JP6919516B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
燃料電池システムには、通常、その水素循環路に、水素を循環させるための水素ポンプが設けられている。そして、この水素ポンプとして、特許文献１には、水素ポンプのハウジングとハウジング内に収容されているロータとが凍結により固着することを防止するために、水素ポンプのハウジングに加熱手段が設けられている例が開示されている。
特開２０１７−０８９５３９号公報
ここで、燃料電池システムに用いられる水素ポンプには、循環効率の更なる向上が望まれている。そして、水素ポンプの循環効率の向上を図るためには、ロータとハウジング（以下、「シリンダ」とも呼ぶ）のクリアランス（間隔）を小さくすることが望ましい。しかしながら、本願の発明者は、このクリアランスを小さくしていくと、以下の問題が発生する可能性があることを見出した。すなわち、ロータの駆動量の増加に応じてロータの温度が上昇し、ロータとシリンダとの温度差が大きくなると、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こす可能性がある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、燃料電池システムであって、燃料電池と、シリンダと前記シリンダ内に収容されるロータとを有し、前記燃料電池に水素を循環させる水素循環ポンプと、前記シリンダを加温する加温部と、前記加温部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水素循環ポンプの駆動状態が、前記ロータと前記シリンダとの温度差であるポンプ温度差が、前記ロータが前記シリンダに干渉しないポンプ温度差として許容する許容温度差以上となる状態の場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なうことを特徴とする。
この形態の燃料電池システムでは、水素循環ポンプの駆動状態が、ロータとシリンダとの温度差であるポンプ温度差が、ロータがシリンダに干渉しないポンプ温度差として許容する許容温度差以上となる状態の場合に、加温部によるシリンダの加温を行なうことにより、シリンダの温度をロータの温度に近付けることができ、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こすことを抑制することができる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；燃料電池と；シリンダと前記シリンダ内に収容されるロータとを有し、前記燃料電池に水素を循環させる水素循環ポンプと；前記シリンダを加温する加温部と；前記加温部の動作を制御する制御部と；を備える。前記制御部は、前記水素循環ポンプの駆動状態が基準となる駆動状態以上に高い駆動状態である場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なう。
水素循環ポンプの駆動状態が基準となる駆動状態以上に高い駆動状態である場合には、シリンダの温度に比べて、ロータの温度がロータの駆動量に応じて高くなって、ロータとシリンダとの温度差が大きくなり、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こす可能性がある。そこで、この形態の燃料電池システムでは、水素循環ポンプの駆動状態が基準となる駆動状態以上に高い駆動状態である場合に、加温部によるシリンダの加温を行なうことにより、シリンダの温度をロータの温度に近付けることができ、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こすことを抑制することができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記水素循環ポンプには、前記ロータと前記シリンダとのクリアランスが２０μｍ以下のポンプが用いられるとしてもよい。
この形態の燃料電池システムでは、ロータとシリンダとのクリアランスが２０μｍ以下のポンプが水素循環ポンンプとして用いられるので、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こすことを抑制しつつ、効率良く燃料電池に水素を循環させることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記加温部は；前記燃料電池内を流通する第１の流路と、前記水素循環ポンプの前記シリンダに設けられた第２の流路と、を含む加温媒体流路と；前記加温媒体流路に加温媒体を流通させるための加温媒体供給ポンプと；を有するとしてもよい。
この形態の燃料電池システムでは、シリンダの加温媒体流路に加温媒体を流通させてシリンダを加温することにより、シリンダの温度をロータの温度に近付けることができ、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こすことを抑制することができる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに；前記駆動状態としての前記ロータの回転数を検出するための駆動量センサを備え；前記制御部は、前記駆動量センサによって検出される前記ロータの回転数が、前記基準となる駆動状態としてあらかじめ定められた回転数閾値以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なうとしてもよい。
この形態によれば、ロータの回転数が回転数閾値以上となった場合に、シリンダの加温を行なうので、ロータとシリンダとの温度差を求めずに容易にシリンダの加温を行なって、シリンダの温度をロータの温度に近付けることができ、ロータとシリンダが干渉して動作不良を起こすことを抑制することができる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに；前記ロータの駆動量を検出する駆動量センサと；前記シリンダの温度に対応する温度を検出する温度センサと；を備えるようにしてもよい。そして、前記制御部は；前記駆動状態としての前記ロータと前記シリンダとの温度差を；前記水素循環ポンプの始動時において前記温度センサで検出した温度から得られる前記シリンダの初期温度と、前記駆動量センサによって検出される前記ロータの回転数に従って求まる前記水素循環ポンプの始動時からの前記ロータの上昇温度と、から定まる前記ロータの温度と；前記ロータの回転数で前記水素循環ポンプが動作している状態において、前記温度センサで検出される温度から得られる前記シリンダの温度と；から求め；前記ロータと前記シリンダの温度差が、前記基準となる駆動状態としてあらかじめ定められた許容温度差以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なうとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、実際により近いロータとシリンダとの温度差を用いて、ロータとシリンダとの温度差が許容温度差以上となり得る場合に、シリンダの加温を行なうことができ、ロータとシリンダの干渉を抑制し、動作不良を起こすことを抑制することができる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに；前記シリンダの温度に対応する温度を検出する温度センサと；前記水素循環ポンプへのガス流入量を検出する流量センサと；前記水素循環ポンプの入力側の圧力を検出する入力側圧力センサと；前記水素循環ポンプの出力側の圧力を検出する出力側圧力センサと；前記水素循環ポンプに流入するガスの温度を検出するガス温度センサと；を備えるようにしてもよい。そして、前記制御部は；前記駆動状態としての前記ロータと前記シリンダの温度差を、前記水素循環ポンプの始動時において前記温度センサで検出された温度から得られる前記ロータの初期温度および前記シリンダの初期温度と、前記ガス流入量と、前記入力側の圧力と、前記出力側の圧力と、前記ガスの温度と、から求め；前記ロータと前記シリンダの温度差が、前記基準となる駆動状態としてあらかじめ定められた許容温度差以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なうとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによっても、実際により近いロータとシリンダとの温度差を用いて、ロータとシリンダとの温度差が許容温度差以上となり得る場合に、シリンダの加温を行なうことができ、ロータとシリンダの干渉を抑制し、動作不良を起こすことを抑制することができる。
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記ロータおよび前記シリンダは、同じ金属材料で形成されているとしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、ロータとシリンダが同じ金属材料で形成されているため、ロータとシリンダそれぞれの熱による膨張・収縮の特性を合わせることができ、ロータとシリンダとの干渉の抑制がし易くなる。
（８）上記形態の燃料電池システムのうち、前記加温媒体流路と前記加温媒体供給ポンプとを有する燃料システムにおいて、前記制御部は、前記加温媒体供給ポンプにより供給される前記加温媒体を前記シリンダに流通させる際に、前記ロータの回転数の増加に応じて前記加温媒体供給ポンプの駆動量を増加させて前記加温媒体の流量を増加させるようにしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、加温媒体流路を流通させる加温媒体の流量をロータの回転数の増加に応じて増加させることができるので、効率良く加温媒体を供給してロータの加温を効率良く行なうことができ、効率良くロータとシリンダの干渉による動作不良の発生を抑制することができる。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムを搭載した移動体、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。
第１実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 アノードガスポンプの構成の一例を示す概略斜視図である。 アノードガスポンプを構成するポンプ部に含まれるロータの回転軸に直交する方向の概略断面図である。 アノードガスポンプを構成するポンプ部に含まれるロータの回転軸に沿う方向の概略断面図である。 制御部による加温部の制御によって実行される加温処理について示すフローチャートである。 アノードガスポンプのロータの回転数とロータとシリンダとの温度差Δの関係の一例を示すグラフである。 第２実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 ポンプ温度差を求めるために用いられるアノードガスポンプのロータの回転数とロータの上昇温度の関係の一例を示すグラフである。 第３実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 第４実施形態における加温媒体供給ポンプの駆動量とアノードガスポンプの駆動量との関係を示すグラフである。 第５実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 制御部による加温部の制御によって実行される加温処理について示すフローチャートである。 第６実施形態における燃料電池システムを模式的に示す説明図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１０を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、例えば、車両（燃料電池車両）に搭載され、運転者からの要求に応じて、車両の動力源となる電力を出力する。燃料電池システム１０は、燃料電池（ＦＣ）１００と、カソードガス供給部２００と、アノードガス供給部３００と、ＦＣ冷却部４００と、加温部５００と、制御部６００と、を備える。
燃料電池１００は、発電体としての単セル（不図示）を複数積層したスタック構造を有している。本実施形態では、燃料電池１００は固体高分子形燃料電池としているが、他種の燃料電池を用いてもよい。燃料電池１００の電極触媒の担体として、カーボン材料が用いられている。
アノードガス供給部３００は、アノードガスタンク３１０と、アノードガス供給管３２０と、アノードガス還流管３３０と、主止弁３４０と、調圧弁３５０と、インジェクタ３６０と、アノードガスポンプ３７０と、気液分離器３８０と、排気排水弁３８５と、排気排水管３９０とを備える。本実施形態では、アノードガスとして水素を用いる例を示し、アノードガスポンプ３７０が「水素循環ポンプ」に相当する。
アノードガスタンク３１０は、例えば高圧の水素ガスを貯蔵している。アノードガスタンク３１０は、アノードガス供給管３２０を介して燃料電池１００と接続されている。アノードガス供給管３２０には、アノードガスタンク３１０側から、主止弁３４０と、調圧弁３５０と、インジェクタ３６０とがこの順に設けられている。主止弁３４０は、アノードガスタンク３１０からのアノードガスの供給をオン、オフする。調圧弁３５０は、インジェクタ３６０へ供給するアノードガスの圧力を調整する。インジェクタ３６０は、調圧弁３５０から供給されたアノードガスを、アノードガス供給管３２０を介して燃料電池１００のアノードに向けて噴射する。
アノードガス還流管３３０は、燃料電池１００とアノードガス供給管３２０とに接続され、燃料電池１００から排出されたアノード排ガスをアノードガスとしてアノードガス供給管３２０に還流させる。アノードガス還流管３３０には、気液分離器３８０と、アノードガスポンプ３７０とが設けられている。気液分離器３８０は、燃料電池１００から排出された液水混じりのアノード排ガスから液水を分離する。また、アノード排ガスに含まれる不純物ガス、例えば窒素ガスも液水とともに分離される。未使用の水素ガスを含むアノード排ガスは、液水および不純物ガスが分離され、アノードガスポンプ３７０によって駆動され、アノードガスとしてアノードガス還流管３３０の部分３３０ｂを介してアノードガス供給管３２０に還流される。分離された液水と窒素ガスは、気液分離器３８０に接続された排気排水弁３８５と排気排水管３９０を通過してシステム外に放出される。アノードガスポンプ３７０は、駆動回路３７５から供給される駆動電力によって駆動される。主止弁３４０、調圧弁３５０、インジェクタ３６０、および、アノードガスポンプ３７０の駆動回路３７５は、制御部６００によって制御される。
なお、アノードガスポンプ３７０の駆動量である回転数あるいは流量は、駆動回路３７５がアノードガスポンプ３７０に供給する電力から求められる。この駆動電力は、駆動回路３７５からアノードガスポンプ３７０に供給される電圧および電流、あるいは、駆動回路３７５に入力される電圧及び電流を、電圧／電流センサ３７８によって検出することによって求められる。電圧／電流センサ３７８が「駆動量センサ」に相当する。
カソードガス供給部２００は、カソードガス供給管２１０と、バイパス管２３０と、カソードガス排出管２２０と、エアコンプレッサ２５０と、分流弁２６０と、調圧弁２７０とを備える。
カソードガス供給管２１０には、外気温センサ２１２と、エアフローメータ２１４と、エアコンプレッサ２５０と、分流弁２６０とが設けられている。外気温センサ２１２は、取り込む前のカソードガスの温度を外気温として検出（測定）する。エアフローメータ２１４は、取り込んだカソードガスの量を検出する。分流弁２６０は、バイパス管２３０に接続され、カソードガスを燃料電池１００と、バイパス管２３０とに分流する。
カソードガス排出管２２０には、調圧弁２７０が設けられている。調圧弁２７０の下流側のカソードガス排出管２２０には、バイパス管２３０の下流部分が接続されている。調圧弁２７０は、燃料電池１００におけるカソードガスの圧力を調整する。カソードガス排出管２２０の下流側には、図示は省略されているが、アノードガス供給部３００の排気排水管３９０の下流部分が接続されている。
カソードガス供給部２００は、エアコンプレッサ２５０によって空気（カソードガス）をシステム内に取り組み、燃料電池１００に供給した後、未使用の空気（カソード排ガス）をシステム外に排出する。エアコンプレッサ２５０は、駆動回路２５５から供給される電力によって駆動される。エアコンプレッサ２５０の駆動回路２５５、分流弁２６０、および、調圧弁２７０は、制御部６００によって制御される。
ＦＣ冷却部４００は、冷媒供給管４１０と、冷媒排出管４２０と、ラジエータ４３０と、バイパス管４４０と、三方弁４５０と、冷媒ポンプ４６０と、を備える。冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。本例では、不凍液が用いられるものとする。冷媒ポンプ４６０は、冷媒供給管４１０に設けられており、駆動回路４６５から供給される電力によって駆動されて、ラジエータ４３０で冷却された冷媒を燃料電池１００の冷媒流路１０２に供給する。冷媒流路１０２を流通する冷媒は、燃料電池１００の排熱により温められて冷媒排出管４２０を介してラジエータ４３０へ流通する。ラジエータ４３０は、燃料電池システム１０が収容される車両のフロントコンパートメントの前方端に配置され、前方から取り込まれる冷却空気を利用して、燃料電池１００の排熱により温められた冷媒の冷却を行なう。三方弁４５０は、ラジエータ４３０とバイパス管４４０への冷媒の流量を調節するための弁である。冷媒排出管４２０には、後述する加温媒体供給管５１０の接続箇所４２４の上流側の位置に、冷媒排出管４２０の冷媒Ｌｃの温度を検出するための冷媒温度センサ４２２が設けられている。冷媒温度センサ４２２で検出される冷媒温度は、制御部６００に送られて、加温部５００の制御に利用される。
加温部５００は、加温媒体供給管５１０と、加温媒体還流管５２０と、加温媒体供給ポンプ５５０とを備える。加温媒体供給管５１０は、冷媒排出管４２０との接続箇所（以下、「分岐位置」とも呼ぶ）４２４と、アノードガスポンプ３７０のシリンダに設けられたシリンダ流路７５０の入口とに接続されている。加温媒体還流管５２０は、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０の出口と、加温媒体供給管５１０の冷媒排出管４２０からの分岐位置４２４よりも下流側の接続箇所（以下、「合流位置」とも呼ぶ）４２６とに接続されている。
加温媒体供給管５１０には、分岐位置４２４とアノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０との間に、加温媒体供給ポンプ５５０が設けられている。加温媒体供給管５１０および加温媒体還流管５２０は、ＦＣ冷却部４００と同様の冷媒で満たされている。すなわち、冷媒排出管４２０の分岐位置４２４で加温媒体供給管５１０へ分岐した冷媒Ｌｃが、後述するように、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０を流通する「加温媒体Ｌｈ」として利用される。
加温部５００は、分岐位置４２４で分岐して加温媒体供給管５１０へ流入する加温媒体を、加温媒体供給ポンプ５５０によってアノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０に流通させ、加温媒体還流管５２０を介して冷媒排出管４２０との合流位置４２６から冷媒排出管４２０へ戻す。加温部５００は、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０に加温媒体を流通させることによって、シリンダ流路７５０が設けられたアノードガスポンプ３７０のシリンダ（ハウジング）を温めることができる。加温媒体供給ポンプ５５０は、駆動回路５５５から供給される電力に応じた一定の回転数で駆動され、回転数に応じた流量で加温媒体を加温媒体供給管５１０及び加温媒体還流管５２０に流通させる。加温媒体供給ポンプ５５０の駆動回路５５５は、制御部６００によって制御される。
なお、上記したように、加温部５００は、燃料電池１００の冷媒流路１０２を流通する際に排熱により温められた冷媒Ｌｃを冷媒排出管４２０から加温媒体供給管５１０へ分岐させて加温媒体Ｌｈとして利用しているので、燃料電池１００の冷媒流路１０２および冷媒排出管４２０も、加温部５００を構成する要素として機能する。そして、燃料電池１００の冷媒流路１０２が「燃料電池内を流通する第１の流路」に相当し、シリンダ流路７５０が「水素循環ポンプのシリンダに設けられた第２の流路」に相当する。また、冷媒流路１０２と冷媒排出管４２０と加温媒体供給管５１０とシリンダ流路７５０と加温媒体還流管５２０とが「加温媒体流路」に相当する。
制御部６００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されている。詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。制御部６００は、外気温センサ２１２や、エアフローメータ２１４、電圧／電流センサ３７８、冷媒温度センサ４２２の計測信号、燃料電池１００に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、制御部６００は、燃料電池システム１０が備える主止弁３４０，調圧弁３５０，排気排水弁３８５，分流弁２６０，調圧弁２７０、三方弁４５０等の弁や、エアコンプレッサ２５０、アノードガスポンプ３７０、冷媒ポンプ４６０など、燃料電池１００の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。また、制御部６００は、アノードガスポンプ３７０の動作不良を抑制するために、後述するように、加温媒体供給ポンプ５５０の駆動制御を行なう。
なお、燃料電池システム１０には、上述の構成の他、燃料電池１００から出力された電圧を昇圧するコンバータや、車両の動力を発生するモータ等の負荷への電力の供給を制御するパワーコントロールユニット等を備えるが、本実施形態の説明においては必須ではないので、図示及び説明を省略する。
図２は、アノードガスポンプ３７０の構成の一例を示す概略斜視図である。このアノードガスポンプ３７０は、ルーツ式のポンプ（ルーツポンプ）であり、モータ部７１０と、一対のロータを有するポンプ部７３０と、モータ部７１０とポンプ部７３０の一対のロータとを繋ぐギア部７２０と、を備えている。
図３は、アノードガスポンプ３７０を構成するポンプ部７３０に含まれるロータの回転軸に直交する方向の概略断面図である。図４は、アノードガスポンプ３７０を構成するポンプ部７３０に含まれるロータの回転軸に沿う方向の概略断面図である。
図３および図４に示すように、ポンプ部７３０は、シリンダ７４０と、一対のロータ７６０と、を有している。シリンダ７４０は、一対の側壁部７４４，７４６と、これらの側壁部７４４，７４６の周辺同士を繋ぐように設けられた周壁部７４２と、を有している。シリンダ７４０は、側壁部７４４，７４６と周壁部７４２とで囲われた内部の空間部分がポンプ室７４７とされている。シリンダ７４０は、図３に示すように、周壁部７４２の対向する位置に、吸入口７４８と吐出口７４９と、を有している。吸入口７４８はアノードガス還流管３３０のうちの気液分離器３８０とアノードガスポンプ３７０とを繋ぐ部分３３０ａ（図１）に接続されており、吐出口７４９はアノードガス還流管３３０のうちのアノードガス供給管３２０に合流する部分３３０ｂ（図１）に接続されている。
一対のロータ７６０は、図３および図４に示すように、シリンダ７４０のポンプ室７４７内に収容されている。ロータ７６０は、断面視が双葉状（瓢箪状）に形成されており、その中心に、回転軸７７０を有している。回転軸７７０は、シリンダ７４０の側壁部７４４，７４６に回転可能に支持されている。一対のロータ７６０は、互いに噛み合わされた状態でポンプ室７４７内に収容されている。ロータ７６０の回転軸７７０に直交する端面７６４，７６６は、シリンダ７４０の側壁部７４４，７４６と対向配置されている。
図２に示すように、シリンダ７４０の一方の側壁部７４４には、加温媒体を流通させるためのシリンダ流路７５０が設けられている。シリンダ流路７５０の一方端７５２には、加温媒体供給管５１０が接続され、他方端７５４には、加温媒体還流管５２０が接続されている。シリンダ７４０は、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させることによって加温される。なお、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させる処理については、後で詳述する。
図４に示すように、シリンダ７４０の他方の側壁部７４６の外側には、ギア部７２０が取り付けられている。ギア部７２０は、一対のギア７２２を有している。ギア７２２は、互いに噛み合わされた状態で、ポンプ部７３０のロータ７６０から延びる回転軸７７０に固定されている。
モータ部７１０は、ギア部７２０におけるポンプ部７３０とは反対側に取り付けられている。モータ部７１０は、駆動軸７１２を有している。駆動軸７１２は、ポンプ部７３０の一方のロータ７６０の回転軸７７０に連結されている。モータ部７１０は、駆動回路３７５（図１）から電力が供給されることにより駆動軸７１２を回転させる。
上記構造のアノードガスポンプ３７０は、モータ部７１０が駆動することで駆動軸７１２が回転されると、この駆動軸７１２に連結された回転軸７７０が回転される。このとき、この回転軸７７０に設けられた一方のギア７２２及び一方のロータ７６０が回転する。また、一方のギア７２２が回転されることで、他方のギア７２２が反対方向へ回転される。これにより、他方のギア７２２が固定された他方の回転軸７７０が一方の回転軸７７０と反対方向へ回転され、これに応じて、他方のロータ７６０が一方のロータ７６０とは反体方向へ回転される。この結果、ポンプ室７４７内における一対のロータ７６０の回転により、アノードガスである水素ガスが吸入口７４８からポンプ室７４７内へ吸入され、吐出口７４９からポンプ室７４７外へ吐出される。これにより、燃料電池１００から排出されたアノード排ガスに含まれる水素ガスがアノードガス還流管３３０を移送され、アノードガスとして再度燃料電池１００へ供給される。すなわち、アノードガスとしての水素ガスがアノードガスポンプ３７０によって燃料電池１００に循環供給される。
ここで、課題で説明したように、アノードガスポンプ３７０に用いられるポンプとしては、循環効率の向上を目的とした場合、シリンダとロータとのクリアランスが可能な限り小さいことが好ましい。このため、アノードガスポンプ３７０に用いられるツールポンプでは、シリンダ７４０の周壁部７４２とロータ７６０の二葉状の周壁面７６２とのクリアランスＣ１（図３）の仕様値は、例えば、常温（通常、２５℃）で０より大きく２０μｍ以下に設定されていることが好ましい。同様に、シリンダ７４０の一方の側壁部７４４とロータ７６０の一方の端面７６４とのクリアランスＣ２（図４）、及び、シリンダ７４０の他方の側壁部７４６とロータ７６０の他方の端面７６６とのクリアランスＣ３の仕様値も、例えば、常温で０より大きく２０μｍ以下に設定されていることが好ましい。
また、燃料電池システムの作動中において、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の温度は、アノードガスポンプ３７０の設置されている環境温度に依存した温度となる。本例では、上述したように、車両のフロントコンバートメント内の温度（環境温度）に依存した温度となる。一方、ロータ７６０の始動時の初期温度は、シリンダ７４０と同じ温度として差し支えない。これに対して、始動後のロータ７６０の温度は、アノードガスポンプ３７０の流入ガス温度は、冷媒排出管４２０を流れる冷媒の温度よりも低く、通常、１０℃以下の温度であるため、シリンダ７４０の温度には影響されず、初期温度に対して、ロータ７６０の駆動量（回転数あるいはガス流量）、より具体的には、アノードガスポンプ３７０のガス流量（ガス流入量）、入出力間差圧および流入ガスの温度に応じて変化する。従って、ロータ７６０の回転数の増加に応じてガス流量が増加する程、ロータ７６０の温度とシリンダ７４０との温度差は大きくなりやすい。このように、シリンダ７４０に対してロータ７６０の温度が高くなった場合、シリンダ７４０とロータ７６０のそれぞれの熱による膨張・収縮量の差が大きくなっていくと、ロータ７６０とシリンダ７４０との間のクリアランスが小さくなっていく。これが進行すると、ロータ７６０とシリンダ７４０との干渉により、ロータ７６０の回転の動作不良を招き、最終的には回転不可なロック状態を招く可能性がある。
そこで、本実施形態においては、以下で説明するように、加温部５００を制御することによる加温処理を行なって、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を加温し、ロータ７６０の温度にシリンダ７４０の温度を近付けることにより、ロータ７６０とシリンダ７４０との温度差を小さくし、ロータ７６０とシリンダ７４０とが干渉しないように制御している。
図５は、制御部６００による加温部５００の制御によって実行される加温処理について示すフローチャートである。この加温処理は、制御部６００によって、燃料電池システム１０の始動によるアノードガスポンプ３７０の駆動開始時（始動時）から駆動終了時までの間繰り返し実行される。
ステップＳ１００では、冷媒排出管４２０の冷媒Ｌｃ（図１）の温度（冷媒温度）Ｔｃｄが外気温Ｔａよりも高いか否かが確認される。
アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の温度（以下、「シリンダ温度」とも呼ぶ）に対応する環境温度は、始動時においては外気温と等しいとして扱っても差し支えない。少なくとも、冷媒温度Ｔｃｄが外気温Ｔａ（シリンダ温度）よりも低い場合には、加温部５００を動作させて、この冷媒Ｌｃを加温媒体Ｌｈとしてアノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０へ流通させたとしても、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を加温することはできない。そこで、冷媒温度Ｔｃｄ＜外気温Ｔａの場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、ステップＳ３００ｂにおいて加温部５００の加温媒体供給ポンプ５５０を駆動せず（「加温ポンプＯＦＦ」）、シリンダ７４０の加温を行なわない。
燃料電池システム１０の始動後は、燃料電池１００の排熱により温められた冷媒Ｌｃが冷媒排出管４２０を流れる。冷媒Ｌｃの温度は、燃料電池１００の排熱による冷媒の温度上昇と、ラジエータ４３０による冷却能力との関係から、４０℃〜７０℃、通常、６０℃程度となる。従って、始動後においては、通常、冷媒温度Ｔｃｄ＞外気温Ｔａとなる。そこで、冷媒温度Ｔｃｄ＞外気温Ｔａの場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ２００において、ロータ７６０とシリンダ７４０との温度差（「ポンプ温度差」とも呼ぶ）ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否か確認される。ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かの確認（ステップＳ２００）は、以下で説明するようにして行われる。
図６は、アノードガスポンプ３７０のロータ７６０の回転数Ｎｐとロータ７６０とシリンダ７４０との温度差ΔＴｐの関係の一例を示すグラフである。横軸は、アノードガスポンプ３７０の駆動量としての回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］であり、回転数Ｎｐはアノードガスの流量［Ｌ／ｍｉｎ］に対応する。縦軸は、ロータ７６０とシリンダ７４０との温度差（ポンプ温度差）ΔＴｐ［℃］を示す。始動時（初期動作時）、すなわち、回転Ｎｐ＝０ｒｐｍにおいて、ロータ７６０とシリンダ７４０の温度（初期温度）は等しいものとする。また、シリンダ７４０の温度(シリンダ温度）は始動時の温度（初期温度）のまま一定の状態とする。この場合、縦軸のポンプ温度差ΔＴｐは、始動時のシリンダ７４０に等しいロータ７６０の温度からのロータ７６０の上昇温度に対応するものとして扱われる。なお、回転数Ｎｐにおけるポンプ温度差ΔＴｐは、ロータ７６０の回転数Ｎｐでの駆動が開始されてロータ７６０の温度が上昇し、回転数Ｎｐでの駆動が継続されている状態で、ロータ７６０の温度上昇が収束して安定な温度となった時点でのロータ７６０の上昇温度であり、設定された回転数Ｎｐにおける上昇温度の推定値である。
図６に示すように、加温部５００によりアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温が行われない状態（加温媒体流通無し状態）では、回転数Ｎｐの増加に応じてロータ７６０の温度は上昇し、ロータ７６０の温度上昇に応じてポンプ温度差ΔＴｐは大きくなる。許容温度差Ｔｃｒは、ロータ７６０とシリンダ７４０との温度差による膨張・収縮量の差によってロータ７６０とシリンダ７４０との干渉が発生しないように、ポンプ温度差ΔＴｐとして許容される温度差である。
ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となる否かの確認は、以下の＜確認方法１＞のように行なうことができる。但し、＜確認方法２＞のように行なってもよい。
＜確認方法１＞
始動時のシリンダ７４０とロータ７６０の温度は等しく、シリンダ７４０の温度は一定として、予め、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐとロータ７６０の上昇温度との関係を、回転数Ｎｐとポンプ温度差ΔＴｐの関係（図６参照）として求めておく。そして、求めた関係からポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒである場合に対応する回転数Ｎｐを回転数閾値Ｎｃｒとして求めて、制御部６００の不図示の記憶部に記憶しておく。そして、図５のステップＳ２００では、ロータ７６０の回転数Ｎｐが許容温度差Ｔｃｒに対応する回転数閾値Ｎｃｒ以上となり得るか否か確認することにより、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かの確認を行なう。この場合において、ロータ７６０の回転数Ｎｐが「水素循環ポンプの駆動状態」に相当し、回転数閾値Ｎｃｒが「基準となる駆動状態」に相当する。
＜確認方法２＞
始動時のシリンダ７４０とロータ７６０の温度は等しく、シリンダ７４０の温度は一定として、予め、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐとロータ７６０の上昇温度との関係を、回転数Ｎｐとポンプ温度差ΔＴｐの関係（図６参照）として求めておき、制御部６００の不図示の記憶部に記憶しておく。そして、図５のステップＳ２００では、記憶されている回転数Ｎｐとポンプ温度差ΔＴｐの関係から、ロータ７６０の回転数Ｎｐに対応するポンプ温度差ΔＴｐを求め、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒとなり得るか否かの確認を行なう。この場合において、ポンプ温度差ΔＴｐが「水素循環ポンプの駆動状態」に相当し、許容温度差Ｔｃｒが「基準となる駆動状態」に相当する。
確認方法１は、ロータ７６０の回転数Ｎｐが回転数閾値Ｎｃｒ以上であるか否か確認するのみであるので、確認方法２に比べて、簡単に、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かの確認を行なうことができる。
なお、上述の確認方法では、シリンダ７４０の温度が始動時の初期温度から一定であるとして、単純にロータの回転数Ｎｐに応じたロータの上昇温度をポンプ温度差ΔＴｐとして扱っている。これは、以下の理由による。燃料電池システムが搭載されているフロントコンパートメント内の環境温度は、始動時においては外気温と同じとして扱っても差し支えないが、始動後は外気温よりも高い温度となる。このため、シリンダ７４０の温度が始動時の温度のままであると仮定した場合のロータ７６０とシリンダ７４０との温度差（ポンプ温度差）が、ロータ７６０のいずれの駆動量においても、最も大きい値になると考えられる。そこで、ロータ７６０の駆動量に従って求まるアノードガスポンプ３７０の始動時からのロータ７６０の上昇温度をポンプ温度差として扱えば、最も厳しい条件の１つの下で、ポンプ温度差が許容温度差以上となる場合に、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させてシリンダ７４０を加温する処理を行なうことができるからである。
図５のステップＳ２００において、ポンプ温度差ΔＴｐ＜許容温度差Ｔｃｒの場合には、ステップＳ３００ｂにおいて加温部５００の加温媒体供給ポンプ５５０を駆動せず（「加温ポンプＯＦＦ」）、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温を行なわない。一方、ポンプ温度差ΔＴｐ≧許容温度差Ｔｃｒの場合には、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となることが予想されるので、ステップＳ３００ａにおいて加温部５００の加温媒体供給ポンプ５５０を駆動し（「加温ポンプＯＮ」）、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温を行なう。
図６に示すように、加温部５００によりアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温が行われた状態（加温媒体流通有り状態）では、シリンダ７４０の温度が加温媒体Ｌｈの温度に応じて上昇する。このため加温媒体流通有り状態では、加温媒体流通無し状態の場合に比べてポンプ温度差ΔＴｐを低減させることができ、許容温度差Ｔｃｒ以上となる回転数Ｎｐを回転数閾値Ｎｃｒよりも高い値Ｎｃｒ（ｈ１）まで高くすることができる。これにより、アノードガスポンプ３７０の動作範囲を、回転数Ｎｐが０〜Ｎｃｒ（ｈ１）未満としておけば、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０のポンプ温度差でロータ７６０とシリンダ７４０との干渉が発生しないように動作させることが可能となる。
なお、加温媒体流通有り状態での許容温度差Ｔｃｒに対応する回転数Ｎｐの値Ｎｃｒ（ｈ１）は、加温媒体Ｌｈ、すなわち、冷媒Ｌｃの温度に依存するので、始動後に冷媒Ｌｃの温度が上昇し、加温媒体Ｌｈの温度として十分高温な温度となるまでは、燃料電池システム１０による出力（発電電力）を制限し、回転数Ｎｐを制限することが好ましい。また、加温媒体Ｌｈの温度が高くロータ７６０の温度に近いほど、シリンダ７４０の加温によってポンプ温度差ΔＴｐを０に近付けることができるので、加温効果を高めることができ、シリンダ７４０とロータ７６０の干渉抑制効果を高めることができる。また、ロータ７６０の温度よりも加温媒体Ｌｈの温度の方が高い場合には、加温媒体供給ポンプ５５０のＯＮ／ＯＦＦを間欠制御して、シリンダ７４０の加温を間欠制御することにより、ポンプ温度差ΔＴｐを０に近付けた状態を維持させて、シリンダ７４０とロータ７６０の干渉抑制効果を高めることもできる。
なお、許容温度差Ｔｃｒは、ロータ７６０とシリンダ７４０との温度差による膨張・収縮量の差によってロータ７６０とシリンダ７４０との干渉が発生する設計上のポンプ温度差ΔＴｐ（Ｄ）と安全率から決定される。例えば、設計上のポンプ温度差ΔＴｐ（Ｄ）が２０℃の場合、安全率Ｓを２として、許容温度差Ｔｃｒ＝ΔＴｐ（Ｄ）／Ｓ＝１０℃と設定される。
また、上記説明において、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上であるか否かの確認のために用いられる回転数閾値Ｎｃｒは、上述したように、設計上のポンプ温度差ΔＴｐ（Ｄ）を安全率Ｓで除した値を許容温度差Ｔｃｒとし、これに対応する回転数Ｎｐの値としたが、これに限定されるものではない。例えば、設計上のポンプ温度差ΔＴｐ（Ｄ）に対応する回転数Ｎｐの値を安全率Ｓで除した回転数の値を回転数閾値Ｎｃｒとし、これに対応するポンプ温度差ΔＴｐを許容温度差Ｔｃｒとしてもよい。
設計上のポンプ温度差ΔＴｐ（Ｄ）は、ロータ７６０およびシリンダ７４０に用いられる材料の特性（特に線膨張係数）、および、クリアランスから設定される温度であり、通常、１０℃〜３０℃の範囲に設定されることが好ましい。安全率Ｓは１〜２の範囲、より好ましくは、１．５〜２の範囲で設定されることが好ましい。そして、許容温度差Ｔｃｒも同様に、１０℃〜３０℃の範囲で設定されることが好ましく、回転数閾値Ｎｃｒで２０００ｒｐｍ〜５５００ｒｐｍの範囲（ガス流量で１６０Ｌ／ｍｉｎ〜４５０Ｌ／ｍｉｎの範囲）に設定されることが好ましい。
アノードガスポンプ３７０には、ステンレス鋼やアルミニウム等の種々の金属材料が利用される。ロータ７６０とシリンダ７４０は同じ金属材料で構成されていても異なった金属材料で構成されていてもよいが、同じ金属材料で構成される方が、線膨張係数を同じとすることができるので、ロータ７６０とシリンダ７４０の熱による膨張・収縮量をより近くすることができ、ロータ７６０とシリンダ７４０の干渉を抑制する点で有利である。また、線膨張係数としてはステンレス鋼の方がアルミニウムに比べて小さいものが多いが、軽量化の点でアルミニウムの方がステンレス鋼よりも好ましい。
いずれにしても、図６に示したアノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐとロータ７６０とシリンダ７４０との温度差ΔＴｐの関係を、あらかじめ求めて、上述したように許容温度差Ｔｃｒ及び回転数閾値Ｎｃｒを求めておくことにより、図５に示したフローに従って加温処理を行なうことにより、ロータ７６０とシリンダ７４０とが干渉しないようにすることができる。
以上説明したように、第１実施形態によれば、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０の干渉によって発生するアノードガスポンプ３７０の動作不良が発生しないようにすることができる。
Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における燃料電池システム１０Ｂを模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０Ｂは、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の温度に対応する温度として、アノードガスポンプ３７０の環境温度を検出する環境温度センサ３７９を備えている点、及び、後述するように、制御部６００の加温処理における、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かの確認の仕方が異なっている。燃料電池システム１０Ｂの他の構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０（図１）と同じである。
第２実施形態では、第１実施形態のようにロータ７６０の上昇温度をポンプ温度差ΔＴｐとするのではなく、以下で説明するように、ロータ７６０の上昇温度およびシリンダ７４０の温度からポンプ温度差ΔＴｐを求め、求めたポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かの確認が行われる。この場合において、ポンプ温度差ΔＴｐが「水素循環ポンプの駆動状態」に相当し、許容温度差Ｔｃｒが「基準となる駆動状態」に相当する。
図８は、ポンプ温度差ΔＴｐを求めるために用いられるアノードガスポンプ３７０のロータ７６０の回転数Ｎｐとロータ７６０の上昇温度ΔＴｒの関係の一例を示すグラフである。横軸は、図６と同様に、アノードガスポンプ３７０の駆動量としてのロータ７６０の回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］であり、回転数Ｎｐはガスの流量［Ｌ／ｍｉｎ］に対応する。縦軸は、図６の縦軸のポンプ温度差ΔＴｐを始動時のロータ７６０の温度からの上昇温度ΔＴｒ［℃］として示している。回転数Ｎｐにおける上昇温度ΔＴｒは、ロータ７６０の回転数Ｎｐでの駆動が開始されてロータ７６０の温度が上昇し、回転数Ｎｐでの駆動が継続されている状態で、ロータ７６０の温度上昇が収束して安定な温度となった時点でのロータ７６０の上昇温度であり、設定された回転数Ｎｐにおける上昇温度の推定値である。図８は、図６の加温媒体流通無し状態でのロータ７６０の回転数Ｎｐとポンプ温度差ΔＴｐの関係と等価である。図８に示す関係は、予め測定されて、制御部６００の不図示の記憶部に記憶されている。
ロータ７６０のある回転数Ｎｐにおけるポンプ温度差ΔＴｐ（Ｎｐ）は、図８に示した関係から、以下のように求められる。まず、図８の関係から、回転数Ｎｐにおけるロータ上昇温度ΔＴｒ（Ｎｐ）を求めるとともに、シリンダ７４０の温度（シリンダ温度）Ｔｓ（Ｎｐ）を求める。シリンダ温度は、アノードガスポンプ３７０が設置されている環境温度に対応する温度である。簡易的には、環境温度センサ３７９で検出されるアノードガスポンプ３７０の環境温度をそのまま代替え利用すればよい。そこで、本例では、環境温度センサ３７９で検出されるアノードガスポンプ３７０の環境温度が、回転数Ｎｐにおけるシリンダ温度Ｔｓ（Ｎｐ）として利用されるものとする。また、始動時におけるシリンダ７４０の初期温度（以下、「シリンダ初期温度」とも呼ぶ）Ｔｓ０も、同様に、始動時（Ｎｐ＝０）において、環境温度センサ３７９で検出されるアノードガスポンプ３７０の環境温度が利用される。なお、始動時において、環境温度センサ３７９で検出される温度と、外気温センサ２１２で検出される温度とは、同じであるので、外気温センサ２１２で検出される外気温がシリンダ初期温度Ｔｓ０として利用されてもよい。
上記のようにして求めたロータ上昇温度ΔＴｒ（Ｎｐ）と、ロータ初期温度としてのシリンダ初期温度Ｔｓ０とから、ロータ温度Ｔｒ（Ｎｐ）（＝Ｔｓ０＋ΔＴｒ（Ｎｐ））が求められる。次に、求められたロータ温度Ｔｒ（Ｎｐ）とシリンダ温度Ｔｓ（Ｎｐ）とから、ポンプ温度差ΔＴｐ（Ｎｐ）（＝Ｔｒ（Ｎｐ）−Ｔｓ（Ｎｐ））が求められる。そして、ステップＳ２００（図５）では、こうして求められたポンプ温度差ΔＴｐ（Ｎｐ）が許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かが確認される。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０の干渉による動作不良が発生しないようにすることができる。また、第１実施形態では、シリンダ７４０の温度が一定であるものとして、始動時からのロータ上昇温度がポンプ温度差とされるのに対して、第２実施形態では、回転数Ｎｐで動作している時のシリンダ温度の始動時からの変化分を考慮してポンプ温度差が求められている。このため、より精度良くポンプ温度差が許容温度差以上となり得るか否かの確認を行なうことができ、ロータとシリンダの干渉を抑制し、動作不良を起こすことを抑制することができる。
Ｃ．第３実施形態：
図９は、第３実施形態における燃料電池システム１０Ｃを模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０Ｃは、第１実施形態の燃料電池システム１０（図１）のアノードガス供給部３００に代えてアノードガス供給部３００Ｃを備えている点、及び、後述するように、制御部６００の加温処理における、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上であるか否かの確認の仕方が異なっている。燃料電池システム１０Ｃの他の構成は、燃料電池システム１０と同じである。
アノードガス供給部３００Ｃは、気液分離器３８０とアノードガスポンプ３７０との間のアノードガス還流管３３０の部分３３０ａに、アノードガスポンプ３７０に流入するアノードガスについて、その温度を検出するガス温度センサ３７１と、その流入量を検出する流量センサ３７２と、その圧力を検出する流入ガス圧力センサ３７３と、を備えている。また、アノードガス還流管３３０のアノードガスポンプ３７０とアノードガス供給管３２０とを繋ぐ部分３３０ａに、アノードガスポンプ３７０から流出するアノードガスの圧力を検出する流出ガス圧力センサ３７４を備えている。流入ガス圧力センサ３７３は「入力側圧力センサ」に相当し、流出ガス圧力センサ３７４は「出力側圧力センサ」に相当する。
アノードガスポンプ３７０のロータ７６０のロータ温度Ｔｒの推定値（以下、単に「ロータ温度Ｔｒ」とも呼ぶ）、および、シリンダ７４０のシリンダ温度Ｔｓの推定値（以下、単に「シリンダ温度Ｔｓ」とも呼ぶ）は、以下で説明する計算によって求めることができる。
熱容量Ｃ［Ｊ／Ｋ］の物体に対して、熱量Ｑ［Ｊ／ｓｅｃ］が時間Δｔ［ｓｅｃ］の間与えられた場合に、発生する物体の上昇温度ΔＴ［Ｋ］は、エネルギー保存の法則から、下式（１）で表される。
ΔＴ＝Ｑ×Δｔ／Ｃ ・・・（１）
上式（１）をロータ７６０およびシリンダ７４０に適用すれば、ロータ７６０のロータ温度Ｔｒおよびシリンダ７４０のシリンダ温度Ｔｓは、下式（２）および下式（３）で表され、ポンプ温度差ΔＴｐは下式（４）で表される。
Ｔｒ＝Ｔｒ０＋｛［αｒ×（Ｔｇ−Ｔｒ０）×Ａｒ］×Δｔ／Ｃｒ｝ ・・・（２）
Ｔｓ＝Ｔｓ０＋｛［αｓ×（Ｔｇ−Ｔｓ０）×Ａｓ］×Δｔ／Ｃｓ｝−｛［αａ×（Ｔｇ−Ｔｓ０）×Ａｓ］×Δｔ／Ｃｓ｝ ・・・（３）
ΔＴｐ＝Ｔｒ−Ｔ０ ・・・（４）
Ｔｒ０はロータの初期温度［Ｋ］、αｒはロータの熱伝達率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Ｔｇはシリンダ内におけるガス温度［Ｋ］、Ａｒはロータの表面積［ｍ２］、Ｃｒはロータの熱容量［Ｊ／Ｋ］である。また、Ｔｓ０はシリンダの初期温度［Ｋ］、αｓはシリンダ内の熱伝達率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Ａｓはシリンダの内側表面積［ｍ２］、Ｃｓはシリンダの熱容量［Ｊ／Ｋ］、αａはシリンダの放熱に関する熱伝達率［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、Ｔａは環境温度［Ｋ］である。
なお、上式（２）の第２項はロータ７６０の仕事量に応じた上昇温度成分を示している。また、上式（３）の第２項はロータ７６０の仕事量に応じたシリンダ７４０の上昇温度成分を示し、第３項はシリンダ７４０の外表面からの放熱温度成分を示している。
ロータの初期温度Ｔｒ０およびシリンダの初期温度Ｔｓ０には、例えば、始動時に外気温センサ２１２で検出された温度を用いることができる。ロータの表面積Ａｒ、シリンダの内側表面積Ａｓ、ロータの熱容量Ｃｒ、シリンダの熱容量Ｃｓ既知の定数である。シリンダ内におけるガス温度Ｔｇ、ロータの熱伝達率αｒ、シリンダの熱伝達率αｓ、および、は、シリンダの放熱に関する熱伝達率αａは、以下のようにして求められる。
シリンダ内におけるガス温度Ｔｇは、ガス温度センサ３７１で検出される入力側圧力Ｐｉと流出ガス圧力センサ３７４で検出される出力側圧力Ｐｏとガス温度センサ３７１で検出される流入ガス温度Ｔｉから下式（５）に従って求めることができる。
Ｔｇ＝Ｔｉ×（Ｐｏ／Ｐｉ）（γ−１）／γ ・・・（５）
γは比熱比であり、対象のガスは主に２原子分子であるため、γ＝７／５である。
熱伝達率αｒ，αｓは、ガス流入量Ｖｉに比例し、下式（６），（７）に従って求めることができる。
αｒ＝ｋｒ×Ｖｉ ・・・（６）
αｓ＝ｋｓ×Ｖｉ ・・・（７）
ｋｒおよびｋｓは用いられる材質に応じて定める定数であり、ロータ７６０とシリンダ７４０が同じ金属材料である場合には、同じである。
熱伝達率αｓは下式（８）に従って求めることができる。
αａ＝０．０３７×（λ／Ｌ）×Ｒｅ４／３×Ｐｒ１／３ ・・・（８）
λはシリンダ周辺の流体の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｌはシリンダの代表長さ（ｍ）、Ｒｅはレイノルズ数、Ｐｒはプラントル数である。
レイノルズ数は下式（９）に従って求めることができ、プラントル数は下式（１０）に従って求めることができる。
Ｒｅ＝（ρ×ｖ×Ｌ）／μ ・・・（９）
Ｐｒ＝（μ×ｃｐ）／λ ・・・（１０）
ρはシリンダ周辺の流体の密度［Ｋｇ／ｍ３］、μは流体の粘性係数［Ｐａ・ｓ］、ｖは流体の速度［ｍ／ｓ］、ｃｐは流体の比熱「Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］である。
密度ρ、粘性係数μ、速度ｖ、比熱ｃｐ、代表長さＬ、および熱伝導率λはあらかじめ定めておくことができるので、熱伝達率αｒは、上式（８），（９），（１０）を用いて予め求めておくことができる。
従って、一定時間Ｔｅ経過後におけるロータ温度Ｔｒおよびシリンダ温度Ｔｓの推定値を、上式（２）および上式（３）の時間Δｔを経過時間Ｔｅとすることで求めることができる。そして、一定時間Ｔｅ経過後のポンプ温度差ΔＴｐの推定値を、上式（４）に従って求めることができる。
そこで、以上説明したように、入力側圧力Ｐｉと出力側圧力Ｐｏと流入ガス温度Ｔｉとから、上式（５）に従ってシリンダ内におけるガス温度Ｔｇを求めるとともに、ガス流入量Ｖｉから、上式（６），（７）に従ってロータの熱伝達率αｒ及びシリンダの熱伝達率αｓを求める。そして、ΔＴ＝ｔｅにおいて推定されるロータ温度Ｔｒおよびシリンダ温度Ｔｓを上式（２）および上式（３）に従って求め、推定されるポンプ温度差ΔＴｐを上式（４）に従って求めることができる。そして、ステップＳ２００（図５）では、こうして求められたポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かを確認することができる。この場合において、ポンプ温度差ΔＴｐが「水素循環ポンプの駆動状態」に相当し、許容温度差Ｔｃｒが「基準となる駆動状態」に相当する。
第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０の干渉による動作不良が発生しないようにすることができる。また、第３実施形態では、アノードガスポンプ３７０に実際に流入するアノードガスについて、そのガス温度と、ガス流入量と、アノードガスポンプ３７０の入側圧力および出力側圧力とから推定されるロータ温度Ｔｒおよびシリンダ温度Ｔｓ求めることにより推定されるポンプ温度差ΔＴｐを求め、求めたポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得るか否かを確認することができる。
なお、上記説明では、ロータの初期温度Ｔｒ０およびシリンダの初期温度Ｔｓ０には、始動時に外気温センサ２１２で検出された温度を用いるとしたが、第２実施形態のように、環境温度センサ３７９を有している場合には、始動時に環境温度センサ３７９で検出された温度をロータの初期温度Ｔｒ０およびシリンダの初期温度Ｔｓ０として用いるようにしてもよい。
また、上式（３）に示したシリンダ温度Ｔｓにおいて、第２項に示された上昇温度は、通常、第３項の放熱温度によってキャンセルされるので、シリンダ温度Ｔｓを、上式（３）から求めるのではなく、外気温センサ２１２で検出される始動時の温度をシリンダ温度の初期温度として利用してもよい。また、第２実施形態のように環境温度センサ３７９を有している場合には、環境温度センサ３７９で検出される始動時の環境温度をシリンダ温度の初期温度として利用してもよい。
Ｄ．第４実施形態：
図１０は、第４実施形態における加温媒体供給ポンプ５５０の駆動量とアノードガスポンプ３７０の駆動量との関係を示すグラフである。横軸はアノードガスポンプ３７０の駆動量としてのロータ７６０の回転数Ｎｐを示し、縦軸は加温媒体供給ポンプ５５０の駆動量としてのロータの回転数Ｎｓを示している。なお、第４実施形態における燃料電池システムの構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じである。
破線で示すように、第１実施形態では、加温媒体供給ポンプ５５０が駆動されている場合（「加温ポンプＯＮ」）、加温媒体供給ポンプ５５０の駆動量である回転数Ｎｓは一定の回転数（Ｎｓ＝Ｎｓ０）とされている。これに対して、第４実施形態では、実線で示すように、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐの増加に応じて、加温媒体供給ポンプ５５０の回転数Ｎｓを増加させ、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０（図１，図２参照）に流通させる加温媒体の流量を増加させている。これにより、アノードガスポンプ３７０の回転数の増加に応じて高くなるロータ７６０の温度に対して、効率良く加温媒体を供給してロータ７６０の加温を効率良く行なうことができ、効率良くロータとシリンダの干渉による動作不良の発生を抑制することができる。
上記説明では、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐ＜回転数閾値Ｎｃｒの場合、すなわち、ポンプ温度差ΔＴｐ＜許容温度差Ｔｃｒの場合に、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動しない（加温ポンプＯＦＦ）状態として説明している。しかしながら、これに限定されるものではなく、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐ＜回転数閾値Ｎｃｒの場合にも、回転数Ｎｐの増加に応じて加温媒体供給ポンプ５５０の回転数Ｎｓを増加させ（図１１の二点鎖線参照）、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０（図１，図２参照）に流通させる加温媒体の流量を増加させるようにしてもよい。
Ｅ．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態における燃料電池システム１０Ｅを模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０Ｅは、第１実施形態の燃料電池システム１０（図１）の加温部５００に代えて加温部５００Ｅを備えている点、及び、後述するように、制御部６００によるシリンダ７４０の加温処理が異なっている。燃料電池システム１０Ｅの他の構成は、燃料電池システム１０と同じである。
加温部５００Ｅは、加温媒体供給管５１０Ｅと、加温媒体還流管５２０Ｅと、バイパス管５３０と、三方弁５４０と、加温媒体供給ポンプ５５０と、を備える。加温媒体供給管５１０Ｅは、加温媒体供給管５１０（図１）と同様に、冷媒排出管４２０の分岐位置４２４と、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０の入口とに接続されている。但し、加温媒体供給管５１０Ｅは、加温媒体供給ポンプ５５０とシリンダ流路７５０との間で、排気排水弁３８５および気液分離器３８０（以下、「排気排水弁３８５等」とも呼ぶ）に設けられた加温媒体流路の部分（不図示）に接続されている。
加温媒体還流管５２０Ｅは、加温媒体還流管５２０（図１）と同様に、アノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０の出口と、冷媒排出管４２０の合流位置４２６とに接続されている。加温媒体還流管５２０Ｅには、加温媒体還流管５２０とは異なり、加温媒体還流管５２０Ｅを流通する加温媒体を加温する加温器５６０が設けられている。加温器５６０は、通常、車両の空調のために利用される。また、加温器５６０は、後述するように、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温のために利用することも可能である。
加温媒体供給管５１０Ｅには、分岐位置４２４側の端部に、三方弁５４０と加温媒体供給ポンプ５５０とがこの順に設けられている。加温媒体供給管５１０Ｅの三方弁５４０と加温媒体供給ポンプ５５０との間には、加温媒体の温度を検出するための加温媒体温度センサ５１２が設けられている。加温媒体温度センサ５１２で検出される加温媒体の温度は、制御部６００に送られて、加温器５６０による加温媒体の温度制御に利用される。
三方弁５４０は、加温器５６０の下流側で加温媒体還流管５２０Ｅから分岐されたバイパス管５３０に接続されている。三方弁５４０は、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動して、分岐位置４２４から流入する加温媒体としての冷媒の流量と、加温媒体還流管５２０からバイパス管５３０を介して流入して循環する加温媒体の流量を調整する。三方弁５４０は、分岐位置４２４からの流入を遮断すれば、バイパス管５３０を還流する加温媒体Ｌｈｃを排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０に循環供給することができる。この際、加温器５６０により加温媒体を昇温させれば、加温器５６０で昇温された加温媒体を排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０に循環供給することができる。この場合、短時間で排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を温めることができる。
一方、三方弁５４０は、バイパス管５３０からの流入を遮断すれば、冷媒排出管４２０から流入した冷媒Ｌｃを加温媒体Ｌｈとして、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０に供給することができる。この場合、燃料電池１００の排熱により温められた冷媒Ｌｃを加温媒体Ｌｈとして、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を温めることができる。なお、冷媒Ｌｃの温度は、例えば、燃料電池１００を低効率で発電させることにより燃料電池１００で発生する熱を利用して上昇させることができる。
図１２は、制御部６００による加温部５００Ｅの制御によって実行される加温処理について示すフローチャートである。この加温処理は、第１実施形態の加温処理（図５）のステップＳ１００とステップＳ２００との間に、後述する加温処理の部分が追加されている。ステップＳ２００およびステップＳ３００ａ，Ｓ３００ｂによる加温処理の部分は、第１実施形態と同じであり、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となる場合に（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動して（「加温ポンプＯＮ」）、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を加温する（ステップＳ３００ａ）。ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ未満の場合に（ステップＳ２００：ＮＯ）、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動せず（「加温ポンプＯＦＦ」）、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温を行なわない（ステップＳ３００ｂ）。これにより、第１実施形態で説明したように、アノードガスポンプ３７０のロータ７６０とシリンダ７４０との温度差（ポンプ温度差）によってアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０の干渉による動作不良が発生しないようにすることができる。
第５実施形態の加温処理では、第１実施形態と同様のステップＳ２００及びステップＳ３００ａ，Ｓ３００ｂの処理による加温処理の部分に加えて、ステップＳ１５０〜ステップＳ１９０の処理による加温処理の部分が実行される。
ステップＳ１５０では、外気温Ｔａが低温判定温度ＴＬ（例えば、０℃）以下か否か確認される。外気温Ｔａが低温判定温度ＴＬ以下の場合、アノードガスポンプ３７０の環境温度も外気温Ｔａに対応して低くなる。アノードガスポンプ３７０の環境温度は、始動時は、外気温Ｔａと同じと扱っても差し支えなく、始動後は、外気温Ｔａに応じて変化するが、外気温Ｔａよりも高い状態となる。このため、外気温Ｔａをアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の温度に対応する温度として扱っておけば、最も厳しい条件でシリンダ温度を扱うことができる。そこで、ステップＳ１５０では、外気温Ｔａをシリンダ温度に対応する温度として扱っている。
アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の温度（シリンダ温度）に対応する温度としての外気温Ｔａが低くなるほど、ロータ７６０の温度に対するシリンダ７４０の温度が低くなり、その温度差（ポンプ温度差）は大きくなりやすいので、ロータ７６０とシリンダ７４０との干渉による動作不良が発生しやすくなる。また、外気温Ｔａが氷点下（０℃以下）の場合、アノードガス還流管３３０やアノードガスポンプ３７０、気液分離器３８０、排気排水弁３８５に滞留する水が凍結することで、排気排水弁３８５やロータ７６０の凍結等によって排気排水弁３８５やアノードガスポンプ３７０が動作不可となる場合もある。
そこで、外気温Ｔａ≦低温判定温度ＴＬの場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１８０ａにおいて加温媒体供給ポンプ５５０が駆動されて（「加温ポンプＯＮ」）、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温が行なわれる。なお、ステップＳ１８０ａで加温媒体供給ポンプ５５０が駆動される時間は、少なくとも、始動時において外気温Ｔａに等しい温度となっているシリンダ７４０の温度を、低温判定温度ＴＬ（０℃）まで上昇させるために要する熱量と、加温媒体の温度と、シリンダ７４０の熱容量と、に基づいてあらかじめ求められた時間以上の長さに設定すればよい。
一方、外気温Ｔａ＞低温判定温度ＴＬの場合には（ステップＳ１５０：ＮＯ）、ステップＳ１８０ｂにおいて加温媒体供給ポンプ５５０の駆動が行われず（「加温ポンプＯＦＦ」）、ステップＳ２００以降で、第１実施形態と同様の処理が実行される。
ステップＳ１５０〜ステップＳ１９０の処理によって、外気温Ｔａ≦低温判定温度ＴＬ（０℃）の場合には、加温媒体供給ポンプ５５０が駆動されて（「加温ポンプＯＮ」）、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を加温媒体で加温することができる。これにより、例えば、始動時において、外気温Ｔａが氷点下（０℃以下）の場合に、排気排水弁３８５等およびアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０が凍結した状態からの回復を図ることができる。また、外気温Ｔａ≦低温判定温度ＴＬ（０℃）の場合に、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０を加温することで、アノードガスポンプ３７０のロータ７６０とシリンダ７４０との温度差（ポンプ温度差）によるシリンダ７４０とロータ７６０の干渉による動作不良が発生しないようにすることができる。
なお、例えば、始動時において外気温Ｔａが氷点下（０℃）の場合において、加温部５００Ｅにおいて、三方弁５４０においてＦＣ冷却部４００からの冷媒を遮断しバイパス管５３０からの加温媒体のみを循環させるとともに、加温器５６０によって加温媒体を加温させることによって、排気排水弁３８５等の加温及びアノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０の加温を急速に行なうことも可能である。
Ｆ．第６実施形態：
図１３は、第６実施形態における燃料電池システム１０Ｆを模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０Ｆは、第１実施形態の燃料電池システム１０(図１）の加温部５００に代えて加温部５００Ｆを備えている点が異なっている。燃料電池システム１０Ｆの他の構成は燃料電池システム１０と同じである。
加温部５００Ｆは、シリンダ７４０に取り付けられた加温装置であり、制御部６００によって制御される。加温装置としては、ヒータ等の種々の一般的な装置が適用可能である。
第１記実施形態の加温部５００では、アノードガスポンプ３７０のロータ７６０とシリンダ７４０の温度差（ポンプ温度差）ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得る場合において、シリンダ７４０のシリンダ流路７５０に加温媒体供給ポンプ５５０により加温媒体を流通させることによって、シリンダ７４０を加温する構成であった。これに対して、第７実施形態では、ポンプ温度差ΔＴｐが許容温度差Ｔｃｒ以上となり得る場合において、シリンダ７４０に取り付けられた加温部５００Ｆとしての加温装置（ヒータ）によってシリンダ７４０が加温される。
第６実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０とロータ７６０の干渉によって発生するアノードガスポンプ３７０の動作不良が発生しないようにすることができる。
なお、上記説明では、第１実施形態の加温部５００を加温部５００Ｆに置き換えた場合を例に説明したが、第２〜第３実施形態においても同様に適用可能である。また、第４実施形態においても同様に適用可能である。なお、第４実施形態において加温部５００Ｆを適用する場合、シリンダ７４０に取り付けられた加温部５００Ｆとしての加温装置（ヒータ）によるシリンダ７４０の加温は、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐの増加に応じて、加温装置による加温量を増加させることで対応可能である。
Ｇ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような形態での実施も可能である。
（１）第１および第２実施形態では、水素循環ポンプであるアノードガスポンプ３７０のロータ７６０の回転数を駆動量として説明したが、流量センサで検出されるガス流量を駆動量とし、ガス流量が、許容温度差に対応する流量閾値以上であるか否か確認されることにより、ロータとシリンダとの温度差が許容温度差以上であるか否かの確認が行われるようにしてもよい。
（２）第１実施形態において、外気温センサ２１２で検出される外気温Ｔａに代えて、環境温度センサで検出されるアノードガスポンプ３７０の環境温度をシリンダ温度に対応する温度として利用するようにしてもよい。また、アノードガスポンプ３７０のシリンダ７４０に取り付けられた温度センサで検出されるシリンダ温度を利用するようにしてもよい。また、他の実施形態においても同様である。
（３）第２実施形態のように環境温度センサ３７９を備える場合においては、環境温度センサ３７９で検出した環境温度をシリンダ温度として利用するとして説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、予め、環境温度とシリンダ温度との相関関係を求めておき、環境温度センサ３７９で検出されるアノードガスポンプ３７０の環境温度からシリンダ温度を求めるようにしてもよい。
また、シリンダ７４０に直接取り付けられた温度センサによってシリンダ温度を直接検出するようにしてもよい。
さらにまた、温度センサを利用せずにシリンダ温度を求めるようにしてもよい。ラジエータ４３０は、第１実施形態で説明したように、車両のフロントコンパートメントの前方端に配置され、前方から取り込まれる冷却空気を利用して、燃料電池１００の排熱により温められた冷媒の冷却を行なう。このため、フロントコンパートメント内部へ流れ込む空気は、冷媒の冷却のために温められた空気となる。フロントコンバータメント内部の温度は、フロントコンパートメント内部へ流れ込む空気の温度に大きく依存する。ラジエータ４３０を介してフロントコンパートメント内部へ流れ込む空気の温度は、ラジエータ４３０の冷媒冷却の排熱によって外気温よりも上昇した温度となる。このため、ラジエータ４３０を介してフロントコンパートメント内部へ流れ込む空気の温度は、車両の速度、外気温、ラジエータによって冷却前後の冷媒の温度から推定することができる。そこで、速度センサによって検出される車速、外気温センサによって検出される外気温、冷媒温度センサによって検出される、ラジエータによる冷却前後の冷媒の温度から、フロントコンパートメント内部の温度を、アノードガスポンプ３７０の環境温度として求め、シリンダ温度を求めるようにしてもよい。
（４）第４実施形態で説明したように、第１実施形態の燃料電池システム１０において、アノードガスポンプ３７０の駆動量としての回転数の増加に応じて、加温媒体供給ポンプ５５０の駆動量としての回転数を増加させる制御は、他の実施形態の燃料電池システムにおいても適用可能である。
（５）第５実施形態で説明したように、第１実施形態の加温部５００を加温部５００Ｅに置き換え、外気温Ｔａ≦低温判定温度ＴＬの場合に加温媒体供給ポンプ５５０を駆動（「加温ポンプＯＮ」）する処理については、第２〜第５の実施形態の燃料電池システムにおいても適用可能である。
（６）第１〜第５実施形態の加温部５００では、第６実施形態の加温部５００Ｅに備える三方弁５４０、バイパス管５３０および加温器５６０が設けられていないが、加温部５００においても、同様に、三方弁５４０、バイパス管５３０および加温器５６０が設けられていてもよい。そして、第１〜第５実施形態の燃料電池システムにおいて、第６実施形態において実行可能な、外気温Ｔａ≦低温判定温度ＴＬの場合に加温媒体供給ポンプ５５０を駆動（「加温ポンプＯＮ」）する処理や、バイパス管５３０を介して加温媒体をアノードガスポンプ３７０のシリンダ流路７５０に循環供給させる処理が、適用されるようにしてもよい。
（７）上記第３実施形態では、アノードガスポンプ３７０へのガス流入量Ｖｉと、入力側圧力Ｐｉと、出力側圧力Ｐｏと、ガス温度Ｔｉと、から、ロータ７６０の仕事量に応じたロータ７６０の上昇温度およびシリンダの上昇温度を計算により求める場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、ロータの駆動量に対応する種々のパラメータを用いた計算式を利用して、ロータの仕事量に応じたロータの上昇温度およびシリンダの上昇温度を求めるようにしてもよい。ロータの仕事量に応じたロータの上昇温度およびシリンダの上昇温度を求めることができれば、どのようなロータの仕事量に関するパラメータを用いた計算式を利用して上昇温度を求めるようにしてもよい。
（８）上記実施形態では、加温部５００，５００Ｅは、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動させることで、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させて、シリンダ７４０を加温する。これに対して、例えば、加温媒体供給ポンプ５５０を省略し、冷媒排出管４２０の分岐位置４２４に三方弁等の媒体の流れを切り替えるバルブを設ける構成としてもよい。この場合、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させない場合は、燃料電池１００から排出される冷媒が全て合流位置４２６へ向けて流れるようにバルブを設定し、シリンダ流路７５０に加温媒体を流通させる場合は、燃料電池１００から排出される冷媒が加温媒体として全て加温媒体供給管５１０へ向けて流れるようにバルブを設定すればよい。
（９）上記実施形態では、アノードガスポンプ３７０の回転数Ｎｐ＜回転数閾値Ｎｃｒの場合、すなわち、ポンプ温度差ΔＴｐ＜許容温度差Ｔｃｒの場合に、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動しない（加温ポンプＯＦＦ）状態として説明している。この加温媒体供給ポンプ５５０を駆動しない状態は、加温媒体供給ポンプ５５０を駆動している状態（加温ポンプＯＮ）であるが、加温媒体供給ポンプ５５０の回転数Ｎｓがゼロあるいは加温媒体の流量が非常に少なく、ゼロとみなしてよい回転数に設定されている状態であってもよい。
（１０）上記実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電力を動力発生装置（駆動モータ）の動力源とする船舶、飛行機などの種々の移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。また、移動体に搭載される燃料電池システムだけでなく、定置型の燃料電池システムにも適用可能である。
本開示技術は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池システム
１０Ｂ…燃料電池システム
１０Ｃ…燃料電池システム
１０Ｅ…燃料電池システム
１０Ｆ…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…冷媒流路
２００…カソードガス供給部
２１０…カソードガス供給管
２１２…外気温センサ
２１４…エアフローメータ
２２０…カソードガス排出管
２３０…バイパス管
２５０…エアコンプレッサ
２５５…駆動回路
２６０…分流弁
２７０…調圧弁
３００…アノードガス供給部
３００Ｃ…アノードガス供給部
３１０…アノードガスタンク
３２０…アノードガス供給管
３３０…アノードガス還流管
３３０ａ…アノードガス還流管の部分
３３０ｂ…アノードガス還流管の部分
３４０…主止弁
３５０…調圧弁
３６０…インジェクタ
３７０…アノードガスポンプ
３７１…ガス温度センサ
３７２…流量センサ
３７３…流入ガス圧力センサ
３７４…流出ガス圧力センサ
３７５…駆動回路
３７８…電圧／電流センサ
３７９…環境温度センサ
３８０…気液分離器
３８５…排気排水弁
３９０…排気排水管
４００…ＦＣ冷却部
４１０…冷媒供給管
４２０…冷媒排出管
４２２…冷媒温度センサ
４２４…分岐位置（接続箇所）
４２６…合流位置（接続箇所）
４３０…ラジエータ
４４０…バイパス管
４５０…三方弁
４６０…冷媒ポンプ
４６５…駆動回路
５００…加温部
５００Ｅ…加温部
５００Ｆ…加温部
５１０…加温媒体供給管
５１０Ｅ…加温媒体供給管
５１２…加温媒体温度センサ
５２０…加温媒体還流管
５２０Ｅ…加温媒体還流管
５３０…バイパス管
５４０…三方弁
５５０…加温媒体供給ポンプ
５５５…駆動回路
５６０…加温器
６００…制御部
７１０…モータ部
７１２…駆動軸
７２０…ギア部
７２２…ギア
７３０…ポンプ部
７４０…シリンダ
７４２…周壁部
７４４…側壁部
７４６…側壁部
７４７…ポンプ室
７４８…吸入口
７４９…吐出口
７５０…シリンダ流路
７５２…一方端
７５４…他方端
７６０…ロータ
７６２…周壁面
７６４…端面
７６６…端面
７７０…回転軸
Ｃ１…クリアランス
Ｃ２…クリアランス
Ｃ３…クリアランス
Ｌｃ…冷媒
Ｌｈ…加温媒体
Ｌｈｃ…加温媒体
Ｎｃｒ…回転数閾値
Ｎｐ…回転数
Ｓ…安全率
ＴＬ…低温判定温度
Ｔａ…外気温
Ｔｃｄ…冷媒温度
Ｔｃｒ…許容温度差
ΔＴｐ…ポンプ温度差
Ｔｒ…ロータ温度
ΔＴｒ…ロータ上昇温度
Ｔｓ…シリンダ温度
Ｔｓ０…シリンダ初期温度

Claims (8)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    シリンダと前記シリンダ内に収容されるロータとを有し、前記燃料電池に水素を循環させる水素循環ポンプと、
    前記シリンダを加温する加温部と、
    前記加温部の動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記水素循環ポンプの駆動状態が、前記ロータと前記シリンダとの温度差であるポンプ温度差が、前記ロータが前記シリンダに干渉しないポンプ温度差として許容する許容温度差以上となる状態の場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なう
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    前記水素循環ポンプは、前記ロータと前記シリンダとのクリアランスの仕様値が２０μｍ以下のポンプである
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    前記加温部は、
    前記燃料電池内を流通する第１の流路と、前記水素循環ポンプの前記シリンダに設けられた第２の流路と、を含む加温媒体流路と、
    前記加温媒体流路に加温媒体を流通させるための加温媒体供給ポンプと、
    を有する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記ロータの回転数を検出するための駆動量センサを備え、
    前記制御部は、前記駆動量センサによって検出され、前記ポンプ温度差に対応する前記ロータの回転数が、前記許容温度差に対応する前記ロータの回転数としてあらかじめ定められた回転数閾値以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なう
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記ロータの回転数を検出するための駆動量センサと、
    前記シリンダの温度に対応する温度を検出する温度センサと、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ポンプ温度差を、
    前記水素循環ポンプの始動時において前記温度センサで検出した温度から得られる前記シリンダの初期温度と、前記駆動量センサによって検出される前記ロータの回転数に従って求まる前記水素循環ポンプの始動時からの前記ロータの上昇温度と、から定まる前記ロータの温度と、
    前記ロータの回転数で前記水素循環ポンプが動作している状態において、前記温度センサで検出される温度から得られる前記シリンダの温度と、
    から求め、
    求めた前記ポンプ温度差が、あらかじめ定められた前記許容温度差以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なう
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  6. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記シリンダの温度に対応する温度を検出する温度センサと、
    前記水素循環ポンプへのガス流入量を検出する流量センサと、
    前記水素循環ポンプの入力側の圧力を検出する入力側圧力センサと、
    前記水素循環ポンプの出力側の圧力を検出する出力側圧力センサと、
    前記水素循環ポンプに流入するガスの温度を検出するガス温度センサと、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ポンプ温度差を、前記水素循環ポンプの始動時において前記温度センサで検出された温度から得られる前記ロータの初期温度および前記シリンダの初期温度と、前記ガス流入量と、前記入力側の圧力と、前記出力側の圧力と、前記ガスの温度と、から求め、
    求めた前記ポンプ温度差が、あらかじめ定められた前記許容温度差以上となる場合に、前記加温部による前記シリンダの加温を行なう
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記ロータおよび前記シリンダは、同じ金属材料で形成されている
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  8. 請求項３に従属する請求項４、請求項３に従属する請求項５、請求項３に従属する請求項６、及び、請求項３に従属する請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、
    前記加温媒体供給ポンプにより供給される前記加温媒体を前記シリンダに流通させる際に、前記ロータの回転数の増加に応じて前記加温媒体供給ポンプの駆動量を増加させて前記加温媒体の流量を増加させる
    ことを特徴とする燃料電池システム。
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