JP7816066B2 - 水素循環システム - Google Patents

Description

本発明は、水素循環システムに関する。

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。

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。

特開２０２０－６８１５３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明によれば、水素循環システムを小規模化できる。

第１の実施形態のルーツポンプを示す断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 別例の水素循環システムを示すブロック図である。

（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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

（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。

（１－３）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。

（１－４）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。

（１－５）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。

（１－６）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。

（１－７）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。

（１－８）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。

（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。

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。

＜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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

○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。

○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。

○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。

○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。

○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。

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。

○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。

［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。

［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。

［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。

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。

Claims (5)

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。
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請求項１に記載の水素循環システム。
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請求項２に記載の水素循環システム。
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請求項３に記載の水素循環システム。
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請求項３に記載の水素循環システム。