JP2006294402A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に蓄積した水を排出することのできる技術を提供する。
【解決手段】第２燃料電池スタック２００の第２内部反応ガス流路３２４からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、第１燃料電池スタックの第１内部反応ガス流路３１４内のガスを吸引するガス吸引部３１６を有する燃料電池システムであって、前記各内部反応ガス流路に接続された第１供給路３１０及び第２供給路３２０を有し、何れかの供給路の少なくとも一方に接続され、少なくとも一方の反応ガスの供給量を調節する流量制御部３１２、３２２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料電池では、発電の際に、カソード側で水（水蒸気）が生成される。このような水が燃料電池内に蓄積すると不具合が発生する可能性がある。そこで、燃料電池に蓄積した水を排出するための種々の努力がなされている。例えば、特許文献１には、燃料電池からのオフガスを、気液分離器を有する循環路を用いて循環させ、オフガスに含まれる水分を除去する方法が提案されている。

特開２００４−２２１９８号公報 特開２００４−８７２４４号公報 特開２００４−１４６２４２号公報 特開２００３−３０８８５８号公報 特開２００１−１８５１７９号公報

ところが、従来は、燃料電池に蓄積した水の排出に関しては、十分な工夫がなされていないのが実情であった。なお、このような問題は、カソード側に限らず、アノード側にも共通する問題であった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に蓄積した水を排出することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明における燃料電池システムは、第１内部反応ガス流路を有する第１燃料電池スタックと、第２内部反応ガス流路を有する第２燃料電池スタックと、前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、を備える。

この構成によれば、ガス吸引部が第２燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギを利用することによって、第１燃料電池スタック内のガスを吸引するので、燃料電池に蓄積した水を排出することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第１供給路と、前記第２内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第２供給路と、前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第１内部反応ガス流路と前記第２内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、前記各部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記供給量調整部の制御モードとして、前記第１内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第２内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードと、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードと、を有し、さらに、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引させることとしてもよい。

この構成によれば、排出モードでは、標準モードと比べて、第１燃料電池スタックへの反応ガスの供給量に対する第２燃料電池スタックへの反応ガスの供給量の比率を大きくすることができる。従って、第１ガス流路によって排出される第１燃料電池スタックの排ガスの量に対する、ガス吸引部が利用可能な第２燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギの比率を増大させることができる。その結果、排出モードでは、標準モードよりも強く第１燃料電池スタックが減圧されるので、燃料電池に蓄積した水を効率よく排出することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１供給路と前記第２供給路とに接続されるとともに前記反応ガスを前記各供給路に供給する反応ガス供給部を備え、前記供給量調整部は、前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されたバルブであって、前記バルブが接続された供給路における前記反応ガスの流量を調整可能な調整バルブを有することとしてもよい。

この構成によれば、調整バルブを制御することによって、容易に、供給量比率を調整することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第１供給路に設けられるとともに前記第１内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、前記制御部は、前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定し、前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定することとしてもよい。

また、上記燃料電池システムにおいて、前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第２供給路に設けられるとともに前記第２内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、前記制御部は、前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定し、前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定することとしてもよい。

上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する不具合判定部を備え、前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされた場合には、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御し、前記不具合判定部によって不具合の可能性無しとの判定がされた場合には、前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御することとしてもよい。

この構成によれば、水の蓄積による不具合の可能性が有るとの判定がなされた場合に、供給量調整部が排出モードに従って制御されるので、燃料電池に蓄積した水を適切に排出することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路からの排ガスの湿度を測定する湿度センサを備え、前記不具合判定部は、前記湿度センサによって測定された湿度が、湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性有りと判定することとしてもよい。

この構成によれば、第１燃料電池スタックからの排ガスの湿度に基づいて、水の蓄積による不具合の可能性の有無を適切に判定することができる。

上記燃料電池システムにおいて、前記第１燃料電池スタックは、複数の単セルを含み、前記燃料電池システムは、さらに、前記各単セルの電圧を測定する電圧センサを備え、前記不具合判定部は、前記各単セルの電圧に基づいて前記判定を行うこととしてもよい。

この構成によれば、不具合の可能性の有無の判定結果に、各単セルの状態を反映させることが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１燃料電池の電力を少なくとも含む発電電力を測定する電力センサを備え、前記不具合判定部は、前記発電電力の積算値である積算電力を算出するとともに、前記積算電力が所定の基準積算電力だけ増加する毎に、不具合の可能性有りと判定し、前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされる毎に、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御する排出処理と、前記排出処理の後に前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する標準処理と、を含む一連の処理を実行することとしてもよい。

この構成によれば、積算電力に基づいて不具合の可能性の有無を適切に判定するとともに、燃料電池に蓄積した水を適切に排出することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路の温度を反映する動作温度を測定する温度センサを備え、前記不具合判定部は、前記動作温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性有りと判定することとしてもよい。

この構成によれば、動作温度に基づいて、水の蓄積による不具合の可能性の有無を適切に判定することができる。

上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第１排ガス流路に設けられた第１タービンと、前記第１タービンと機械的に連結されるとともに前記第２排ガス流路に設けられた第２タービンと、を有し、前記第１タービンと前記第２タービンとは、前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスが前記第２タービンを駆動することによって、前記第２タービンが前記第１タービンを駆動するとともに、前記第１タービンが前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されていることとしてもよい。

また、上記各燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第２排ガス流路に設けられるとともに、前記第１排ガス流路に連通するエジェクタを含み、前記エジェクタは、前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの流れを利用することによって、前記第１排ガス流路を介して前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するように構成されている、こととしてもよい。

また、上記燃料電池システムにおいて、さらに、前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、所定の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応ガス供給部と前記第１内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第１内部反応ガス流路へ供給する第１供給路と、前記反応ガス供給部と前記第２内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第２内部反応ガス流路へ供給する第２供給路と、を備え、前記ガス吸引部は、前記第１排ガス流路に設けられた第１タービンと、前記第１タービンと機械的に連結されるとともに前記第２排ガス流路に設けられた第２タービンと、を有し、前記第１タービンと前記第２タービンとは、（Ａ）前記第１排ガス流路を流れる前記第１内部反応ガス流路からの排ガスの流速に対する前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの流速の比率である流速比率が比較的大きい場合には、前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスが前記第２タービンを駆動することによって、前記第２タービンが前記第１タービンを駆動するとともに、前記第１タービンが前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引し、（Ｂ）前記流速比率が比較的小さい場合には、前記第１排ガス流路を流れる前記第１内部反応ガス流路からの排ガスが前記第１タービンを駆動することによって、前記第１タービンが前記第２タービンを駆動するとともに、前記第２タービンが前記第２内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されていることとしてもよい。

この構成によれば、水が蓄積することによって排ガスの流速が低下した燃料電池から、蓄積した水を排出することが可能となる。

なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、燃料電池システムを駆動用電源として搭載する車両、等の形態で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム９００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム９００は、燃料電池スタック１００、２００と、エアコンプレッサ３００と、タービン３１６、３２６と、電圧センサ１３０、２３０と、温度センサ１３２、２３２と、湿度センサ１３４、２３４と、制御部５００と、を備えている。なお、図１では、アノード（水素極とも呼ばれる）側のガスの流路は省略されている。

第１燃料電池スタック１００（以下、単に「第１スタック１００」とも呼ぶ）は、図示しない燃料電池セル（「単セル」とも呼ぶ）を複数積層したスタック構造を有する固体高分子電解質型の燃料電池である。燃料電池セル（図示せず）の各々は、カソード側に設けられた第１内部空気流路１９３と、アノード側に設けられた第１内部水素流路１９４とを、内部に備えている。

第２燃料電池スタック２００（以下、単に「第２スタック２００」とも呼ぶ）は、第１スタック１００と同じ構造を有している。第２スタック２００の燃料電池セル（図示せず）の各々は、カソード側に設けられた第２内部空気流路２９３と、アノード側に設けられた第２内部水素流路２９４とを、内部に備えている。

各内部空気流路１９３、２９３には、酸素を含む酸化ガス（例えば、空気）が供給される。各内部水素流路１９４、２９４には、水素を含む燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される。各スタック１００、２００は、これらの酸素と水素との電気化学反応によって発電を行う。発電によって生じた電力は、スタック１００、２００に接続される負荷（図示省略）に供給される。

エアコンプレッサ３００は、酸化ガスとしての空気を、各内部空気流路１９３、２９３に供給する。エアコンプレッサ３００には、メインカソードガス供給路３０２が接続されている。このメインカソードガス供給路３０２は、第１内部空気流路１９３に至る第１分岐カソードガス供給路３１０と、第２内部空気流路２９３に至る第２分岐カソードガス供給路３２０と、に分岐している。第１分岐カソードガス供給路３１０の途中には、第１カソードガス供給量調整バルブ３１２が設けられ、第２分岐カソードガス供給路３２０の途中には、第２カソードガス供給量調整バルブ３２２が設けられている。

なお、第１スタック１００の各第１内部空気流路１９３の上流側は、合流して第１分岐カソードガス供給路３１０へ至るように構成されている。第２スタック２００の第２内部空気流路２９３の上流側についても同様である。

第１スタック１００には、内部空気流路１９３から排気するための第１カソード排ガス流路３１４が接続されている。この第１カソード排ガス流路３１４の途中には第１タービン３１６が設けられている。一方、第２スタック２００には、内部空気流路２９３から排気するための第２カソード排ガス流路３２４が接続されている。この第２カソード排ガス流路３２４の途中には第２タービン３２６が設けられている。第１タービン３１６と第２タービン３２６とは機械的に連結されている。

また、第１カソード排ガス流路３１４には、排ガスの湿度を測定する第１湿度センサ１３４が設けられている。第２カソード排ガス流路３２４にも、排ガスの湿度を測定する第２湿度センサ２３４が設けられている。

なお、第１スタック１００の各第１内部空気流路１９３の下流側は、合流して第１カソード排ガス流路３１４へ至るように構成されている。第２スタック２００の第２内部空気流路２９３の下流側についても同様である。

また、第１電圧センサ１３０は、第１スタック１００の各単セル毎に設けられており、単セルの電圧（以下「セル電圧」とも呼ぶ）を測定する。同様に、第２電圧センサ２３０は、第２スタック２００の各単セル毎に設けられており、セル電圧を測定する。また、第１温度センサ１３２は、第１スタック１００の内部温度を測定する。同様に、第２温度センサ２３２は、第２スタック２００の内部温度を測定する。

なお、第１温度センサ１３２が測定する温度は、第１内部空気流路１９３の温度を反映した温度であればよい。従って、第１温度センサ１３２は、第１スタック１００の内部の温度を直接測定してもよく、また、第１スタック１００から排出される冷却水（図示せず）の温度を測定してもよい。第２温度センサ２３２についても同様である。

制御部５００は、燃料電池システム９００を構成する各構成要素からデータ信号を受信するとともに、各構成要素に駆動信号を出力することによって、燃料電池システム９００の全体の運転状態を制御する。特に、制御部５００は、各センサ１３０、１３２、１３４、２３０、２３２、２３４の測定結果に基づいて、供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を制御する機能を有している（詳細は後述）。また、制御部５００はＣＰＵとメモリとを有しており、コンピュータプログラムを実行することによって種々の機能を実現する。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で供給され得る。なお、制御部５００の機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。

図２は、燃料電池システム９００の発電運転中に制御部５００が実行する開度制御処理の手順を示すフローチャートである。この開度制御処理は、燃料電池システム９００の起動後に実行される。

ステップＳ１００では、制御部５００は、通常モードに従って各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を設定する。第１実施例では、通常モードにおいて、各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を所定の値（例えば、全開）に設定することとしている。また、通常モードでは、制御部５００は、エアコンプレッサ３００の駆動量（空気供給量）を、負荷の大きさが大きいほど大きくなるように設定する。その結果、各内部空気流路１９３、２９３に供給される空気量は、負荷の大きさが大きいほど多くなる。

「負荷の大きさ」としては、周知の種々の値を採用可能である。例えば、燃料電池システム９００に、負荷に供給される電力を測定する負荷センサを設け（図示省略）、この負荷センサの測定値を用いても良い。

ところで、第１内部空気流路１９３（図１）からの排ガスは、第１タービン３１６に供給される。第１タービン３１６は、この排ガスによって駆動される。一方、第２内部空気流路２９３からの排ガスは、第２タービン３２６に供給される。第２タービン３２６は、この排ガスによって駆動される。ここで、第１タービン３１６と第２タービン３２６とは、互いの回転が通常モードにおいては平衡状態にあるように構成されている。すなわち、通常モードにおいては、第１タービン３１６が第２タービン３２６を駆動する力と、第２タービン３２６が第１タービン３１６を駆動する力とが、釣り合っている。

なお、通常モードにおいて、各バルブ３１２、３２２の開度を可変値としてもよい。例えば、制御部５００が、負荷の大きさが大きいほど開度を大きな値に設定してもよい。いずれの場合も、通常モードにおいては各タービン３１６、３２６の回転が平衡状態となるように、各タービン３１６、３２６の構成と、各バルブ３１２、３２２の開度とを、設定することが好ましい。

次のステップＳ１１０では、制御部５００は、各内部空気流路１９３、２９３における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する（以下「不具合判定」とも呼ぶ）。第１実施例では、不具合判定の条件（以下「不具合条件」とも呼ぶ）として、以下の条件を採用する。
「条件Ｃ１：セル電圧が電圧しきい値以下である低電圧単セルを含む」
具体的には、制御部５００は、この条件Ｃ１を満たす燃料電池スタックに不具合の可能性が有ると判定する。

内部空気流路１９３、２９３に過剰な水が蓄積すると、反応ガス（空気）の供給が抑制されるので、セル電圧が低下する場合が多い。従って、制御部５００は、セル電圧が電圧しきい値以下である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、電圧しきい値としては、種々の値を採用可能である。例えば、各セル電圧を用いて統計的に算出される統計値（例えば、平均値-2*標準偏差）を採用してもよく、所定の一定値を採用してもよく、負荷の大きさに応じて決まる所定の値を採用してもよい。いずれの場合も、電圧しきい値の形式や値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。

制御部５００は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップＳ１２０で、排出モードに従って各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を設定する。排出モードでは、不具合の可能性のある燃料電池スタック（以下「不具合スタック」と呼ぶ）の供給量調整バルブの開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する。ただし、不具合スタックによる発電が停止しないように、全閉よりも大きな値に設定する。なお、第１実施例では、排出モードにおいて、一方の供給量調整バルブの開度を小さな値に設定する場合には、他方の供給量調整バルブの開度を変更しないこととしている。また、第１実施例では、制御部５００は、排出モードでのエアコンプレッサ３００の駆動量（例えば、回転数）を、通常モードでの駆動量と同じ値に維持することとしている。ただし、通常モードでの駆動量よりも大きい値に設定してもよく、また、小さい値に設定してもよい。

図３は、排出モードにおける燃料電池システム９００の運転状態を示す説明図である。図３には、第１スタック１００に不具合の可能性が有る場合が示されている。制御部５００は、第１カソードガス供給量調整バルブ３１２の開度を小さな値に設定する。すると、通常モードと比べて、第１スタック１００への空気供給量に対する第２スタック２００への空気供給量の比率が大きくなり、さらに、第１カソード排ガス流路３１４を流れる排ガスの流速に対する第２カソード排ガス流路３２４を流れる排ガスの流速の比率も大きくなる。従って、第１タービン３１６によって生成される駆動力に対する第２タービン３２６によって生成される駆動力の比率も、通常モードと比べて大きくなる。その結果、第１タービン３１６は、第２タービン３２６に駆動されることによって、第１内部空気流路１９３内のガスを吸引することとなる（ステップＳ１３０）。

このように、第１内部空気流路１９３に供給される空気量に対する第１タービン３１６による吸引力が強くなるので、第１内部空気流路１９３は、通常モードよりも強く減圧される。すると、第１内部空気流路１９３内に蓄積した水が蒸発し易くなるので、第１内部空気流路１９３に蓄積した水を排出し、不具合を解消することが可能となる。特に、第１内部空気流路１９３に過剰な水が蓄積すると、ガスの流れによる水の排出が困難となる場合がある。このような場合でも、排出モードでは、水の蒸発が促進されるので、蓄積した水を排出することが可能となる。

以上、第１スタック１００に不具合の可能性が有る場合を説明したが、第２スタック２００に不具合の可能性が有る場合も、制御部５００は同様の制御を実行する。

その後、制御部５００は、ステップＳ１１０に戻り、不具合判定を行う。ここで、いずれのスタック１００、２００についても不具合条件が満たされていない場合には、通常モード（ステップＳ１００）を実行する。一方、いずれかのスタック１００、２００について不具合条件が満たされている場合には、排出モード（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）を実行する。なお、両方のスタック１００、２００に不具合の可能性が有る場合には、片方ずつ、排出モードに従った供給量調整バルブの開度設定を行う。

以上説明したように、第１実施例では、排出モードでは、通常モードと比べて、不具合スタックへの空気供給量に対する他方の燃料電池スタックへの空気供給量の比率が大きくなるので、不具合スタックの内部空気流路を通常モードよりも強く減圧することが可能なる。その結果、不具合スタックに蓄積した水を排出することが可能となる。

また、第１実施例では、排出モードにおいて、不具合スタックとは異なる他方の燃料電池スタックに対する空気の供給量が、通常モードと比べて多くなる。従って、他方の燃料電池スタックからの水の排出を促進することも可能となる。

なお、不具合条件としては、上述した条件Ｃ１に限らず、他の種々の条件を採用可能である。例えば、以下の条件を採用可能である。
「条件Ｃ２：セル電圧のばらつき（偏差）が所定値よりも大きい」
「条件Ｃ３：発電時間が所定の一定時間だけ増加した」
「条件Ｃ４：積算電力が所定の基準積算電力だけ増加した」

通常の燃料電池では、発電時間の増加や、積算電力（発電電力の積算値）の増加に伴って、水の蓄積による不具合の可能性も高くなる。従って、発電時間の増加量や積算電力の増加量が、しきい値以上となった場合に、不具合の可能性が有ると推定できる。

なお、条件Ｃ３を採用する場合には、制御部５００にタイマを設け、制御部５００が発電時間を計測すればよい。また、条件Ｃ４を採用する場合には、各スタック１００、２００に電力センサを設け、制御部５００が、電力の積算値を算出すればよい。ここで、不具合判定をスタック毎に行うためには、このような発電時間や積算電力を、各スタック１００、２００毎に計測することが好ましい。ただし、両方のスタック１００、２００に共通の発電時間を計測してもよく、また、両方のスタック１００、２００の発電電力の合計値を測定する電力センサを用いても良い。この場合には、不具合条件が満たされた場合には、両方のスタック１００、２００に不具合の可能性が有ると推定すればよい。

また、条件Ｃ３や条件Ｃ４を採用する場合のように、不具合の解消の確認が困難な場合がある。このような場合には、制御部５００は、不具合条件が満たされる毎に、所定の一定時間だけ排出モードを実行し、その後、通常モードに移行する一連の処理を実行すればよい。また、この場合には、一連の処理を実行する毎に、発電時間の増加量や、積算電力の増加量を、ゼロから計測し直すこととすればよい。

ところで、制御部５００が、不具合判定結果に基づく開度制御処理を、発電を停止する際に実行してもよい。図４は、燃料電池システム９００の停止処理において制御部５００が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ２００では、制御部５００（図１）は、各スタック１００、２００の排ガスの湿度を、湿度センサ１３４、２３４から取得する。

次のステップＳ２１０では、制御部５００（図１）は、各湿度が所定の湿度しきい値以上であるか否かを判定する。内部空気流路１９３、２９３に過剰な水が蓄積すると、排ガス中の湿度も高くなる場合が多い。従って、排ガスの湿度が湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、湿度しきい値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。

制御部５００は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップＳ２１５で、エアコンプレッサ３００を停止させずに駆動を維持し、次のステップＳ２２０で、排出モードに従って各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を設定する。この際、不具合スタックとは異なる他方の燃料電池スタックに、エアコンプレッサ３００の駆動用電力を発電させてもよい。また、燃料電池システム９００にエアコンプレッサ３００を駆動するための２次電池を設けるとともに、両方の燃料電池スタック１００、２００の発電を停止させてもよい。

ステップＳ２２０、Ｓ２３０の処理は、図２のステップＳ１２０、Ｓ１３０と同じである。その結果、内部空気流路１９３、２９３に蓄積した水を排出することができる。以後、制御部５００は、再びステップＳ２００に戻り、両方のスタック１００、２００の排ガスの湿度が湿度しきい値未満となるまで、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理を繰り返し実行する。

一方、いずれのスタック１００、２００の排ガスの湿度も湿度しきい値未満である場合には、制御部５００は、エアコンプレッサ３００を停止させて、開度制御処理を終了する。その後、所定の停止処理に戻り、燃料電池システム９００を停止させる。

このように、図４の開度制御処理では、制御部５００は、発電の停止時に各内部空気流路１９３、２９３から水を排出させることができる。従って、次回の起動時に、各内部空気流路１９３、２９３内の蓄積された水によって発電を開始できなくなることを抑制できる。また、停止後の燃料電池システム９００が低温下におかれた場合でも、各内部空気流路１９３、２９３内で水が凍結することを抑制できる。

なお、制御部５００が、不具合の可能性が有ると判定した場合に、排出モードを所定の時間だけ実行し、その後、開度制御処理を終了することとしてもよい。ここで、排出モードを実行する時間を、湿度が高いほど長い時間に設定することが好ましい。また、制御部５００が、排出モードでのエアコンプレッサ３００による空気供給量を、通常モードでの供給量よりも大きな値に設定することとしてもよい。

ところで、制御部５００が、不具合判定結果に基づく開度制御処理を、発電を開始する際（起動時）に実行してもよい。図５は、燃料電池システム９００の起動処理において制御部５００が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ３００では、制御部５００（図１）は、各スタック１００、２００の温度を温度センサ１３２、２３２から取得する。

次のステップＳ３１０では、制御部５００（図１）は、各温度が、所定の温度しきい値以下であるか否かを判定する。スタック１００、２００の温度が低いほど、内部空気流路１９３、２９３内で水蒸気が凝縮し易くなり、その結果、内部空気流路１９３、２９３内に水が蓄積し易くなる。従って、制御部５００は、スタック１００、２００の温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性が有ると推定することができる。なお、温度しきい値は、予め実験に基づいて定めておけばよい。なお、スタック１００、２００の温度が０℃以下になると、蓄積した水が凍結する可能性もある。従って、温度しきい値を０℃以上の値に設定することが好ましい。一方、不具合判定の精度を高めるためには、温度しきい値が低いことが好ましい。例えば、温度しきい値として、０℃〜＋１０℃の範囲内の値を用いることができる。

制御部５００は、不具合の可能性が有ると判定した場合には、次のステップＳ３２０で、排出モードに従って各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度を設定する。ステップＳ３２０、Ｓ３３０の処理は、図２のステップＳ１２０、Ｓ１３０と同じである。その結果、内部空気流路１９３、２９３に蓄積した水を排出することができる。以後、制御部５００は、再びステップＳ３００に戻り、両方のスタック１００、２００の温度が温度しきい値を越えるまで、ステップＳ３１０〜Ｓ３３０の処理を繰り返し実行する。

一方、いずれのスタック１００、２００の温度も温度しきい値を越えている場合には、制御部５００は、起動時用の開度制御処理を終了する。その後、所定の起動処理に戻り、燃料電池システム９００を起動させる。起動後には、通常モードを実行する。

このように、図５の開度制御処理では、制御部５００は、発電の開始時（起動時）に各内部空気流路１９３、２９３から水を排出させることができる。従って、低温下における起動時においても、各内部空気流路１９３、２９３内に水が蓄積することによって発電を開始できなくなることを抑制できる。

なお、通常は、２つのスタック１００、２００は同じ場所（例えば、同じ車両の内部）に設置されるので、起動時における両者の温度は同じである場合が多い。このような場合には、制御部５００は、ステップＳ３２０で、所定の一方の燃料電池スタックを吸引の対象（以下「対象スタック」と呼ぶ）として用いることによって、排出モードを実行する。こうすれば、対象スタックの起動を容易に行うことが可能となる。特に氷点下から起動する場合であっても、対象スタックでは、水の排出が促進され、その結果、水の凍結が抑制されるので、対象スタックの起動を容易に行うことができる。すなわち、２つのスタック１００、２００の内の少なくとも一方については、起動を容易に行うことが可能となる。

ここで、一方の燃料電池スタックと、他方の燃料電池スタックとを、互いに熱を交換可能であるように構成することが好ましい。こうすれば、一方の燃料電池スタックが発電を開始することによって、その発電によって生じる熱が他方の燃料電池スタックを昇温させることが可能となる。その結果、低温状態（特に氷点下）から起動する場合であっても、両方のスタック１００、２００を速やかに起動させることが可能となる。

なお、２つの燃料電池スタックの熱交換可能な構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、２つの燃料電池スタックを互いに接触させる構成を採用してもよい。また、２つの燃料電池スタックの間で冷却水を循環させる構成を採用してもよい。

Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における燃料電池システム９００ｂの構成を示すブロック図である。図６には、アノード側のガスの流路も示されている。図１に示す燃料電池システム９００との差異は、各タービン３１６、３２６が、カソード側に加えてアノード側を吸引可能な点である。

燃料電池システム９００ｂは、水素供給装置４００を有している。水素供給装置４００は、燃料ガスとしての水素ガスを、各内部水素流路１９４、２９４に供給する。水素供給装置４００の構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、水素タンクと調圧弁とを有する構成を採用可能である。

水素供給装置４００には、メインアノードガス供給路４０２が接続されている。このメインアノードガス供給路４０２は、第１内部水素流路１９４に至る第１分岐アノードガス供給路４１０と、第２内部水素流路２９４に至る第２分岐アノードガス供給路４２０と、に分岐している。第１分岐アノードガス供給路４１０の途中には、第１アノードガス供給量調整バルブ４１２が設けられ、第２分岐アノードガス供給路４２０の途中には、第２アノードガス供給量調整バルブ４２２が設けられている。

なお、第１スタック１００の各第１内部水素流路１９４の上流側は、合流して第１分岐アノードガス供給路４１０に至るように構成されている。第２スタック２００の第２内部水素流路２９４の上流側についても同様である。

第１スタック１００には、第１内部水素流路１９４から排気するための第１アノード排ガス流路４１４が接続されている。この第１アノード排ガス流路４１４は、第１カソード排ガス流路３１４へ至る第１アノード吸引路４３２と、メインアノードガス供給路４０２へ向かう第１アノード循環路４３４とに、分岐している。この分岐点には、第１三方調整弁４３０が設けられている。また、第１アノード循環路４３４は、メインアノードガス循環路４０４に接続されている。メインアノードガス循環路４０４は、メインアノードガス供給路４０２に接続されている。

同様に、第２スタック２００には、第２内部水素流路２９４から排気するための第２アノード排ガス流路４２４が接続されている。第２アノード排ガス流路４２４は、第２カソード排ガス流路３２４へ至る第２アノード吸引路４４２と、メインアノードガス供給路４０２へ向かう第２アノード循環路４４４とに、分岐している。この分岐点には、第２三方調整弁４４０が設けられている。第２アノード循環路４４４は、メインアノードガス循環路４０４に接続されている。

なお、第１スタック１００の各第１内部水素流路１９４の下流側は、合流して第１アノード排ガス流路４１４に至るように構成されている。第２スタック２００の第２内部水素流路２９４の下流側についても同様である。

第２実施例では、制御部５００ｂは、第１実施例と同様に、通常モードと排出モードとを切り替える。通常モードでは、第１内部水素流路１９４からの排ガスの全量が第１アノード循環路４３４へ流れるように第１三方調整弁４３０を制御する。第２三方調整弁４４０についても同様である。その結果、通常モードでは、内部水素流路１９４、２９４からの排ガスは、再び、内部水素流路１９４、２９４へ循環される。ここで、メインアノードガス循環路４０４やメインアノードガス供給路４０２に、ガスを循環させる循環装置（例えば、ポンプやエジェクタ）を設けても良い。

図７は、排出モードにおける燃料電池システム９００ｂの運転状態を示す説明図である。図７には、第１スタック１００に不具合の可能性が有る場合が示されている。図３に示す第１実施例との差異は、２点ある。１つ目の差異は、制御部５００ｂが、第１アノードガス供給量調整バルブ４１２の開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する点である。２つ目の差異は、制御部５００ｂが、第１三方調整弁４３０を、第１内部水素流路１９４からの排ガスの全量が第１アノード吸引路４３２へ流れるように、制御する点である。なお、第２スタック２００側の各バルブ（第２カソードガス供給量調整バルブ３２２、第２アノードガス供給量調整バルブ４２２、第２三方調整弁４４０）の開度設定は、通常モード（発電運転中）での設定と同じである。

以上の結果、排出モードでは、第１タービン３１６は、第１内部空気流路１９３に加えて第１内部水素流路１９４も吸引することとなる。従って、第２実施例では、第１内部空気流路１９３に蓄積した水に限らず、第１内部水素流路１９４に蓄積した水も排出することが可能となる。

なお、第２実施例のように、１つの第１タービン３１６で、カソード側の内部流路１９３と、アノード側の内部流路１９４との、両方を吸引する場合には、燃料ガスの排出を抑制するために、アノード側の内部流路１９４に対する燃料ガスの供給量をゼロにすることが好ましい。具体的には、第１アノードガス供給量調整バルブ４１２の開度を全閉に設定すればよい。ただし、この場合には、対象スタックでの発電が停止することとなる。

なお、図６に示す実施例では、両方のスタック１００、２００のアノード側内部流路１９４、２９４が吸引され得る構成を採用しているが、一方のスタックのアノード側内部流路のみが吸引され得る構成を採用してもよい。例えば、第２三方調整弁４４０を省略し、第２アノード排ガス流路４２４を直接にメインアノードガス循環路４０４に接続することとしてもよい。

Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における燃料電池システム９００ｃの構成を示すブロック図である。図１に示す燃料電池システム９００との差異は、タービン３１６、３２６の代わりに、エジェクタ３２８と排気弁３１８とを設けている点だけである。

第１カソード排ガス流路３１４には、排気弁３１８が設けられている。また、第２カソード排ガス流路３２４には、エジェクタ３２８が設けられている。このエジェクタ３２８は、さらに、第１カソード排ガス流路３１４のスタック１００と排気弁３１８との間にも接続されている。

エジェクタ３２８は、第２カソード排ガス流路３２４を流れる排ガスの流れを利用することによって、第１カソード排ガス流路３１４、すなわち、第１内部空気流路１９３内のガスを吸引することが可能である。このようなエジェクタの構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。例えば、ノズルとディフューザとを有する構成を採用可能である。

第３実施例では、制御部５００ｃは、第１実施例と同様に、通常モードと排出モードとを切り替える。制御部５００ｃは、通常モードでは、排気弁３１８の開度を、第１内部空気流路１９３からの排ガスが排気弁３１８を流れるような開度（例えば、全開）に設定する。

図９は、排出モードにおける燃料電池システム９００ｃの運転状態を示す説明図である。制御部５００ｃは、図３に示す第１実施例と同様に、第１カソードガス供給量調整バルブ３１２の開度を、通常モードでの開度よりも小さな値に設定する。さらに、制御部５００ｃは、排気弁３１８の開度を全閉に設定する。すると、通常モードと比べて、第１スタック１００への空気供給量に対する第２スタック２００への空気供給量の比率が大きくなるので、エジェクタ３２８が第１内部空気流路１９３内のガスを吸引する力も強くなる。その結果、第１内部空気流路１９３は、通常モードよりも強く減圧される。すると、第１内部空気流路１９３内に蓄積した水が蒸発し易くなるので、第１内部空気流路１９３に蓄積した水を排出することが可能となる。

なお、排出モードにおける排気弁３１８の開度としては、全閉に限らず、エジェクタ３２８が排気弁３１８を介して外部のガスを吸引することを抑制できるような種々の開度を採用可能である。但し、通常モードよりも小さい開度が好ましい。また、排出モードにおけるエジェクタ３２８の吸引力が十分に強い場合には、排気弁３１８を省略してもよい。また、図８に示す実施例では、第２カソード排ガス流路３２４のみにエジェクタ３２８が設けられているが、さらに、第１カソード排ガス流路３１４にもエジェクタを設けてもよい。

Ｄ．第４実施例：
図１０は、第４実施例における燃料電池システム９００ｄの構成を示すブロック図である。図１に示す燃料電池システム９００との差異は、カソードガス供給量調整バルブ３１２、３２２が省略されている点である。第４実施例では、制御部５００ｄは、上述した各実施例とは異なり、各内部空気流路１９３、２９３に対する空気供給量バランスの意図的な調整処理を、実行しない。ただし、各スタック１００、２００のうちの一方の内部空気流路に水が蓄積した場合には、蓄積した水が自然にタービンによって吸引される。

図１１は、第１内部空気流路１９３に水が蓄積した場合の燃料電池システム９００ｄの運転状態を示す説明図である。この場合には、空気が第１内部空気流路１９３内を流れにくくなるので、自然に、第１内部空気流路１９３を流れる空気量が減少し、第２内部空気流路２９３を流れる空気量が増加する。すると、第１カソード排ガス流路３１４を流れる排ガスの流速に対する第２カソード排ガス流路３２４を流れる排ガスの流速の比率も大きくなる。従って、第１タービン３１６は、第２タービン３２６に駆動されることによって、第１内部空気流路１９３内のガスを吸引することとなる。その結果、第１内部空気流路１９３に蓄積された水が自然に排出される。

こうして第１内部空気流路１９３から水が排出されたら、第１内部空気流路１９３における空気の流れ易さが元に戻るので、各内部空気流路１９３、２９４を流れる空気量も元に戻る。

以上、第１内部空気流路１９３に水が蓄積した場合を説明したが、第２内部空気流路２９３に水が蓄積した場合も同様に、蓄積した水は自然に排出される。このように、第４実施例では、一方の燃料電池スタックの内部空気流路に水が蓄積しても、蓄積した水は自然に排出される。

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や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態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

変形例１：
上記各実施例では、制御部５００、５００ｂ、５００ｃ（図１、図６、図８）が、本発明における「不具合判定部」としての機能を有している。また、第１と第２と第４の実施例（図１、図６、図１０）では、第１タービン３１６と第２タービン３２６との全体が、本発明における「ガス吸引部」に相当する。また、第３実施例（図８）では、エジェクタ３２８が、本発明における「ガス吸引部」に相当する。なお、ガス吸引部の構成としては、これらとは異なる種々の構成を採用可能である。一般に、一方の燃料電池スタック内のガスを、他方の燃料電池スタックの排ガスの運動エネルギを利用することによって吸引する任意の構成を採用可能である。ここで、排ガスの運動エネルギを他の形態（例えば、電気エネルギや熱エネルギ）に変換せずに利用する構成を採用することが好ましい。

変形例２：
上記第１〜第３実施例（図１、図６、図８）において、供給量調整バルブ３１２、３２２の開度設定モードとしては、上述した通常モードと排出モードとに限らず、他の種々のモードを採用可能である。ただし、制御部５００、５００ｂ、５００ｃが、少なくとも排出モードを有することが好ましい。ここで、排出モードとは、ガス吸引部が、対象スタックの内部空気流路のガスを吸引するように、各バルブ３１２、３２２の開度を設定する動作モードを意味している。なお、排出モードにおける各バルブ３１２、３２２の開度は、予め実験に基づいて定めておけばよい。

さらに、制御部５００、５００ｂ、５００ｃは、排出モードに加えて、ガス吸引部による減圧の程度が排出モードと比べて弱い通常モードを有することが好ましい。このような通常モードと排出モードとしては、例えば、以下の関係Ｒ１が成立する設定モードを採用可能である。
「関係Ｒ１：排出モードにおける損失係数比率が、通常モードにおける損失係数比率と比べて小さい」
ここで、「損失係数比率」とは、対象スタックに接続されたガス供給路の損失係数に対する、他方の燃料電池スタックに接続されたガス供給路の損失係数の比率を意味している。また、「損失係数」とは、流路におけるガスの流れにくさを示す指標を意味している。損失係数としては、例えば、流路を流れるガスの圧力損失が、流路を流れるガスの流速の２乗に比例すると仮定したときの比例定数を用いることができる。このような損失係数は実験によって取得可能である。

ここで、上述の関係Ｒ１が成り立つと仮定する。制御部５００、５００ｂ、５００ｃが、動作モードを排出モードから通常モードに切り替えると、対象スタックへのガス供給量に対する他方の燃料電池スタックへのガス供給量の比率が小さくなる。すると、対象スタックから排出される排ガスの流量に対する、ガス吸引部が利用可能な他方のスタックの排ガスの運動エネルギの比率も小さくなる。従って、通常モードにおける対象スタックの減圧の程度は、排出モードと比べて弱くなる。その結果、対象スタックにおける発電効率が過剰に低下することを抑制できる。逆に、動作モードを通常モードから排出モードに切り替えることによって、対象スタックに蓄積した水を排出することができる。

なお、通常モードを基準としたときの、排出モードにおける各供給量調整バルブ３１２、３２２の開度設定としては、対象スタック側の供給量調整バルブの開度が小さい設定に限らず、他の種々の設定を採用可能である。例えば、対象スタック側の供給量調整バルブの開度を小さくするとともに、さらに、他方のスタック側の供給量調整バルブの開度を大きくすることとしてもよい。また、対象スタック側の供給量調整バルブの開度を変更せずに、他方のスタック側の供給量調整バルブの開度を大きくすることとしてもよい。一般には、上述の関係Ｒ１が成立するような任意の開度設定を採用可能である。

なお、損失係数調整部としては、ガス供給量調整バルブ３１２、３２２に限らず、ガス流路の損失係数を調整可能な任意の装置を採用可能である。例えば、図１の燃料電池システム９００において、メインカソードガス供給路３０２と２つの分岐カソードガス供給路３１０、３２０との合流点に三方弁を設けてもよい。こうすれば、三方弁を制御することによって、各スタック１００、２００へのガス供給量の比率を調整することができる。

変形例３：
上記各実施例では、１つのエアコンプレッサ３００が、２つの燃料電池スタック１００、２００に酸化ガスを供給することとしているが、この代わりに、各燃料電池スタック１００、２００のそれぞれに、独立のエアコンプレッサを接続することとしてもよい。例えば、燃料電池システム９００、９００ｂ、９００ｃ（図１、図６、図８）において、各分岐カソードガス供給路３１０、３２０のそれぞれを、互いに異なるコンプレッサに接続してもよい。この場合には、制御部５００、５００ｂ、５００ｃは、対象スタック側のコンプレッサ（「対象側コンプレッサ」とも呼ぶ）による空気供給量に対する、他方の燃料電池スタック側のコンプレッサ（「他方側コンプレッサ」とも呼ぶ）による空気供給量の比率を大きくすることによって、対象スタックから水を排出することが可能となる。例えば、通常モードを基準としたときに、排出モードにおける対象側コンプレッサによる供給量が小さくなるように、対象側コンプレッサの駆動量を制御してもよい（例えば、回転数を下げる）。また、排出モードにおける他方側コンプレッサによる供給量が大きくなるように、他方側コンプレッサの駆動量を制御してもよい（例えば、回転数を上げる）。ここで、排出モードにおいて、いずれか一方のコンプレッサの供給量（駆動量）のみを変更することとしてもよく、両方のコンプレッサの供給量（駆動量）を変更することとしてもよい。なお、通常モードでの各コンプレッサの供給量（駆動量）は、ガス吸引部による吸引力が、排出モードでの吸引力よりも小さくなるように、予め設定しておくことが好ましい。

なお、酸化ガスを供給する供給部としては、エアコンプレッサに限らず、周知の種々の装置を採用可能である。

変形例４：
上記各実施例では、ガス吸引部が、カソード側の内部空気流路を吸引することとしているが、この代わりに、アノード側の内部水素流路のみを吸引することとしてもよい。ただし、通常の燃料電池では、アノードと比べてカソードに蓄積される水の量が多い傾向にあるので、少なくとも、カソード側の内部空気流路を吸引することが好ましい。

また、上記各実施例では、ガス吸引部は、内部空気流路の排ガスを利用することとしているが、この代わりに、内部水素流路の排ガスを利用することとしてもよい。ただし、吸引に利用するガスは、吸引の対象となるガスと同一のガスであることが好ましい。いずれの場合も、ガス吸引部は、燃料電池スタック内部の発電用反応ガスが流れる流路からの排ガスを利用することが好ましい。こうすれば、ガス吸引部の駆動装置（例えばモータ）を別途設けずに済む。

さらに、上記各実施例では、ガス吸引部が、排ガス流路（例えば、図１の第１カソード排ガス流路３１４）を介して内部反応ガス流路（例えば、内部空気流路１９３）内のガスを吸引することとしているが、ガス吸引部がガスを吸引する位置は、内部反応ガス流路に連通する任意の位置に設定可能である。例えば、ガス吸引部がガス供給路（例えば、第１分岐カソードガス供給路３１０）を介して吸引する構成を採用してもよく、内部反応ガス流路の途中から吸引する構成を採用してもよい。ただし、内部反応ガス流路に蓄積する水の量は、内部反応ガス流路の下流側ほど多くなる傾向にある。従って、ガス吸引部が排ガス流路を介して吸引する構成を採用すれば、内部反応ガス流路に蓄積した水を効率よく排出することが可能となる。

変形例５：
上記第１〜第３実施例において、制御部５００、５００ｂ、５００ｃが、実行する動作モードを決定する方法としては、不具合判定結果に応じて動作モードを切り替える方法に限らず、他の種々の方法を採用可能である。例えば、制御部５００、５００ｂ、５００ｃが、実行する動作モードをユーザの指示に従って決定することとしてもよい。

変形例６：
上記各実施例では、２つの燃料電池スタック１００、２００を用いることとしているが、３つ以上の燃料電池スタックを用いることとしてもよい。この場合も、各燃料電池スタックの排ガス流路に、互いに機械的に連結されたタービンを設ければよい。こうすれば、各燃料電池スタックへのガス供給量を調整することによって、各タービンによって生成される駆動力のバランスを調整することが可能となる。その結果、駆動力が比較的小さいタービンは、駆動力が比較的大きな他のタービンによって駆動されることによって、燃料電池スタック内のガスを吸引することが可能となる。

変形例７：
上記各実施例において、燃料電池スタック１００、２００としては、固体高分子電解質型燃料電池に限らず、固体酸化物電解質型や、リン酸電解質型や、アルカリ水溶液電解質型や、溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を採用可能である。

本発明の一実施例としての燃料電池システム９００の構成を示すブロック図。 発電運転中に制御部５００が実行する開度制御処理の手順を示すフローチャート。 排出モードにおける燃料電池システム９００の運転状態を示す説明図。 停止処理において制御部５００が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャート。 起動処理において制御部５００が実行する開度制御処理の手順の一例を示すフローチャート。 第２実施例における燃料電池システム９００ｂの構成を示すブロック図。 排出モードにおける燃料電池システム９００ｂの運転状態を示す説明図。 第３実施例における燃料電池システム９００ｃの構成を示すブロック図。 排出モードにおける燃料電池システム９００ｃの運転状態を示す説明図。 第４実施例における燃料電池システム９００ｄの構成を示すブロック図。 第１内部空気流路１９３に水が蓄積した場合の燃料電池システム９００ｄの運転状態を示す説明図。

符号の説明

１００...第１燃料電池スタック
１３０...第１電圧センサ
１３２...第１温度センサ
１３４...第１湿度センサ
１９３...第１内部空気流路
１９４...第１内部水素流路
２００...第２燃料電池スタック
２３０...第２電圧センサ
２３２...第２温度センサ
２３４...第２湿度センサ
２９３...第２内部空気流路
２９４...第２内部水素流路
３００...エアコンプレッサ
３０２...メインカソードガス供給路
３１０...第１分岐カソードガス供給路
３１２...第１カソードガス供給量調整バルブ
３１４...第１カソード排ガス流路
３１６...第１タービン
３１８...排気弁
３２０...第２分岐カソードガス供給路
３２２...第２カソードガス供給量調整バルブ
３２４...第２カソード排ガス流路
３２６...第２タービン
３２８...エジェクタ
４００...水素供給装置
４０２...メインアノードガス供給路
４０４...メインアノードガス循環路
４１０...第１分岐アノードガス供給路
４１２...第１アノードガス供給量調整バルブ
４１４...第１アノード排ガス流路
４２０...第２分岐アノードガス供給路
４２２...第２アノードガス供給量調整バルブ
４２４...第２アノード排ガス流路
４３０...第１三方調整弁
４３２...第１アノード吸引路
４３４...第１アノード循環路
４４０...第２三方調整弁
４４２...第２アノード吸引路
４４４...第２アノード循環路
５００、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ...制御部
９００、９００ｂ、９００ｃ、９００ｄ...燃料電池システム

Claims (15)

1. 燃料電池システムであって、
   第１内部反応ガス流路を有する第１燃料電池スタックと、
   第２内部反応ガス流路を有する第２燃料電池スタックと、
   前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
   を備える、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、さらに、
   前記第１内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第１供給路と、
   前記第２内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第２供給路と、
   前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第１内部反応ガス流路と前記第２内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
   前記各部の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記供給量調整部の制御モードとして、前記第１内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第２内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードと、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードと、を有し、さらに、
   前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引させる、
   燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記第１供給路と前記第２供給路とに接続されるとともに前記反応ガスを前記各供給路に供給する反応ガス供給部を備え、
   前記供給量調整部は、前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されたバルブであって、前記バルブが接続された供給路における前記反応ガスの流量を調整可能な調整バルブを有する、
   燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第１供給路に設けられるとともに前記第１内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、
   前記制御部は、
   前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定し、
   前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定する、
   燃料電池システム。
5. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記供給量調整部は、前記調整バルブとして、前記第２供給路に設けられるとともに前記第２内部反応ガス流路に対する前記反応ガスの供給量を調整可能な供給量調整バルブを有し、
   前記制御部は、
   前記標準モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的小さな値に設定し、
   前記排出モードでは、前記供給量調整バルブの開度を比較的大きな値に設定する、
   燃料電池システム。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記第１内部反応ガス流路における水の蓄積による不具合の可能性の有無を判定する不具合判定部を備え、
   前記制御部は、
   前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされた場合には、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御し、
   前記不具合判定部によって不具合の可能性無しとの判定がされた場合には、前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する、
   燃料電池システム。
7. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記第１内部反応ガス流路からの排ガスの湿度を測定する湿度センサを備え、
   前記不具合判定部は、前記湿度センサによって測定された湿度が、湿度しきい値以上である場合に、不具合の可能性有りと判定する、
   燃料電池システム。
8. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
   前記第１燃料電池スタックは、複数の単セルを含み、
   前記燃料電池システムは、さらに、前記各単セルの電圧を測定する電圧センサを備え、
   前記不具合判定部は、前記各単セルの電圧に基づいて前記判定を行う、
   燃料電池システム。
9. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記第１燃料電池の電力を少なくとも含む発電電力を測定する電力センサを備え、
   前記不具合判定部は、前記発電電力の積算値である積算電力を算出するとともに、前記積算電力が所定の基準積算電力だけ増加する毎に、不具合の可能性有りと判定し、
   前記制御部は、前記不具合判定部によって不具合の可能性有りとの判定がされる毎に、前記排出モードに従って前記供給量調整部を制御する排出処理と、前記排出処理の後に前記標準モードに従って前記供給量調整部を制御する標準処理と、を含む一連の処理を実行する、
   燃料電池システム。
10. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記第１内部反応ガス流路の温度を反映する動作温度を測定する温度センサを備え、
    前記不具合判定部は、前記動作温度が温度しきい値以下である場合に、不具合の可能性有りと判定する、
    燃料電池システム。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、
    前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、
    を備え、
    前記ガス吸引部は、
    前記第１排ガス流路に設けられた第１タービンと、
    前記第１タービンと機械的に連結されるとともに前記第２排ガス流路に設けられた第２タービンと、を有し、
    前記第１タービンと前記第２タービンとは、
    前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスが前記第２タービンを駆動することによって、前記第２タービンが前記第１タービンを駆動するとともに、前記第１タービンが前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されている、
    燃料電池システム。
12. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、
    前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、
    を備え、
    前記ガス吸引部は、
    前記第２排ガス流路に設けられるとともに、前記第１排ガス流路に連通するエジェクタを含み、
    前記エジェクタは、前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの流れを利用することによって、前記第１排ガス流路を介して前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するように構成されている、
    燃料電池システム。
13. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記第１内部反応ガス流路に接続された第１排ガス流路と、
    前記第２内部反応ガス流路に接続された第２排ガス流路と、
    所定の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
    前記反応ガス供給部と前記第１内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第１内部反応ガス流路へ供給する第１供給路と、
    前記反応ガス供給部と前記第２内部反応ガス流路とを接続するとともに、前記反応ガスを前記第２内部反応ガス流路へ供給する第２供給路と、を備え、
    前記ガス吸引部は、
    前記第１排ガス流路に設けられた第１タービンと、
    前記第１タービンと機械的に連結されるとともに前記第２排ガス流路に設けられた第２タービンと、を有し、
    前記第１タービンと前記第２タービンとは、
    （Ａ）前記第１排ガス流路を流れる前記第１内部反応ガス流路からの排ガスの流速に対する前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの流速の比率である流速比率が比較的大きい場合には、前記第２排ガス流路を流れる前記第２内部反応ガス流路からの排ガスが前記第２タービンを駆動することによって、前記第２タービンが前記第１タービンを駆動するとともに、前記第１タービンが前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引し、
    （Ｂ）前記流速比率が比較的小さい場合には、前記第１排ガス流路を流れる前記第１内部反応ガス流路からの排ガスが前記第１タービンを駆動することによって、前記第１タービンが前記第２タービンを駆動するとともに、前記第２タービンが前記第２内部反応ガス流路内のガスを吸引するように、構成されている、
    燃料電池システム。
14. 燃料電池システムを制御する方法であって、
    前記燃料電池システムは、
    第１内部反応ガス流路を有する第１燃料電池スタックと、
    第２内部反応ガス流路を有する第２燃料電池スタックと、
    前記第１内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第１供給路と、
    前記第２内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第２供給路と、
    前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
    前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第１内部反応ガス流路と前記第２内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
    を備え、
    前記制御方法は、
    （Ａ）前記第１内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第２内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードで前記供給量調整部を制御する工程と、
    （Ｂ）前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードで前記供給量調整部を制御することによって、前記ガス吸引部に前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引させる工程と、
    を備える、制御方法。
15. 燃料電池システムを制御する処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
    前記燃料電池システムは、
    第１内部反応ガス流路を有する第１燃料電池スタックと、
    第２内部反応ガス流路を有する第２燃料電池スタックと、
    前記第１内部反応ガス流路に接続された所定の反応ガスの供給路である第１供給路と、
    前記第２内部反応ガス流路に接続された前記反応ガスの供給路である第２供給路と、
    前記第２内部反応ガス流路からの排ガスの運動エネルギを利用することによって、前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引するガス吸引部と、
    前記第１供給路と前記第２供給路との少なくとも一方に接続されるとともに、前記第１内部反応ガス流路と前記第２内部反応ガス流路との少なくとも一方への前記反応ガスの供給量を調整する供給量調整部と、
    を備え、
    前記コンピュータプログラムは、
    （Ａ）コンピュータに、前記第１内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量に対する前記第２内部反応ガス流路への前記反応ガス供給量の比率である供給量比率が比較的小さな値となるように前記供給量調整部を制御する標準モードで前記供給量調整部を制御させる機能と、
    （Ｂ）コンピュータに、前記供給量比率が比較的大きな値となるように前記供給量調整部を制御する排出モードで前記供給量調整部を制御させることによって、前記ガス吸引部に前記第１内部反応ガス流路内のガスを吸引させる機能と、
    を実現させるコンピュータプログラム。

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