徴とする水素循環システム。
The pump may be a screw pump or a scroll pump.
Next, the technical ideas that can be understood from the above-described embodiment and other examples will be described below.
[Aspect 1] A hydrogen circulation system having a fuel cell, a hydrogen supply path that supplies hydrogen to the fuel cell, a hydrogen circulation path that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply path, a first gas-liquid separator that is provided in the hydrogen circulation path and separates hydrogen discharged from the fuel cell from water, a pump that is provided in the hydrogen circulation path and takes in hydrogen discharged from the first gas-liquid separator and discharges hydrogen toward the hydrogen supply path, and a control unit that controls the pump, wherein the hydrogen circulation path includes a first gas-liquid separator that is provided between the pump and the first gas-liquid separator. a check valve that regulates the direction of hydrogen flow, a first branch that is connected to the hydrogen circulation path so as to branch off between the pump and the check valve, and a branch path that connects the first branch to a second branch that straddles the pump and is connected to the hydrogen circulation path, a second gas-liquid separator that separates hydrogen and moisture is provided in a closed loop that includes the pump and the branch path, and a switching valve that switches the flow of hydrogen to the closed loop is provided in the second branch, and the switching valve is controlled by the control unit.

[態様2]前記制御部は、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻す場合、前記ポンプの駆動によって前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻すように前記切替弁を制御し、前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻さない場合、所定の時間だけ前記ポンプの駆動によって前記閉ループに水素が流れるように前記切替弁を制御し、前記所定の時間経過後に前記ポンプを停止する[態様1]に記載の水素循環システム。 [Aspect 2] A hydrogen circulation system as described in [Aspect 1], wherein the control unit, when returning hydrogen from the fuel cell to the hydrogen supply path, controls the switching valve to return hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply path by driving the pump; when not returning hydrogen from the fuel cell to the hydrogen supply path, controls the switching valve to allow hydrogen to flow in the closed loop by driving the pump for a predetermined time, and stops the pump after the predetermined time has elapsed.

[態様3]前記第2の気液分離器は、前記水素循環路における前記ポンプの吸入側、又は前記分岐路に設けられている[態様1]又は[態様2]に記載の水素循環システム。
[態様4]前記第2の気液分離器は、前記ポンプと一体的に設けられている[態様1]~[態様3]のいずれか一つに記載の水素循環システム。
[Aspect 3] A hydrogen circulation system according to [Aspect 1] or [Aspect 2], wherein the second gas-liquid separator is provided on the suction side of the pump in the hydrogen circulation path or in the branch path.
[Aspect 4] A hydrogen circulation system according to any one of [Aspect 1] to [Aspect 3], wherein the second gas-liquid separator is provided integrally with the pump.

[態様5]前記第2の気液分離器には排水路が接続されるとともに、前記排水路には、当該排水路を開閉する開閉弁が設けられている[態様1]~[態様4]のいずれか一つに記載の水素循環システム。 [Aspect 5] A hydrogen circulation system according to any one of [Aspects 1] to 4], wherein a drainage channel is connected to the second gas-liquid separator, and the drainage channel is provided with an on-off valve for opening and closing the drainage channel.

Q…閉ループ、10…ポンプとしてのルーツポンプ、39…第2の気液分離器、51…水素循環システム、52…切替弁、53…分岐路、54…制御部、55…逆止弁、61…燃料電池、64…第1の気液分離器、65…排水路、66…電磁弁、71…水素供給路、72…水素循環路、531…第1分岐部、532…第2分岐部。 Q...closed loop, 10...Roots pump as pump, 39...second gas-liquid separator, 51...hydrogen circulation system, 52...switching valve, 53...branching path, 54...control unit, 55...check valve, 61...fuel cell, 64...first gas-liquid separator, 65...drainage path, 66...solenoid valve, 71...hydrogen supply path, 72...hydrogen circulation path, 531...first branching portion, 532...second branching portion.

Claims (5)

燃料電池と、
前記燃料電池に水素を供給する水素供給路と、
前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻す水素循環路と、
前記水素循環路に設けられ、前記燃料電池から排出された水素と水分とを分離させる第1の気液分離器と、
前記水素循環路に設けられ、前記第1の気液分離器から排出された水素を吸入し、前記水素供給路に向けて水素を吐出するポンプと、
前記ポンプを制御する制御部と、を有する水素循環システムにおいて、
前記水素循環路には、
前記ポンプと前記第1の気液分離器との間に設けられ、水素の流れる方向を規制する逆止弁と、
前記ポンプと前記逆止弁との間から分岐するように前記水素循環路に接続される第1分岐部と、前記第1分岐部から前記ポンプを跨いで前記水素循環路に接続される第2分岐部とを繋ぐ分岐路と、が設けられ、
前記ポンプと前記分岐路とを含む閉ループには、水素と水分とを分離させる第2の気液分離器が設けられ、
前記第2分岐部には、水素の流れを前記閉ループに切り替える切替弁が設けられ、
前記切替弁は、前記制御部によって制御されている水素循環システム。
A fuel cell;
a hydrogen supply path for supplying hydrogen to the fuel cell;
a hydrogen circulation path that returns hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply path;
a first gas-liquid separator provided in the hydrogen circulation path for separating hydrogen and water discharged from the fuel cell;
a pump provided in the hydrogen circulation path, which takes in hydrogen discharged from the first gas-liquid separator and discharges the hydrogen toward the hydrogen supply path;
a control unit that controls the pump,
The hydrogen circulation path includes:
a check valve provided between the pump and the first gas-liquid separator to regulate the direction of hydrogen flow;
a first branch portion connected to the hydrogen circulation path so as to branch off between the pump and the check valve, and a branch path connecting the first branch portion to a second branch portion connected to the hydrogen circulation path across the pump,
a second gas-liquid separator for separating hydrogen and water is provided in the closed loop including the pump and the branch path;
a switching valve for switching the flow of hydrogen to the closed loop is provided in the second branch portion;
The switching valve is controlled by the control unit.
前記制御部は、
前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻す場合、前記ポンプの駆動によって前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給路に戻すように前記切替弁を制御し、
前記燃料電池から前記水素供給路に水素を戻さない場合、所定の時間だけ前記ポンプの駆動によって前記閉ループに水素が流れるように前記切替弁を制御し、前記所定の時間経過後に前記ポンプを停止する請求項1に記載の水素循環システム。
The control unit
When returning hydrogen from the fuel cell to the hydrogen supply path, the switching valve is controlled so that the hydrogen discharged from the fuel cell is returned to the hydrogen supply path by driving the pump;
2. The hydrogen circulation system according to claim 1, wherein when hydrogen is not returned from the fuel cell to the hydrogen supply path, the switching valve is controlled so that hydrogen flows through the closed loop by driving the pump for a predetermined time, and the pump is stopped after the predetermined time has elapsed.
前記第2の気液分離器は、前記水素循環路における前記ポンプの吸入側、又は前記分岐路に設けられている請求項2に記載の水素循環システム。 The hydrogen circulation system described in claim 2, wherein the second gas-liquid separator is provided on the suction side of the pump in the hydrogen circulation path or in the branch path. 前記第2の気液分離器は、前記ポンプと一体的に設けられている請求項3に記載の水素循環システム。 The hydrogen circulation system described in claim 3, wherein the second gas-liquid separator is integrally provided with the pump. 前記第2の気液分離器には排水路が接続されるとともに、前記排水路には、当該排水路を開閉する開閉弁が設けられている請求項3に記載の水素循環システム。 The hydrogen circulation system described in claim 3, wherein a drainage channel is connected to the second gas-liquid separator, and the drainage channel is provided with an on-off valve for opening and closing the drainage channel.
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