JP2021103670A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の低下を抑制した燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムにおいて、燃料電池４と、アノードガスを噴射する噴射装置２６と、エジェクタ機構２９と、供給通路２１と、燃料電池から排出されたアノードガスをエジェクタ機構に戻す再循環通路２３と、噴射装置を制御することにより、燃料電池に供給されるアノードガスの圧力が上昇する昇圧期間と下降する降圧期間とが交互に繰り返すように圧力を所定の範囲内で脈動させる運転を実行する制御装置３と、を備える。昇圧期間において燃料電池で消費されるアノードガスの消費量よりも多い噴射量のアノードガスを噴射装置から噴射させ、降圧期間において消費量よりも少ない噴射量のアノードガスを噴射装置から噴射させる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムでは、燃料電池に供給されるアノードガスの圧力を所定の範囲内で脈動させる脈動運転が実施される場合がある。このような脈動運転では、噴射装置からアノードガスが噴射されてアノードガスの圧力が上昇する昇圧期間と、アノードガスの噴射が停止されてアノードガスが燃料電池の発電に使用されてアノードガスの圧力が低下する降圧期間とを繰り返す。昇圧期間では、アノードガスが噴射されて燃料電池内でアノードガスが流動し、燃料電池内からの液水や窒素などの不純物の排出を促進させることができる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１２３５０１号公報

降圧期間では、燃料電池内でのアノードガスの流動性が低下し、例えば燃料電池内の所定の位置に液水や不純物が留まる可能性がある。これにより降圧期間においては、燃料電池内で部分的にアノードガスが供給されにくい箇所が発生し、燃料電池の発電効率が低下する可能性がある。

そこで、燃料電池の発電効率の低下を抑制した燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的は、燃料電池と、アノードガスを噴射する噴射装置と、前記噴射装置から噴射された前記アノードガスが通過するエジェクタ機構と、前記燃料電池から排出された前記アノードガスを前記エジェクタ機構に戻す循環通路と、前記噴射装置から噴射された前記アノードガスと共に前記燃料電池から排出された前記アノードガスを前記エジェクタ機構から前記燃料電池に供給する供給通路と、前記噴射装置を制御することにより、前記燃料電池に供給される前記アノードガスの圧力が上昇する昇圧期間と下降する降圧期間とが交互に繰り返すように前記圧力を所定の範囲内で脈動させる脈動運転を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記昇圧期間において前記燃料電池で消費される前記アノードガスの消費量よりも多い噴射量の前記アノードガスを前記噴射装置から噴射させ、前記降圧期間において前記消費量よりも少ない噴射量の前記アノードガスを前記噴射装置から噴射させる、燃料電池システムによって達成できる。

上記構成によれば、降圧期間にアノードガスを噴射することにより、噴射装置から噴射されたアノードガスと共に燃料電池から排出されたアノードガスもエジェクタ機構から燃料電池に供給される。これにより、降圧期間において燃料電池内でアノードガスの流動性の低下が抑制され、燃料電池内の所定の位置に液水や不純物が留まることを抑制できる。また、昇圧期間において燃料電池で消費されるアノードガスの消費量よりも多い噴射量のアノードガスを噴射装置から噴射させ、降圧期間において消費量よりも少ない噴射量のアノードガスを噴射装置から噴射させることにより、アノードガスの圧力が上昇と下降とを繰り返す脈動運転を維持することができる。このため、昇圧期間では燃料電池内から液水や不純物の排出を促進できる。以上により、燃料電池の発電効率の低下を抑制できる。

前記制御装置は、前記降圧期間において、前記噴射装置から前記アノードガスを間欠的に噴射させてもよい。

前記噴射装置は、前記制御装置により開度が制御される弁を有し、前記弁の開度が増大するほど前記アノードガスの噴射流量が増大し、前記制御装置は、前記降圧期間において、前記昇圧期間よりも前記弁の開度を小さく維持することにより前記噴射装置から前記アノードガスを連続的に噴射させてもよい。

前記制御装置は、前記降圧期間において、前記アノードガスの噴射が休止している期間を０．５秒以下に制御してもよい。

前記制御装置は、前記降圧期間において、前記圧力が一時的に上昇するように前記噴射装置から前記アノードガスを噴射させてもよい。

前記噴射装置は、前記アノードガスを噴射する第１及び第２噴射装置を含み、前記第２噴射装置は、前記第１噴射装置よりも前記アノードガスの噴射流量が大きく、前記制御装置は、前記昇圧期間において少なくとも前記第２噴射装置から前記アノードガスを噴射させ、前記降圧期間において前記第２噴射装置からの前記アノードガスの噴射を停止して前記第１噴射装置から前記アノードガスを噴射させてもよい。

前記エジェクタ機構は、前記第１及び第２噴射装置の何れかからも噴射された前記アノードガスが通過する単一のエジェクタを含んでもよい。

前記エジェクタ機構は、前記第１及び第２噴射装置のそれぞれの下流に配置された第１及び第２エジェクタを含み、前記循環通路は、互いに分岐して前記第１及び第２エジェクタにそれぞれ接続された第１及び第２分岐通路を含んでもよい。

前記制御装置は、中及び低負荷運転時に前記脈動運転を実行してもよい。

燃料電池の発電効率の低下を抑制した燃料電池システムを提供できる。

図１は、燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、比較例の脈動運転のタイミングチャートである。 図３は、本実施例での間欠噴射脈動運転のタイミングチャートである。 図４Ａは、アノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートであり、図４Ｂは、間欠噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。 図５は、第１変形例の燃料電池システムのアノードガス供給系の概略構成図である。 図６は、第１変形例の継続噴射脈動運転のタイミングチャートである。 図７Ａは、第１変形例でのアノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートであり、図７Ｂは、継続噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。 図８Ａは、第２変形例の燃料電池システムのアノードガス供給系の概略構成図であり、図８Ｂは、マルチノズルエジェクタの概略構成図である。 図９は、第２変形例での間欠噴射脈動運転のタイミングチャートである。 図１０Ａは、第２変形例でのアノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートであり、図１０Ｂは、第２変形例での間欠噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。 図１１は、第３変形例の燃料電池システムのアノードガス供給系の概略構成図である。

［燃料電池システムの構成］
図１は、燃料電池システム１の概略構成図である。燃料電池システム１は、車両に搭載されており、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３、燃料電池（以下、ＦＣと称する）４、二次電池（以下、ＢＡＴと称する）８、カソードガス供給系１０、アノードガス供給系２０、及び電力制御系３０を含む。尚、燃料電池システム１は、ＦＣ４に冷却水を循環させて冷却する不図示の冷却系を含む。また、燃料電池システム１が搭載された車両は、走行用のモータ５０や、車輪５、アクセル開度センサ６を備えている。

ＦＣ４は、カソードガスとアノードガスの供給を受けて発電する固体高分子電解質型の単セルが複数積層されている。ＦＣ４内には、カソードガスが流れるカソード流路４ｃと、アノードガスが流れるアノード流路４ａとが形成されている。単セルは、膜電極接合体とそれを挟持するカソード側のセパレータとアノード側のセパレータとから構成される。カソード流路４ｃは、主に膜電極接合体とカソード側のセパレータとの間で画定され、カソードガスが流通可能な空間である。アノード流路４ａは、膜電極接合体とアノード側のセパレータとの間で画定され、アノードガスが流通可能な空間である。膜電極接合体は、電解質膜、電解質膜のカソード流路４ｃ側の面に形成されたカソード触媒層、及び電解質膜のアノード流路４ａ側の面に形成されたアノード触媒層を含む。

カソードガス供給系１０は、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ４に供給し、供給管１１、排出管１２、バイパス管１３、エアコンプレッサ１４、三方弁１５、インタークーラ１６、背圧弁１７、及び加湿器１８を含む。供給管１１は、ＦＣ４のカソード入口マニホールドに接続されている。エアコンプレッサ１４、三方弁１５、及び背圧弁１７の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。排出管１２は、ＦＣ４のカソード出口マニホールドに接続されている。バイパス管１３は供給管１１及び排出管１２を連通している。三方弁１５は、供給管１１とバイパス管１３との接続部分に設けられている。三方弁１５は供給管１１とバイパス管１３との連通状態を切り替える。エアコンプレッサ１４、三方弁１５、及びインタークーラ１６は、供給管１１上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７は、排出管１２上であって、排出管１２とバイパス管１３との接続部分よりも上流側に配置されている。加湿器１８は、供給管１１及び排出管１２に亘って設けられており、具体的には、インタークーラ１６よりも下流側の供給管１１上に設けられ、背圧弁１７よりも上流側の排出管１２上に設けられている。

エアコンプレッサ１４は、カソードガスとして酸素を含む空気を、供給管１１を介してＦＣ４に供給する。ＦＣ４に供給されたカソードガスは、排出管１２を介して排出される。インタークーラ１６は、ＦＣ４に供給されるカソードガスを冷却する。背圧弁１７は、ＦＣ４のカソード側の背圧を調整する。ＥＣＵ３は、エアコンプレッサ１４の回転速度を制御することにより、ＦＣ４に供給されるカソードガスの流量を調整できる。また、ＥＣＵ３は、三方弁１５及び背圧弁１７の開度を制御することにより、ＦＣ４に供給されるカソードガスの流量及びバイバスされるカソードガスの流量を調整することができる。加湿器１８は、排出管１２を流れるＦＣ４から排出されたカソードオフガス中の水分を利用して、供給管１１を流れるＦＣ４に供給される前のカソードガスを加湿する。加湿器１８内には、カソードガスが流れる流路とカソードオフガスが流れる流路とを仕切るように水分透過膜が設けられており、この水分透過膜を介してカソードオフガス中の水分がカソードガス側に透過することにより、カソードガスが加湿される。尚、三方弁１５の代わりに、供給管１１上に封止弁を設け、バイパス管１３上に分流弁を設けてもよい。

アノードガス供給系２０は、アノードガスとして水素ガスをＦＣ４に供給し、タンク２０Ｔ、供給管２１、排出管２２、循環管２３、タンク弁２４、調圧弁２５、インジェクタ（以下、ＩＮＪと称する）２６、気液分離器２７、排水弁２８、及びエジェクタ（以下、ＥＪと称する）２９を含む。タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、及び排水弁２８の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。タンク２０ＴとＦＣ４のアノード入口マニホールドは、供給管２１により接続されている。タンク２０Ｔには、アノードガスである水素ガスが貯留されている。タンク弁２４、調圧弁２５、及びＩＮＪ２６は、供給管２１の上流側から順に配置されている。循環管２３の一端は、ＦＣ４のアノード出口マニホールドに接続され、循環管２３の他端は、ＥＪ２９に接続され、循環管２３の途中に気液分離器２７が配置されている。排出管２２の一端は、気液分離器２７の重力方向下端に接続されており、排出管２２の他端は、カソードガス供給系１０の排出管１２に接続されており、排出管２２の途中には、排水弁２８が設けられている。

タンク弁２４が開いた状態で調圧弁２５の開度が調整され、ＩＮＪ２６が開弁することによりアノードガスが噴射される。ＩＮＪ２６は、噴射装置の一例である。ＩＮＪ２６から噴射されたアノードガスは、ＥＪ２９を通過して供給管２１を流れてＦＣ４に供給される。供給管２１のＩＮＪ２６及びＥＪ２９よりも下流側であってＦＣ４のアノード入口マニホールドよりも上流側には、圧力センサＳが設けられている。圧力センサＳは、ＦＣ４に供給されるアノードガスの圧力を代表する値として、供給管２１のＩＮＪ２６及びＥＪ２９よりも下流側での圧力を検出する。気液分離器２７は、ＦＣ４から排出されたアノードガスから水分を分離して貯留する。気液分離器２７に貯留された水は、排水弁２８が開くことにより、排出管２２及び１２を介して燃料電池システム１の外部へと排出される。循環管２３は、ＦＣ４から排出されたアノードガスを再びＦＣ４へ還流させるため配管であり、循環通路の一例である。ＩＮＪ２６から噴射されたアノードガスがＥＪ２９を通過することによりＥＪ２９内で負圧が発生し、この負圧によりＦＣ４から排出されたアノードガスは、気液分離器２７を介してＥＪ２９へ吸引され、ＩＮＪ２６から噴射されたアノードガスと共に供給管２１を流れてＦＣ４に供給される。供給管２１は、供給通路の一例である。ＥＪ２９は、エジェクタ機構の一例である。

ＩＮＪ２６は、アノードガスを噴射する噴射孔を有する弁座と、ソレノイドにより駆動されて噴射孔を開閉する弁体と、弁体を弁座に向けて付勢するスプリング等を備える。ＩＮＪ２６のソレノイドが通電されると、弁体が弁座から離隔して噴射孔からアノードガスが噴射される。ＩＮＪ２６のソレノイドへの通電が遮断されると、スプリングの付勢力に従って弁体が弁座に当接してアノードガスの噴射は停止する。

電力制御系３０は、ＦＣ４の放電及びＢＡＴ８の充放電を制御する。電力制御系３０は、燃料電池ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＤＣと称する）３２、バッテリＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＢＤＣと称する）３４、モータインバータ（以下、ＭＩＮＶと称する）３８、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９を含む。ＦＤＣ３２は、ＥＣＵ３から送信される要求電流値に基づきＦＣ４による出力電流を制御すると共に、ＦＣ４からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＢＤＣ３４は、ＢＡＴ８からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＦＣ４の発電電力は、ＢＡＴ８に充電可能である。ＭＩＮＶ３８は、入力された直流電力を三相交流電力に変換してモータ５０へ供給する。モータ５０は、車輪５を駆動して車両を走行させる。ＦＣ４及びＢＡＴ８の電力は、ＡＩＮＶ３９を介してモータ５０以外の負荷装置にも供給可能である。ここで負荷装置は、ＦＣ４用の補機と、車両用の補機とを含む。ＦＣ４用の補機とは、上述したエアコンプレッサ１４、三方弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、及び排水弁２８を含む。車両用の補機は、例えば空調設備や、照明装置、ハザードランプ等を含む。尚、ＢＤＣ３４やＦＤＣ３２を備えずに、ＦＣ４又はＢＡＴ８が直接ＭＩＮＶ３８に接続される構成であってもよい。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６、エアコンプレッサ１４、三方弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、ＦＤＣ３２、ＢＤＣ３４、及び圧力センサＳが電気的に接続されている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６の検出値や上述した車両用の補機及びＦＣ４用の補機の駆動状態、ＢＡＴ８の蓄電電力等に基づいて、ＦＣ４への要求出力を算出し、この要求出力に基づいてＦＣ４への要求電流値を算出する。また、ＥＣＵ３は、ＦＣ４への要求出力に応じてエアコンプレッサ１４、及びＩＮＪ２６を制御してＦＣ４に供給されるカソードガス及びアノードガスの流量を制御しつつ、ＦＣ４の要求電流値に基づいてＦＤＣ３２を制御することによりＦＣ４の出力電流を制御する。ＥＣＵ３は、ＩＮＪ２６を制御する制御装置の一例である。

ここで、ＦＣ４の発電反応によりカソード流路４ｃ内で発生した生成水やカソードガス中に含まれている窒素等が電解質膜を透過して、アノード流路４ａ内に液水や不純物が発生する場合がある。ＥＣＵ３は、アノード流路４ａからの液水や不純物の排出を促進するために、ＦＣ４に供給されるアノードガスの圧力を脈動させる脈動運転を実行する。本実施例の脈動運転について説明する前に、比較例の脈動運転について説明する。

［比較例の脈動運転］
図２は、比較例の脈動運転のタイミングチャートである。図２には、ＦＣ４に供給されるアノードガスの圧力Ｐと、ＩＮＪ２６の通電状態と、ＦＣ４のアノード流路４ａに流入するアノードガスの流量Ｆとを示している。流量Ｆは、ＩＮＪ２６から噴射されたアノードガスの流量と、ＦＣ４から排出されて循環管２３及びＥＪ２９を介して再びＦＣ４に循環するアノードガスの流量との合計である。

時刻ｔ０ｘで、圧力センサＳにより検出される圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下となると、ＥＣＵ３はＩＮＪ２６をオフからオンに切り替える。これにより、ＩＮＪ２６からアノードガスが噴射されてＥＪ２９を介してＦＣ４に供給され、これに伴いＦＣ４から排出されたアノードガスも循環管２３及びＥＪ２９を介してＦＣ４に供給される。ＩＮＪ２６がアノードガスを噴射している期間では、圧力Ｐが上昇し、流量Ｆは所定値まで上昇してその後に略一定となる。ＩＮＪ２６からアノードガスが噴射されている間に圧力Ｐが上昇する理由は、この期間でＦＣ４の発電により消費されるアノードガスの消費量よりも多い噴射量のアノードガスがＩＮＪ２６から噴射されているからである。

時刻ｔ１ｘで圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上となると、ＥＣＵ３はＩＮＪ２６をオンからオフに切り替える。これにより、ＩＮＪ２６からのアノードガスの噴射は停止され、圧力Ｐ及び流量Ｆは低下し始め、流量Ｆは略ゼロとなる。アノードガスの噴射が停止されている期間で圧力Ｐが低下する理由は、噴射が停止されている期間においてもＦＣ４は発電によりアノードガスが消費されているからである。

時刻ｔ２ｘで再び圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下となると、ＩＮＪ２６からアノードガスが噴射され、時刻ｔ３ｘで圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上となるとＩＮＪ２６からのアノードガスの噴射が停止される。同様に、時刻ｔ４ｘでＩＮＪ２６からアノードガスが噴射され、時刻ｔ５ｘでＩＮＪ２６からのアノードガスの噴射が停止される。このように、圧力Ｐが圧力上限値ＰＵと圧力下限値ＰＬとの範囲で脈動する。比較例では、時刻ｔ０ｘ〜ｔ１ｘ、時刻ｔ２ｘ〜３ｘ、及び時刻ｔ４ｘ〜ｔ５ｘの期間は圧力Ｐが上昇する昇圧期間に相当し、時刻ｔ１ｘ〜ｔ２ｘ、時刻３ｘ〜４ｘの期間は圧力Ｐが降下する降圧期間に相当する。

上述したように比較例では、降圧期間では流量Ｆは徐々に低下して略ゼロとなる。このように降圧期間ではＦＣ４のアノード流路４ａ内でアノードガスが流動しにくくなる。これによりアノード流路４ａの所定の箇所に液水や不純物が留まり、膜電極接合体のアノード触媒層の一部分にアノードガスが供給されにくい箇所が発生し、膜電極接合体の一部分で発電反応が生じにくくなり、ＦＣ４の発電効率が低下する可能性がある。

［本実施例の脈動運転］
本実施例では、間欠噴射脈動運転と通常脈動運転とが実行される。通常脈動運転については後述し、先に間欠噴射脈動運転について説明する。

［間欠噴射脈動運転］
図３は、本実施例での間欠噴射脈動運転のタイミングチャートである。図３には、図２と同様に、アノードガスの圧力Ｐと、ＩＮＪ２６の通電状態と、アノードガスの流量Ｆとを示している。本実施例の間欠噴射脈動運転についても比較例と同様、時刻ｔ０で圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下になるとＩＮＪ２６がアノードガスを噴射し、時刻ｔ１で圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上になるとＩＮＪ２６のアノードガスの噴射が停止される。その後も同様に、時刻ｔ２で圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下になるとＩＮＪ２６がアノードガスを噴射し、時刻ｔ３で圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上になるとＩＮＪ２６のアノードガスの噴射が停止される。

ここで、本実施例では時刻ｔ１〜ｔ２の降圧期間において、ＥＣＵ４はＩＮＪ２６によりアノードガスを間欠的に噴射させる。降圧期間における間欠噴射では、略一定の周期で、ＩＮＪ２６からアノードガスが噴射される噴射期間と、噴射が一時的に休止される休止期間とが交互に繰り返される。噴射期間中では、圧力Ｐが一時的に上昇して流量Ｆも一時的に増大する。休止期間中では、圧力Ｐが低下し流量Ｆも低下する。このように、降圧期間においてもＦＣ４のアノード流路４ａ内でのアノードガスを流動させることができ、アノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まることを抑制できる。これによりＦＣ４の膜電極接合体の全面にわたってアノードガスが供給され、ＦＣ４の発電効率の低下が抑制される。尚、燃料電池システム１がＥＪ２９を備えていることにより、降圧期間での間欠噴射での１回あたりの噴射期間が短くても、ＦＣ４から排出されたアノードガスをＥＪ２９により吸引でき、これによりアノード流路４ａ内でのアノードガスの流動性を確保することができる。

図３には、降圧期間における間欠噴射での休止期間であるΔｔを示しているが、Δｔは０．５秒以下が好ましく、更に好ましくは０．１秒以下である。この期間であれば、噴射後の休止期間においてもアノード流路４ａ内でアノードガスが慣性により流動している状態であり、アノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まることを抑制できる。尚、アノード流路４ａ内でのアノードガスの圧損が大きいほど、この休止期間は短い方が好ましい。アノードガスの圧損が大きいと、休止期間でアノードガスの流動を確保しにくいからである。但し、ＩＮＪ２６の応答性能を考慮して、休止期間や噴射期間を定める必要がある。

また、上述したようにＩＮＪ２６の間欠噴射による噴射期間中では圧力Ｐは一時的に上昇するため、これにより流量Ｆも一時的に増大する。このように流量Ｆが一時的に増大するようにＩＮＪ２６からアノードガスが噴射されるため、噴射の停止直後でもアノードガスが慣性により流動する。これによっても、アノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まることを抑制でき、ＦＣ４の発電効率の低下が抑制される。

尚、降圧期間での間欠噴射による噴射量は、圧力Ｐが圧力下限値ＰＬに向けて徐々に低下する程度に設定されている。詳細には、降圧期間でＩＮＪ２６から噴射されるアノードガスの合計噴射量は、降圧期間でのＦＣ４によるアノードガスの消費量よりも少なく設定されている。これにより、降圧期間において圧力Ｐを圧力下限値ＰＬまで低下させることができ、圧力上限値ＰＵ及び圧力下限値ＰＬの間で圧力Ｐを脈動させることができる。このような圧力上限値ＰＵ及び圧力下限値ＰＬ間での圧力Ｐの脈動によっても、アノード流路４ａから液水や不純物の排出を促進できる。

図３の例では、降圧期間での間欠噴射において、１回の噴射期間は１回の休止期間よりも短いがこれに限定されず、噴射期間は休止期間よりも長くてもよい。また、降圧期間での間欠噴射での１回の噴射期間は、昇圧期間での噴射期間よりも短く設定されている。

降圧期間での圧力Ｐは以下のように制御してもよい。降圧期間において、時間経過とともに圧力上限値ＰＵから圧力下限値ＰＬにまで徐々に低下する目標圧力値が定められ、圧力Ｐがこの目標圧力値に収束するように、アノードガスが間欠的に噴射される。例えば、ＩＮＪ２６の噴射が実行されて圧力Ｐが目標圧力値以上となると、予め定められた目標休止期間だけＩＮＪ２６の噴射が休止される。この休止期間が目標休止期間を経過すると、再びＩＮＪ２６の噴射が実行される。これにより、圧力Ｐが目標圧力値以上となると、再度目標休止期間だけＩＮＪ２６の噴射が休止される。このようにして降圧期間において圧力Ｐが徐々に低下するように制御してもよい。また、降圧期間において、圧力Ｐが徐々に低下するように目標噴射期間及び目標休止期間を予め実験結果等から定めておき、これに従って間欠噴射を実行してもよい。例えば、目標噴射期間と目標休止期間は、１回の噴射による圧力Ｐの上昇量が休止期間での圧力Ｐの低下量未満となるように定めればよい。

［アノードガス噴射制御］
図４Ａは、アノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、ＦＣ４が発電中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ３は、不図示の電流センサにより検出されたＦＣ４の出力電流値がゼロより大きい場合に発電中であり、出力電流値がゼロの場合には発電停止中であると判定してもよい。また、ＥＣＵ３は、ＦＣ４への要求出力が、発電を開始する所定の閾値以上の場合に発電中であり、閾値未満の場合に発電停止中であると判定してもよい。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はＦＣ４が中又は低負荷運転要求があるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は間欠噴射脈動運転を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ３でＮｏの場合には、ＥＣＵ３は通常脈動運転を実行する（ステップＳ７）。即ち、ＦＣ４に対する高負荷運転要求がある場合には、間欠噴射脈動運転は実行されずに通常脈動運転が実行される。通常脈動運転については後述する。

図４Ｂは、間欠噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、ＩＮＪ２６のソレノイドを通電して連続的にアノードガスを噴射させる（ステップＳ１１）。次に、ＥＣＵ３は、圧力センサＳの検出結果に基づいて圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３でＮｏの場合には、ステップＳ１１の処理が継続される。ステップＳ１３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はＩＮＪ２６に間欠的にアノードガスを噴射させる（ステップＳ１５）。間欠噴射ではＩＮＪ２６のソレノイドへの通電及び通電の遮断が繰り返し行われる。噴射と噴射の休止が繰り返される間欠噴射において、噴射期間でのアノードガスの噴射量が、噴射期間及び休止期間でのＦＣ４のアノードガスの消費量未満となるように、ソレノイドへの通電期間及び通電が遮断された遮断期間が制御される。次にＥＣＵ３は、圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７でＮｏの場合には、再度ステップＳ１５の処理が継続される。ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１の処理が実行される。

次に、通常脈動運転について説明する。通常脈動運転は、図２に示した比較例と同様に降圧期間ではアノードガスの噴射は実行されない。ＦＣ４が高負荷運転時には、ＦＣ４のアノードガスの消費量は中及び低負荷運転時よりも多く、アノードガスの噴射が停止している状態での圧力Ｐの低下速度も速い。このため、高負荷運転時に圧力Ｐをより高い圧力に維持するために、中及び低負荷運転時よりも圧力下限値ＰＬが高い値に設定され、圧力上限値ＰＵと圧力下限値ＰＬによって定まる圧力Ｐの振幅の大きさが縮小する。このため、高負荷運転時には圧力Ｐが圧力上限値ＰＵ以上となってアノードガスの噴射を停止しても、比較的短時間で圧力Ｐが圧力下限値ＰＬ以下にまで低下し再度アノードガスの噴射が行われる。従って、高負荷運転時には、降圧期間が中及び低負荷運転時よりも短くなり、この短い降圧期間に、上述した間欠噴射を実行することはＩＮＪ２６の制御上困難となる場合がある。また、高負荷運転時には降圧期間が短いため、ＩＮＪ２６の噴射が停止している期間においても、降圧期間にアノードガスが噴射されていなくても、降圧期間に占めるアノードガスがアノード流路４ａ内で慣性により流動している期間が確保されている。また、高負荷運転時には、アノード流路４ａ内には常時流速の速いアノードガスが流動しているため、アノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まりにくい。従って、高負荷運転時には降圧期間においてアノードガスの噴射は行われない。尚、上記の説明は、必ずしも高負荷運転時での降圧期間において間欠噴射を実行しないことを意図したものではなく、ＩＮＪ２６が高い応答性を有している場合や、降圧期間中に一度でもＩＮＪ２６によりアノードガスを噴射できる程度に降圧期間の長さが設定されている場合には、高負荷運転時での降圧期間において間欠噴射を実行してもよい。

本実施例では、間欠噴射脈動運転において降圧期間の全体にわたってＩＮＪ２６からアノードガスが間欠的に噴射されたがこれに限定されず、降圧期間内でＩＮＪ２６を少なくとも一度噴射してもよい。また、降圧期間内の一部の期間で間欠的に噴射を実行してもよい。例えば、昇圧期間ではＩＮＪ２６により連続噴射が実行されているため、昇圧期間から降圧期間に切り替わった直後ではまだアノード流路４ａ内でアノードガスが流動している場合がある。このため、降圧期間の途中から終了まで間欠的に噴射してもよい。また、降圧期間内で、所定期間にわたって間欠噴射を実行し、その後に停止期間を挟んで再び間欠噴射を実行してもよい。

ここで、圧力上限値ＰＵは、ＦＣ４の電解質膜の許容圧力に基づいて定められており、ＦＣ４への要求負荷の大きさによらずに略一定である。これに対して圧力下限値ＰＬは、ＦＣ４への要求負荷が小さいほど低下するように設定される。ＦＣ４への要求負荷が小さいほど、ＦＣ４によるアノードガスの消費量が小さいからである。従って、ＦＣ４への要求負荷が小さいほど、圧力上限値ＰＵと圧力下限値ＰＬとにより定まる圧力Ｐの振幅の大きさが拡大する。振幅が拡大することにより、仮に間欠噴射を実行しなかった場合での降圧期間の長さは長くなる。このため、ＦＣ４への要求負荷が小さいほど、間欠噴射脈動運転での降圧期間での間欠噴射の噴射回数を多くしてもよい。これにより、降圧期間が長い場合であっても、降圧期間中にアノード流路４ａ内でのアノードガスの流動を確保することができる。

［第１変形例］
図５は、第１変形例の燃料電池システム１Ａのアノードガス供給系２０Ａの概略構成図である。尚、上述した本実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。また、図５に示していない構成は、上述した構成と同様である。第１変形例では、ＩＮＪ２６は設けられておらず、調圧弁２５の開度がＥＣＵ３に制御されることにより、調圧弁２５からのアノードガスの噴射量が制御される。調圧弁２５は、バタフライバルブが用いられており、ＤＣモータにより駆動される電動弁として構成されている。ＥＣＵ３はＤＣモータの駆動を制御することにより、調圧弁２５の開度を任意の開度に維持することができる。また、調圧弁２５の開度が増大するほど、調圧弁２５から噴射されるアノードガスの噴射流量は増大する。第１変形例では、調圧弁２５が噴射装置の一例である。第１変形例では、上述した間欠噴射脈動運転の代わりに、継続噴射脈動運転を実行する。

図６は、第１変形例の継続噴射脈動運転のタイミングチャートである。時刻ｔ０ａ〜ｔ１ａまでや時刻ｔ２ａ〜ｔ３ａまでの昇圧期間では、調圧弁２５の開度は比較的大きな値である開度αに維持される。昇圧期間での調圧弁２５の開度αは、ＦＣ４によるアノードガスの消費量よりも調圧弁２５からのアノードガスの噴射量が多くなるように制御されている。時刻ｔ１ａ〜時刻ｔ２ａまでの降圧期間では、調圧弁２５の開度は、昇圧期間での調圧弁２５の開度αよりも小さく且つゼロよりも大きい値である開度βに維持される。降圧期間での調圧弁２５の開度βは、ＦＣ４によるアノードガスの消費量よりも調圧弁２５からのアノードガスの噴射量が少なくなるように設定される。これにより、降圧期間で圧力Ｐを徐々に低下させつつ、常に調圧弁２５からアノードガスが連続的に噴射されている。このため、降圧期間でも常にＦＣ４のアノード流路４ａ内ではアノードガスが流動し、アノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まることを抑制できる。また、降圧期間で圧力Ｐを徐々に低下させることにより、昇圧期間と降圧期間とを繰り返し、圧力Ｐを圧力下限値ＰＬ及び圧力上限値ＰＵ間で脈動させることができるため、この脈動によってアノード流路４ａからの液水や不純物の排出を促進できる。

図７Ａは、第１変形例でのアノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートである。ステップＳ３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は継続噴射脈動運転を実行し（ステップＳ５ａ）、ステップＳ３でＮｏの場合には、ＥＣＵ３は非脈動運転を実行する（ステップＳ７ａ）。非脈動運転については後述する。

図７Ｂは、継続噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、調圧弁２５の開度を開度αに制御する（ステップＳ１１ａ）。開度αは、ＦＣ４によるアノードガスの消費量よりも調圧弁２５からのアノードガスの噴射量が多くなる開度である。開度αは、一定の固定値であってもよいし、中及び低負荷運転状態においてＦＣ４への要求負荷が増大するほど、大きく設定してもよい。ステップＳ１３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は調圧弁２５の開度を開度βに制御する（ステップＳ１５ａ）。開度βについても、一定の固定値に限定されない。ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１ａの処理が実行される。ステップＳ１７でＮｏの場合には、ステップＳ１５ａの処理が継続される。

非脈動運転では、調圧弁２５の開度を高い状態に維持して、常時高い流量でアノードガスを噴射させる。この場合、ＦＣ４によるアノードガスの消費量と調圧弁２５から噴射されるアノードガスの噴射量が一致するように、調圧弁２５の開度は一定に維持される。このため、これまで説明してきた脈動運転のように、アノードガスの消費量と噴射量との大小関係に起因した圧力Ｐの脈動は生じない。

第１変形例では、継続噴射脈動運転において降圧期間の全体にわたって調圧弁２５が所定の開度に維持されたアノードガスが継続的に噴射されたがこれに限定されない。例えば、降圧期間において圧力Ｐが圧力上限値ＰＵを越えずに徐々に低下するように、調圧弁２５の開度を第１所定値と第１所定値よりも小さくゼロ以外の第２所定値とに交互に制御してもよい。この場合、調圧弁２５の開度が第２所定値に維持されている場合には圧力Ｐが低下する程度の開度に設定する必要があるが、調圧弁２５の開度が第１所定値に維持されている場合に圧力Ｐは低下してもよいし、一定に維持されてもよいし、上昇してもよい。例えば調圧弁２５の開度が第１所定値に維持されている期間で圧力Ｐが上昇する場合には、調圧弁２５の開度が第１所定値に維持されている期間での圧力Ｐの上昇量が調圧弁２５の開度が第２所定値に維持されている期間での圧力Ｐの低下量未満となるように、両期間を定める必要がある。このように調圧弁２５の開度を制御して降圧期間において一時的に圧力Ｐを上昇させることにより、降圧期間においてアノード流路４ａ内で液水や不純物が同じ箇所に留まることを抑制できる。

また、降圧期間内で調圧弁２５を少なくとも一度閉じて少なくとも一度開くことによりアノードガスを噴射してもよい。また、上述した本実施例のように、降圧期間内で調圧弁２５を複数開閉させることにより間欠噴射を実行してもよい。間欠噴射を実行する際には、噴射期間中に圧力Ｐが一時的に上昇するように調圧弁２５の開度を制御してもよい。

［第２変形例］
図８Ａは、第２変形例の燃料電池システム１Ｂのアノードガス供給系２０Ｂの概略構成図である。アノードガス供給系２０Ｂは、小流量インジェクタ（以下、ＳＩＮＪと称する）２６ａ、大流量インジェクタ（以下、ＬＩＮＪと称する）２６ｂ及びマルチノズルエジェクタ（以下、ＭＥＪと称する）２９Ａを含む。調圧弁２５、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂ、及びＭＥＪ２９Ａは、供給管２１の上流側から順に配置されている。ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂは、供給管２１の部分的に互いに分岐した部位にそれぞれ設けられている。ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの何れかから噴射されたアノードガスはＭＥＪ２９Ａを通過してＦＣ４に供給される。ＭＥＪ２９Ａは、エジェクタ機構の一例である。

ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂは、それぞれ上述したＩＮＪ２６と同様の構造を有しているが、ＬＩＮＪ２６ｂの噴射孔の径はＳＩＮＪ２６ａの噴射孔の径よりも大きい。従って、噴射期間が同じ条件下では、ＬＩＮＪ２６ｂからのアノードガスの噴射流量の方が、ＳＩＮＪ２６ａからのアノードガスの噴射流量よりも大きい。アノードガスの噴射流量は、単位時間あたりに各インジェクタから噴射されるアノードガスの量である。ＳＩＮＪ２６ａは第１インジェクタの一例であり、ＬＩＮＪ２６ｂは第２インジェクタの一例である。ＥＣＵ３には、ＳＩＮＪ２６ａ、ＬＩＮＪ２６ｂが電気的に接続されている。

図８Ｂは、ＭＥＪ２９Ａの概略構成図である。ＭＥＪ２９Ａは、ノズル部２９１ａ及び２９１ｂと、吸引部２９２と、混合部２９３と、ディフューザ部２９４とを有する。ノズル部２９１ａ及び２９１ｂは、それぞれＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂに接続されており、ノズル部２９１ｂはノズル部２９１ａよりも径が大きく形成されている。吸引部２９２には、循環管２３が接続されている。ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂのそれぞれ噴射されたアノードガスがノズル部２９１ａ及び２９１ｂを介してＭＥＪ２９Ａ内を通過することにより、ＦＣ４から排出されたアノードガスは吸引部２９２に吸引される。混合部２９３では、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの何れかから噴射されたアノードガスと、ＦＣ４から排出されたアノードガスとが混合する。ディフューザ部２９４では、混合部２９３において混合されたアノードガスが流れる。ディフューザ部２９４は、下流側に従って径が徐々に拡大するように形成されている。混合部２９３で新たに噴射されたアノードガスとＦＣ４から排出されたアノードガスとが混合して、混合したアノードガスがディフューザ部２９４を流れる過程で、水素濃度が均一となる。これにより、水素濃度が均一なアノードガスがＦＣ４に供給される。

上述したように、ＳＩＮＪ２６ａのみならずＬＩＮＪ２６ｂから噴射されたアノードガスもＭＥＪ２９Ａを通過するため、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの何れからアノードガスが噴射されても、ＦＣ４から排出されたアノードガスがＭＥＪ２９Ａに吸引されてＦＣ４に再循環させることができる。また、２つのＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂに対して単一のＭＥＪ２９Ａが共用されているため、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂに対して個別にエジェクタを設ける場合と比較して部品点数が削減されており、搭載スペースも削減されている。

図９は、第２変形例での間欠噴射脈動運転のタイミングチャートである。昇圧期間ではＬＩＮＪ２６ｂによりアノードガスを連続噴射させ、降圧期間ではＬＩＮＪ２６ｂによるアノードガスの噴射は停止してＳＩＮＪ２６ａによりアノードガスを間欠的に噴射させる。昇圧期間でのＬＩＮＪ２６ｂの噴射量は、昇圧期間でのＦＣ４のアノードガスの消費量よりも多い。降圧期間でのＳＩＮＪ２６ａの噴射量は、降圧期間でのＦＣ４のアノードガスの消費量よりも少ない。昇圧期間では、ＦＣ４に発電に使用されるアノードガスを供給するとともにアノード流路４ａ内から液水や不純物の排出を促進することを目的とするため、噴射流量が大きいＬＩＮＪ２６ｂを用いることが適している。一方、降圧期間では、ＦＣ４のアノード流路４ａ内でのアノードガスの流動を確保する目的でアノードガスが間欠的に噴射されるため、噴射流量の小さいＳＩＮＪ２６ａを用いることが適している。

図１０Ａは、第２変形例でのアノードガス噴射制御の一例を示したフローチャートである。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は間欠噴射脈動運転を実行する（ステップＳ５ｂ）。ステップＳ３でＮｏの場合には、ＥＣＵ３は通常脈動運転を実行する（ステップＳ７ｂ）。第２変形例での通常脈動運転については後述する。

図１０Ｂは、第２変形例での間欠噴射脈動運転の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、ＬＩＮＪ２６ｂによるアノードガスを連続噴射させ、ＳＩＮＪ２６ａによる噴射は停止する（ステップＳ１１ｂ）。ステップＳ１３でＮｏの場合には、ステップＳ１１ｂの処理が継続される。ステップＳ１３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はＬＩＮＪ２６ｂによるアノードガスの噴射は停止させ、ＳＩＮＪ２６ａによりアノードガスを間欠的に噴射させる（ステップＳ１５ｂ）。ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１ｂの処理が実行される。ステップＳ１７でＮｏの場合には、ステップＳ１５ｂの処理が継続される。

第２変形例での通常脈動運転では、ＳＩＮＪ２６ａの噴射を停止してＬＩＮＪ２６ｂのみからアノードガスを噴射してもよいし、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの双方からアノードガスを噴射してもよい。

第２変形例では、間欠噴射脈動運転での昇圧期間ではＬＩＮＪ２６ｂのみからアノードガスを噴射させたが、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの双方からアノードガスを噴射してもよい。これにより昇圧期間でＦＣ４に供給されるアノードガスの圧力を急上昇させることができ、アノード流路４ａからの液水や不純物の排出を促進できる。

第２変形例の間欠噴射脈動運転の代わりに、第１変形例の継続噴射脈動運転のように降圧期間においてＳＩＮＪ２６ａから連続的にアノードガスを噴射してもよい。この場合、降圧期間で圧力Ｐが徐々に低下するように、ＳＩＮＪ２６ａのアノードガスの単位時間当たりの噴射量が、ＦＣ４の単位時間当たりのアノードガスの消費量よりも少ない必要がある。

［第３変形例］
図１１は、第３変形例の燃料電池システム１Ｃのアノードガス供給系２０Ｃの概略構成図である。燃料電池システム１Ｃでは、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂからそれぞれ噴射されたアノードガスが通過するエジェクタ（以下、ＥＪと称する）２９ａ及び２９ｂが設けられている。即ち、ＳＩＮＪ２６ａから噴射されたアノードガスはＥＪ２９ａのみを通過し、ＬＩＮＪ２６ｂから噴射されたアノードガスはＥＪ２９ｂのみを通過する。ＳＩＮＪ２６ａ及びＥＪ２９ａと、ＬＩＮＪ２６ｂ及びＥＪ２９ｂとは、供給管２１Ａの部分的に互いに分岐した分岐管２１ａ及び２１ｂにそれぞれ設けられている。循環管２３Ａは、気液分離器２７よりも下流側で分岐管２３ａ及び２３ｂに分岐しており、分岐管２３ａ及び２３ｂはそれぞれＥＪ２９ａ及び２９ｂに接続されている。ＥＪ２９ａ及び２９ｂは、エジェクタ機構の一例である。

このように、ＥＪ２９ａ及び２９ｂはそれぞれＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの専用のエジェクタであるため、ＥＪ２９ａの設計の際にはＬＩＮＪ２６ｂの諸元を考慮する必要はなく、ＥＪ２９ｂの設計の際にはＳＩＮＪ２６ａの諸元を考慮する必要はない。従って、ＥＪ２９ａ及び２９ｂのそれぞれの設計の自由度が確保されている。例えばＬＩＮＪ２６ｂはＳＩＮＪ２６ａよりもアノードガスの噴射流量が大きいため、ＥＪ２９ｂはＥＪ２９ａよりも大型に設計してもよい。

第３変形例においても、第２変形例と同様に、間欠噴射脈動運転では、昇圧期間ではＬＩＮＪ２６ｂのみからアノードガスを連続的に噴射させ、降圧期間ではＳＩＮＪ２６ａのみからアノードガスを間欠的に噴射させる。

第３変形例では、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの双方が設けられているが、ＬＩＮＪ２６ｂのみを採用してＳＩＮＪ２６ａを採用しない構成であってもよい。この場合、昇圧期間では調圧弁２５の開度を比較的大きく維持しつつＬＩＮＪ２６ｂからアノードガスを連続噴射させ、且つ調圧弁２５からＥＪ２９ａを経由してアノードガスを４に供給してもよい。降圧期間では調圧弁２５の開度を比較的小さく維持しＬＩＮＪ２６ｂを停止することにより、ＥＪ２９ａを経由してアノードガスをＦＣ４に供給してもよい。

第２及び第３変形例において、調圧弁２５を用いずに、ＳＩＮＪ２６ａ及びＬＩＮＪ２６ｂの代わりに２つの調圧弁を用いた構成であってもよい。例えば２つの調圧弁は、開度が同じであったとしてもアノードガスの噴射流量に差がある構成であってもよい。この場合、ＳＩＮＪ２６ａの代わりに噴射流量が小さい調圧弁を用い、ＬＩＮＪ２６ｂの代わりに噴射流量が大きい調圧弁を用いる。この場合、昇圧期間では少なくとも噴射流量が大きい調圧弁によりアノードガスを噴射させ、降圧期間では噴射流量が大きい調圧弁による噴射を停止し噴射流量が小さい調圧弁の開度を圧力Ｐが低下する程度に制御して噴射流量が小さい調圧弁によりアノードガスを噴射させてもよい。また、２つの調圧弁は、開度が同じ場合にはアノードガスの噴射量は同じであるが、制御可能な最大開度に差がある構成であってもよい。この場合、ＳＩＮＪ２６ａの代わりに、最大開度が小さい調圧弁を用い、ＬＩＮＪ２６ｂの代わりに最大開度が大きい調圧弁を用いてもよい。この場合、昇圧期間では少なくとも最大開度が大きい調圧弁によりアノードガスを噴射させ、降圧期間では最大開度が大きい調圧弁による噴射を停止し最大開度が小さい調圧弁の開度を圧力Ｐが低下する程度に制御して最大開度が小さい調圧弁によりアノードガスを噴射させてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 燃料電池システム
３ ＥＣＵ（制御装置）
４ 燃料電池スタック（燃料電池）
２０ アノードガス供給系
２１ 供給管（供給通路）
２３ 循環管（循環通路）
２６ インジェクタ（噴射装置）
２９ エジェクタ（エジェクタ機構）

Claims (9)

1. 燃料電池と、
   アノードガスを噴射する噴射装置と、
   前記噴射装置から噴射された前記アノードガスが通過するエジェクタ機構と、
   前記燃料電池から排出された前記アノードガスを前記エジェクタ機構に戻す循環通路と、
   前記噴射装置から噴射された前記アノードガスと共に前記燃料電池から排出された前記アノードガスを前記エジェクタ機構から前記燃料電池に供給する供給通路と、
   前記噴射装置を制御することにより、前記燃料電池に供給される前記アノードガスの圧力が上昇する昇圧期間と下降する降圧期間とが交互に繰り返すように前記圧力を所定の範囲内で脈動させる脈動運転を実行する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記昇圧期間において前記燃料電池で消費される前記アノードガスの消費量よりも多い噴射量の前記アノードガスを前記噴射装置から噴射させ、前記降圧期間において前記消費量よりも少ない噴射量の前記アノードガスを前記噴射装置から噴射させる、燃料電池システム。
2. 前記制御装置は、前記降圧期間において、前記噴射装置から前記アノードガスを間欠的に噴射させる、請求項１の燃料電池システム。
3. 前記噴射装置は、前記制御装置により開度が制御される弁を有し、前記弁の開度が増大するほど前記アノードガスの噴射流量が増大し、
   前記制御装置は、前記降圧期間において、前記昇圧期間よりも前記弁の開度を小さく維持することにより前記噴射装置から前記アノードガスを連続的に噴射させる、請求項１の燃料電池システム。
4. 前記制御装置は、前記降圧期間において、前記アノードガスの噴射が休止している期間を０．５秒以下に制御する、請求項２の燃料電池システム。
5. 前記制御装置は、前記降圧期間において、前記圧力が一時的に上昇するように前記噴射装置から前記アノードガスを噴射させる、請求項１乃至４の何れかの燃料電池システム。
6. 前記噴射装置は、前記アノードガスを噴射する第１及び第２噴射装置を含み、
   前記第２噴射装置は、前記第１噴射装置よりも前記アノードガスの噴射流量が大きく、
   前記制御装置は、前記昇圧期間において少なくとも前記第２噴射装置から前記アノードガスを噴射させ、前記降圧期間において前記第２噴射装置からの前記アノードガスの噴射を停止して前記第１噴射装置から前記アノードガスを噴射させる、請求項１乃至５の何れかの燃料電池システム。
7. 前記エジェクタ機構は、前記第１及び第２噴射装置の何れかからも噴射された前記アノードガスが通過する単一のエジェクタを含む、請求項６の燃料電池システム。
8. 前記エジェクタ機構は、前記第１及び第２噴射装置のそれぞれの下流に配置された第１及び第２エジェクタを含み、
   前記循環通路は、互いに分岐して前記第１及び第２エジェクタにそれぞれ接続された第１及び第２分岐通路を含む、請求項６の燃料電池システム。
9. 前記制御装置は、中及び低負荷運転時に前記脈動運転を実行する、請求項１乃至８の何れかの燃料電池システム。

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