JP7192808B2 - 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おいて、エゼクタは、ノズルからディフューザ内に噴射される燃料ガスを駆動気体として、燃料電池から排出されるオフガスをディフューザ内に吸入し、燃料ガスとオフガスを混合して燃料電池に向けて吐出する（例えば特許文献１参照）。これにより、オフガスはエゼクタを介して燃料電池に循環する。
特開２０１０－２４２５０８号公報
例えば燃料電池システムに循環特性の異なる２つのエゼクタが並列に設けられ、燃料電池の運転状態に応じて使い分けられることがある。循環特性の高いエゼクタ（以下、「高循環エゼクタ」と表記）は、循環特性の低いエゼクタ（以下、「低循環エゼクタ」と表記）と比べると、ノズルの径が小さいために単位時間内の吐出量は小さいが、オフガスの循環量が多い。
例えば高循環エゼクタのノズルが凍結により閉塞された場合、高循環エゼクタからのガス供給が不可能となるため、高循環エゼクタに代えて低循環エゼクタによりガス供給を代替することが考えられる。
しかし、低循環エゼクタは、単位時間内の吐出量が高循環エゼクタより多く、燃料ガスの供給量が発電に必要な量に対して過度に多くなるおそれがある。これに対し、低循環エゼクタからのガス供給時間を短縮すると、燃料ガスの供給量が低下するためにアノード系の圧力の変動幅が小さくなる。このため、オフガスの循環流によりアノード系の液水を、気液分離器を介して排出することが難しくなるおそれがある。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、比較的に高い循環特性のエゼクタによるガス供給を、過剰なガス供給及び排水性の低下を抑制しつつ、比較的に低い循環特性のエゼクタによるガス供給で代替することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
本明細書に記載の燃料電池システムは、燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスをそれぞれ供給する第１供給装置及び第２供給装置と、前記燃料電池から排出されたオフガスから液水を分離して貯留する気液分離器と、前記気液分離器に貯留された液水を排出するための排出弁と、前記オフガスが前記燃料電池に循環するように、前記第１供給装置からの前記燃料ガスを駆動流体として前記気液分離器から前記オフガスを吸入し、前記燃料ガスとともに前記燃料電池に向けて吐出する第１エゼクタと、前記オフガスが前記燃料電池に循環するように、前記第２供給装置からの前記燃料ガスを駆動流体として前記気液分離器から前記オフガスを吸入し、前記燃料ガスとともに前記燃料電池に向けて吐出する第２エゼクタと、前記燃料ガスの前記燃料電池の入口での圧力を測定する測定装置と、前記第１供給装置、前記第２供給装置、及び排出弁を制御する制御装置とを有し、前記第１エゼクタの単位時間当たりの前記燃料ガスの吐出量は、前記第２エゼクタの前記単位時間当たりの前記燃料ガスの吐出量より少なく、所定量の前記燃料ガスの供給により前記第１エゼクタから前記燃料電池に循環する前記オフガスの循環量は、前記所定量の前記燃料ガスの供給により前記第２エゼクタから前記燃料電池に循環する前記オフガスの循環量より多く、前記制御装置は、前記測定装置により測定される圧力が第１目標値となるように、第１周期ごとに前記第１供給装置から第１の時間の供給を実行し、前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常である場合、前記第１供給装置からの前記燃料ガスの供給を停止し、前記測定装置により測定される圧力が、前記第１目標値より高い第２目標値となるように、前記第１周期より短い第２周期ごとに前記第２供給装置から、前記第１の時間より短い第２の時間の供給を実行し、前記第１周期ごとに前記排出弁を開閉する。
上記の構成によると、燃料電池システムは、第１供給装置または第２供給装置から供給される燃料ガスにより、燃料電池から排出されたオフガスを気液分離器、及び第１エゼクタまたは第２エゼクタを介して燃料電池に循環させることができる。また、液水は気液分離器でオフガスから分離されて貯留される。制御装置は、排出弁の開閉を制御することにより気液分離器から液水を排出することができる。
制御装置は、燃料電池の燃料ガスの入口の圧力が第１目標値となるように、第１周期ごとに第１供給装置から第１の時間の供給を実行する。また、制御装置は、第１エゼクタからの燃料ガスの吐出が異常である場合、第１供給装置からの燃料ガスの供給を停止し、第２供給装置からの供給を実行する。
ここで、第１エゼクタの単位時間当たりの燃料ガスの吐出量は、第２エゼクタの単位時間当たりの燃料ガスの吐出量より少ない。また、所定量の燃料ガスの供給により第１エゼクタから燃料電池に循環するオフガスの循環量は、所定量の燃料ガスの供給により第２エゼクタから燃料電池に循環するオフガスの循環量より多い。
制御装置は、燃料電池の燃料ガスの入口の圧力が、第１目標値より高い第２目標値となるように、第１周期より短い第２周期ごとに第２供給装置から、第１の時間より短い第２の時間の供給を実行し、第１周期ごとに排出弁を開閉する。
これにより、第２供給装置は、第１供給装置による燃料ガスの供給と比較すると、燃料電池の燃料ガスの入口の圧力が第２目標値に増加するように、短周期ごとに短時間の燃料ガスの供給を行う。このため、燃料ガスの圧力及び供給頻度が増加することにより第２エゼクタによるオフガスの循環量の減少が抑制され、さらに高頻度かつ短時間の供給によって燃料ガスの入口の圧力が高精度に第２目標値に維持されることにより、燃料ガスの過度な圧力増加が抑制され、燃料ガスの過剰な供給が抑制される。
また、制御装置は、第１供給装置による燃料ガスの供給と同じ第１周期ごとに排出弁を開閉するため、燃料ガスの圧力を第１周期ごとに第２目標値から低下させることができる。このため、燃料ガスの入口の圧力が第２目標値に維持されても、第１供給装置による燃料ガスの供給時と同様に、第１周期ごとに圧力に脈動が生じることで排水性が維持される。
よって、上記の構成によると、燃料電池システムは、高い循環特性の第１エゼクタによるガス供給を、過剰なガス供給及び排水性の低下を抑制しつつ、低い循環特性の第２エゼクタによるガス供給で代替することができる。
上記の構成において、前記第２周期は、前記第２供給装置からの供給により生じた前記オフガスの循環流が持続する時間より短くてもよい。
上記の構成において、前記制御装置は、前記第１周期ごとに前記第２供給装置から複数回の供給を実行した後、前記排出弁を開き、前記測定装置により測定される圧力が前記第１目標値以下となったとき、前記排出弁を閉じてもよい。
上記の構成において、前記制御装置は、前記第１供給装置から供給を実行した後、前記測定装置により測定される圧力が前記第１目標値より低下したとき、前記第１供給装置から供給を再び実行し、前記第２供給装置から供給を実行した後、前記測定装置により測定される圧力が前記第２目標値より低下したとき、前記第２供給装置から供給を再び実行してもよい。
上記の構成において、前記第２目標値は、前記第１供給装置からの供給の実行時に前記測定装置により測定される圧力の最大値より低くてもよい。
上記の構成において、前記制御装置は、前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常である場合、または前記排出弁を閉じた場合、前記測定装置により測定される圧力が前記第２目標値に達するまで前記第２供給装置からの供給を維持してもよい。
上記の構成において、前記制御装置は、前記第１供給装置からの供給を実行している場合、前記測定装置により測定される圧力に基づいて、前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常であると判定してもよい。
本発明によれば、高い循環特性のエゼクタによるガス供給を、過剰なガス供給及び排水性の低下を抑制しつつ、低い循環特性のエゼクタによるガス供給で代替することができる。
燃料電池システムの一例を示す構成図である。 高循環エゼクタ及び低循環エゼクタによるアノードオフガスの循環特性の一例を示す図である。 通常時の高循環インジェクタ及び低循環インジェクタのオンオフ制御の一例を示す図である。 高循環インジェクタに代えて、低循環インジェクタからアノードガスを供給する動作の一例を示すタイムチャートである。 低循環インジェクタのオンオフ制御の周期の一例を示す図である。 低循環インジェクタのオンオフ制御の周期の他の例を示す図である。 圧力の変化に伴うアノードオフガスの濃度の変化の一例を示す図である。 液水の排出の例を示す断面図である。 ＥＣＵ（（Electronic Control Unit）の動作の一例を示すフローチャートである。 高循環エゼクタの吐出の正常性の判定処理の一例を示すフローチャートである。 高循環インジェクタに代わる低循環インジェクタのオンオフ制御の一例を示すフローチャートである。
（燃料電池システム１００の構成）
図１は、燃料電池システム１００の一例を示す構成図である。燃料電池システム１００は、例えば燃料電池車に搭載され、燃料電池（ＦＣ）１、モータＭ、カソード系２、アノード系３、ＥＣＵ７０、及びアクセル開度センサ７１を有する。なお、ＦＣ１とモータＭを接続する電気的な構成の図示は省略されている。
ＦＣ１は、固体高分子電解質型の複数の単セルの積層体を含む。ＦＣ１は、カソードガスとアノードガスの供給を受けてカソードガス及びアノードガスの化学反応により発電する。本実施例では、カソードガスとして酸素を含む空気が用いられ、アノードガスとして水素ガスが用いられている。なお、アノードガスは、発電に用いられる燃料ガスの一例である。ＦＣ１が発電した電力はモータＭに供給される。
また、ＦＣ１は、アノードガスの入口１１及び出口１２と、カソードガスの入口１３及び出口１４とを有する。アノードガスの入口１１及び出口１２はアノードガス流路Ｌ３１を介して接続され、カソードガスの入口１３及び出口１４はカソードガス流路Ｌ２１を介して接続されている。アノードガス流路Ｌ３１及びカソードガス流路Ｌ２１は、単セルの積層体を貫通するマニホルド、及び単セルのセパレータに形成された溝などを含む。なお、アノードガスの入口１１は燃料ガスの入口の一例である。
カソード系２は、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ１に供給する。例えばカソード系２は、カソード供給管Ｌ２０、カソード排出管Ｌ２２、及びエアコンプレッサ２０を含む。
カソード供給管Ｌ２０の下流側の端部はＦＣ１のカソードガスの入口１３に接続されている。カソード供給管Ｌ２０にはエアコンプレッサ（ＡＣＰ）２０が設けられている。エアコンプレッサ２０はカソードガスを圧縮する。カソードガスは、矢印Ｒ２０で示されるように、カソード供給管Ｌ２０を流れてＦＣ１に供給される。ＦＣ１内のカソードガスは、矢印Ｒ２１で示されるように、入口１３からカソードガス流路Ｌ２１を流れてアノードガスと化学反応することにより発電に用いられる。
カソード排出管Ｌ２２の上流側の端部はＦＣ１のカソードオフガスの出口１４に接続されている。ＦＣ１は、発電に用いたカソードガスをカソードオフガスとして出口１４からカソード排出管Ｌ２２に排出する。カソードオフガスは、矢印Ｒ２２で示されるように、カソード排出管Ｌ２２を流れて外部に排出される。
アノード系３はＦＣ１にアノードガスを供給する。アノード系３は、アノード供給管Ｌ３０、アノード排出管Ｌ３２、戻し管Ｌ３３、接続管Ｌ３４、排気排水管Ｌ３５、燃料タンク３０、高循環インジェクタ（ＩＮＪ）３１、低循環インジェクタ３２、圧力センサ１５、エゼクタユニット４、気液分離器５、及びアノード排出弁６を含む。
燃料タンク３０内には、それぞれアノードガスが高圧状態で蓄えられている。燃料タンク３０は、２分岐した接続管Ｌ３４を介して高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２にそれぞれ接続されている。燃料タンク３０は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２にアノードガスを供給する。
高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２は、ＥＣＵ７０から入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に従ってアノードガスをそれぞれ間欠的に噴射する。高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２は、ＰＷＭ信号がオンを示す場合、アノードガスを噴射し、ＰＷＭ信号がオフを示す場合、アノードガスの噴射を停止する。高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２は、ＰＷＭ信号に応じた噴射の周期及び噴射時間で噴射を行う。高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２は、ＦＣ１に燃料ガスをそれぞれ供給する第１供給装置及び第２供給装置の一例である。高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２はエゼクタユニット４にそれぞれ接続されている。
図１には、アノードガスの流れる方向に沿ったエゼクタユニット４の断面が示されている。エゼクタユニット４は、アノードオフガスの循環特性の異なる高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂを含む。
高循環エゼクタ４ａは小径ノズル４１ａ及びディフューザ４３ａを有する。低循環エゼクタ４ｂは大径ノズル４１ｂ及びディフューザ４３ｂを有する。また、高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂには共通の板状の固定部４０が設けられている。エゼクタユニット４の素材としては、例えばＳＵＳ（Steel Use Stainless）が挙げられるが、これに限定されない。
固定部４０は小径ノズル４１ａ及び大径ノズル４１ｂを固定する。小径ノズル４１ａの入口は高循環ＩＮＪ３１の噴射口に接続され、大径ノズル４１ｂの入口は低循環ＩＮＪ３２の噴射口に接続されている。
小径ノズル４１ａは、矢印Ｒ４ａで示されるように、高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスをディフューザ４３ａ内の吐出路４４ａに噴射する。大径ノズル４１ｂは、矢印Ｒ４ｂで示されるように、低循環ＩＮＪ３２からのアノードガスをディフューザ４３ｂ内の吐出路４４ｂに噴射する。
ディフューザ４３ａ，４３ｂの側面には、戻し管Ｌ３３に接続される流入口４５ａ，４５ｂがそれぞれ設けられている。戻し管Ｌ３３は、気液分離器５から２分岐して流入口４５ａ，４５ｂにそれぞれ接続されている。戻し管Ｌ３３を流れるアノードオフガスは、小径ノズル４１ａが噴射したアノードガスを駆動流体として、矢印Ｒ３３ａで示されるように流入口４５ａからディフューザ４３ａ内の吐出路４４ａに吸入される。アノードガス及びアノードオフガスは吐出路４４ａで混合されて、その出口４６ａからアノード供給管Ｌ３０に吐出される。
また、戻し管Ｌ３３を流れるアノードオフガスは、大径ノズル４１ｂが噴射したアノードガスを駆動流体として、矢印Ｒ３３ｂで示されるように流入口４５ｂからディフューザ４３ｂ内の吐出路４４ｂに吸入される。アノードガス及びアノードオフガスは吐出路４４ｂで混合されて、その出口４６ｂからアノード供給管Ｌ３０に吐出される。
アノード供給管Ｌ３０は、ＦＣ１のアノードガスの入口１１から２分岐して各吐出路４４ａ，４４ｂの出口４６ａ，４６ｂに接続されている。各吐出路４４ａ，４４ｂの出口４６ａ，４６ｂから吐出されたアノードガス及びアノードオフガスは、矢印Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂで示されるように、ＦＣ１の入口１１に入る。
このように、高循環エゼクタ４ａは、アノードオフガスがＦＣ１に循環するように、高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスを駆動流体として気液分離器５からアノードオフガスを吸入し、アノードガスとともにＦＣ１に向けて吐出する。また、低循環エゼクタ４ｂは、アノードオフガスがＦＣ１に循環するように、低循環ＩＮＪ３２からのアノードガスを駆動流体として気液分離器５からアノードオフガスを吸入し、アノードガスとともにＦＣ１に向けて吐出する。
このため、燃料電池システム１００は、高循環ＩＮＪ３１または低循環ＩＮＪ３２から供給されるアノードガスにより、ＦＣ１から排出されたアノードオフガスを気液分離器５、及び高循環エゼクタ４ａまたは低循環エゼクタ４ｂを介してＦＣ１に循環させることができる。なお、高循環エゼクタ４ａは第１エゼクタの一例であり、低循環エゼクタ４ｂは第２エゼクタの一例である。
大径ノズル４１ｂの噴射口の径Ｄｂは小径ノズル４１ａの噴射口の径Ｄａより大きい。このため、後述するように、高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂのアノードオフガスの循環特性は異なる。なお、アノードオフガスは、燃料電池から排出されたオフガスの一例である。
アノード供給管Ｌ３０には圧力センサ１５が設けられている。圧力センサ１５はＦＣ１のアノードガスの入口１１の近傍に配置され、入口１１における圧力を測定する。圧力センサ１５は、圧力を測定する測定装置の一例である。
アノードガス及び循環したアノードオフガスは、矢印Ｒ３１で示されるように、入口１１からアノードガス流路Ｌ３１を流れて発電に用いられる。アノード排出管Ｌ３２の一端はＦＣ１のアノードオフガスの出口１２に接続され、アノード排出管Ｌ３２の他端は気液分離器５に接続されている。使用済みのアノードガスは、アノードオフガスとして、矢印Ｒ３２で示されるように、出口１２からアノード排出路Ｌ３２を流れて気液分離器５に入る。
気液分離器５は、出口１２から排出されたアノードオフガスから液水を分離して貯留する。排気排水管Ｌ３５の一端は気液分離器５に接続され、排気排水管Ｌ３５の他端はカソード排出管Ｌ２２に接続されている。排気排水管Ｌ３５にはアノード排出弁６が設けられている。
アノード排出弁６は、気液分離器５に貯留された液水を排出するための排出弁の一例である。アノード排出弁６が開くと、矢印Ｒ３４で示されるように、気液分離器５から流出した液水及びアノードオフガスの一部が排気排水管Ｌ３５を介してカソード排出管Ｌ２２に流れて、カソードオフガスとともに外部に排出される。このため、ＥＣＵ７０は、アノード排出弁６の開閉を制御することにより気液分離器５から液水を排出することができる。
アクセル開度センサ７１は、燃料電池車のアクセル（不図示）の開度を検出してＥＣＵ７０に通知する。
ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ７０には、圧力センサ１５、アクセル開度センサ７１、エアコンプレッサ２０、高循環ＩＮＪ３１、低循環ＩＮＪ３２、及びアノード排出弁６が電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、例えばエアコンプレッサ２０の作動と、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のオンオフと、アノード排出弁６の開閉とを制御する。
ＥＣＵ７０は、例えばＦＣ１に要求される電力（以下、「要求電力」と表記）に応じて高循環ＩＮＪ３１または低循環ＩＮＪ３２をオンオフ制御することによりアノードガスの供給を実行する。要求電力は、例えばアクセル開度センサ７１の検出値に基づき決定される。ＥＣＵ７０は、例えば要求電力が閾値より低い場合、高循環ＩＮＪ３１をオンオフ制御し、要求電力が閾値以上である場合、高循環ＩＮＪ３１をオンオフ制御する。
ＥＣＵ７０は、ＰＷＭ信号の周期及びパルス幅を決定することによりオンオフ制御を行う。ＰＷＭ信号のパルス幅は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２がアノードガスの供給を持続するオン時間、つまりアノードガスの噴射時間に該当し、ＰＷＭ信号の周期は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２がアノードガスを供給する供給周期に該当する。なお、周期からオン時間を差し引いた残りの時間は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２がアノードガスの供給を停止するオフ時間に該当する。
高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のアノードガスの供給特性は互いに同一である。例えば高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２が所定のオン時間で高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂにそれぞれ流すアノードガスの供給量は互いに同一である。
しかし、高循環エゼクタ４ａの小径ノズル４１ａの径Ｄａと低循環エゼクタ４ｂの大径ノズル４１ｂの径Ｄｂは相違するため、高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂによるアノードオフガスの循環特性も相違する。
（高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂの循環特性）
図２は、高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂによるアノードオフガスの循環特性の一例を示す図である。横軸は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２からのアノードガスの単位時間内の供給量を示し、縦軸は、高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂによるアノードオフガスの循環量を示す。ここで、アノードオフガスの循環量とは、ディフューザを流れるアノードガスを駆動流体として、流入口４５ａ，４５ｂから吸入されるアノードオフガスの単位時間内の流量である。
符号Ｌａは高循環エゼクタ４ａの循環特性を示し、符号Ｌｂは低循環エゼクタ４ｂの循環特性を示す。高循環エゼクタ４ａの供給量は０からＸａまでの範囲であり、低循環エゼクタ４ｂの供給量は０からＸｂまでの範囲である。なお、Ｘｂは、ＦＣ１の最大の要求電力に対応する。また、供給量Ｘａの場合の高循環エゼクタ４ａの循環量をＹａとし、供給量Ｘｂの場合の低循環エゼクタ４ｂの循環量をＹｂ（＞Ｙａ）とする。
アノードオフガスの循環量はアノードガスの供給量に比例する。符号Ｌａで示される循環特性の傾きは、符号Ｌｂで示される循環特性の傾きより大きい。このため、例えば供給量がＸａである場合、低循環エゼクタ４ｂの循環量Ｙｃは、高循環エゼクタ４ａの循環量Ｙａより少ない。
このように、所定量のアノードガスの供給により高循環エゼクタ４ａからＦＣ１に循環するアノードオフガスの循環量は、その所定量のアノードガスの供給により低循環エゼクタ４ｂからＦＣ１に循環するアノードオフガスの循環量より多い。
（通常時の高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御）
図３は、通常時の高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御の一例を示す図である。本例は、低循環エゼクタ４ｂに故障がなく、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２をＦＣ１の要求電力に応じてオンオフ制御する場合を示す。
符号Ｇａは、高循環ＩＮＪ３１のオンオフ制御による高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出量の時間変化を示す。符号Ｇｂは、低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御による低循環エゼクタ４ｂからのアノードガスの吐出量の時間変化を示す。また、点線は、アノードガスの吐出によるＦＣ１の入口１１の圧力の時間変化を示す。
ＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１または低循環ＩＮＪ３２からアノードガスの供給を実行する。ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔごとに高循環ＩＮＪ３１からオン時間Ｔｏｎ＿ａの供給を実行し、もしくは供給周期Ｔごとに低循環エゼクタ４ｂからオン時間Ｔｏｎ＿ｂの供給を実行する。高循環ＩＮＪ３１または低循環ＩＮＪ３２から供給されたアノードガスは高循環エゼクタ４ａまたは低循環エゼクタ４ｂからＦＣ１に吐出される。なお、ＥＣＵ７０は、ＦＣ１の要求電力に応じて供給周期Ｔ及びオン時間Ｔｏｎ＿ａ，Ｔｏｎ＿ｂを算出する。
高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２からアノードガスが吐出されるたびに圧力は増加する。高循環エゼクタ４ａの単位時間当たりのアノードガスの吐出量Ｍａは、大径ノズル４１ｂ及び小径ノズル４１ａの径Ｄｂ，Ｄａの差分のため、低循環エゼクタ４ｂの単位時間当たりのアノードガスの吐出量Ｍｂより少ない。
そこでＥＣＵ７０は、ＦＣ１のアノードガスの入口１１の圧力の目標である最低値（以下、「目標値」と表記）Ｐｏを維持するため、低循環ＩＮＪ３２のオン時間Ｔｏｎ＿ｂを高循環ＩＮＪ３１のオン時間Ｔｏｎ＿ａより短くする。これにより、圧力の目標値Ｐｏに応じた供給量に対し過度に多いアノードガスが吐出されることが抑制される。
（高循環エゼクタ４ａの吐出の異常時の動作）
ＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常である場合、高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスの供給を停止し、高循環ＩＮＪ３１に代えて、低循環ＩＮＪ３２からのアノードガスの供給を開始する。高循環エゼクタ４ａ及び低循環エゼクタ４ｂは、アノードガスの供給量が同一であっても、上述したように供給量及び循環特性が相違する。このため、ＥＣＵ７０は、アノードガスの過剰な供給を抑制しつつ、高循環エゼクタ４ａと実質的に同じ循環特性が得られるように、ＦＣ１の入口１１の目標圧力、供給周期、及びオン時間を決定する。
図４は、高循環ＩＮＪ３１に代えて、低循環ＩＮＪ３２からアノードガスを供給する動作の一例を示すタイムチャートである。図４には、ＦＣ１のアノードガスの入口１１の圧力Ｐ、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２にそれぞれ入力されるＰＷＭ信号ＶＨ，ＶＬ、高循環エゼクタ４ａまたは低循環エゼクタ４ｂからＦＣ１に吐出されるアノードガスの流量Ｆｓｕｐ、アノード排出弁６の開閉信号ＥＸ、及びアノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒの時刻変化の一例が示されている。
期間Ｔ１は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のうち、高循環ＩＮＪ３１だけがオンオフ制御される期間である。期間Ｔ２は、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２のうち、低循環ＩＮＪ３２だけがオンオフ制御される期間である。ＥＣＵ７０は、期間Ｔ１中、圧力センサ１５により測定される圧力Ｐに基づいて高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出の異常を検出した場合、期間Ｔ２のオンオフ制御を開始する。
ＥＣＵ７０は、期間Ｔ１中、圧力Ｐが目標値ＰＬとなるように、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとに高循環ＩＮＪ３１からのオン時間Ｔｏｎ＿Ｈの供給を実行する。ＥＣＵ７０は目標値ＰＬに応じて供給周期Ｔｆ＿Ｈ及びオン時間Ｔｏｎ＿Ｈを決定する。これにより、ＰＷＭ信号ＶＨは、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとにオン時間Ｔｏｎ＿Ｈだけオンとなる。なお、目標値ＰＬは第１目標値の一例であり、供給周期Ｔｆ＿Ｈは第１周期の一例であり、オン時間Ｔｏｎ＿Ｈは第１の時間の一例である。
高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスの流量Ｆｓｕｐは、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとにオン時間Ｔｏｎ＿Ｈだけ所定量となる。これにより、ＦＣ１のアノードガスの入口１１の圧力Ｐは時間に比例して増加する。高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスの供給が停止すると、圧力Ｐは低下する。これにより、圧力Ｐは最大値ＰＵから時間の経過とともに低下する。圧力Ｐが目標値ＰＬに達すると、次の供給周期Ｔｆ＿Ｈのアノードガスの供給が実行される。したがって、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとに圧力脈動が生じて、アノードガス流路Ｌ３１及びアノード排出管Ｌ３２内の液水が気液分離器に集められる。
アノードガスの流量Ｆｓｕｐの増減に従って、アノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒも増減する。アノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒは、アノードガスの流量Ｆｓｕｐが０となった後でも持続する。
ＥＣＵ７０は、例えば所定回数だけ高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスの供給を繰り返す。ＥＣＵ７０は、アノードガスの供給を実行するたびに高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出の正常性を判定する。ＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１のオン時間Ｔｏｎ＿Ｈに圧力Ｐが増加しないことを検出した場合、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常であると判定する。本例では、高循環ＩＮＪ３１のオン時間Ｔｏｎ＿Ｈ内の時刻Ｔｄｅｔにおいて圧力Ｐが低下しているため、アノードガスの吐出が異常であると判定される。
高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常となる原因としては、例えば温度低下による小径ノズル４１ａ内または吐出路４４ａ内の水分の凍結による閉塞や高循環ＩＮＪ３１の故障などが挙げられるが、これに限定されない。
ＥＣＵ７０は、期間Ｔ２中、圧力Ｐを期間Ｔ１での目標値ＰＬから新たな目標値ＰＨに変更する。期間Ｔ２での目標値ＰＨは、期間Ｔ１での目標値ＰＬより高い。ＥＣＵ７０は、期間Ｔ１の供給周期Ｔｆ＿Ｈごとにアノード排出弁６の開閉を行い、その供給周期Ｔｆ＿Ｈごとに以下の低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御を実行する。なお、目標値ＰＨは第２目標値の一例である。
ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが目標値ＰＨとなるように、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに低循環ＩＮＪ３２からオン時間Ｔｏｎ＿Ｌのアノードガスの供給を実行する。期間Ｔ２での供給周期Ｔｆ＿Ｌは、期間Ｔ１での供給周期Ｔｆ＿Ｈより短く、期間Ｔ２でのオン時間Ｔｏｎ＿Ｌは、期間Ｔ１でのオン時間Ｔｏｎ＿Ｈより短い。ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔｆ＿Ｌ及びオン時間Ｔｏｎ＿Ｌに応じたＰＷＭ信号ＶＬを低循環ＩＮＪ３２に出力する。なお、供給周期Ｔｆ＿Ｌは第２周期の一例であり、オン時間Ｔｏｎ＿Ｌは第２の時間の一例である。
これにより、低循環ＩＮＪ３２は、高循環ＩＮＪ３１によるアノードガスの供給と比較すると、ＦＣ１のアノードガスの入口の圧力Ｐが目標値ＰＬから目標値ＰＨに増加するように、短周期ごとに短時間のアノードガスの供給を行う。低循環エゼクタ４ｂから吐出されるアノードガスの流量ＦｓｕｐはＰＷＭ信号ＶＬに従って増減する。
このため、アノードガスの圧力Ｐ及び供給頻度が増加することにより低循環エゼクタ４ｂによるアノードオフガスの循環量の減少が抑制される。このため、低い循環特性の低循環エゼクタ４ｂを用いても、平均として期間Ｔ１と同様のアノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒを維持することができ、アノードガス流路Ｌ３１及びアノード排出管Ｌ３２内の液水を気液分離器５に集めることができる。
ここで、供給周期Ｔｆ＿Ｌは、低循環ＩＮＪ３２からの供給により生じたアノードオフガスの循環流が持続する時間より短い。このため、以下に述べるようにアノードオフガスの循環流が供給周期Ｔｆ＿Ｌ内で増加させることができる。
図５は、低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御の周期の一例を示す図である。図５には、低循環ＩＮＪ３２に入力されるＰＷＭ信号ＶＬ、低循環エゼクタ４ｂからＦＣ１に吐出されるアノードガスの流量Ｆｓｕｐ、アノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒ、及び低循環エゼクタ４ｂに吸入されるアノードオフガス中の水素濃度の時刻変化の一例が示されている。ここで、アノードガスは水素ガスであると仮定している。
低循環ＩＮＪ３２は、ＰＷＭ信号ＶＬに従いアノードガスを供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに供給する。このため、アノードガスの流量Ｆｓｕｐは供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに増減する。
アノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒは、アノードガスの流量Ｆｓｕｐの増加に伴い増加し、アノードガスの流量Ｆｓｕｐが０になった後もある程度持続する。また、アノードオフガス中の水素濃度もアノードガスの流量Ｆｓｕｐの増加に値ｎから伴い増加し、アノードガスの流量Ｆｓｕｐが０になった後、すぐに値ｎに戻らずに徐々に低下する。なお、アノードガスの循環流が持続する時間を持続時間Ｔｃｉｒとする。
本例において、供給周期Ｔｆ＿Ｌは持続時間Ｔｃｉｒより長い。このため、アノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒは、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとにいったん増加するが増加前の０にまで低下する。また、アノードオフガス中の水素濃度もいったん増加するが増加前の値ｎまで低下する。
図６は、低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御の周期の他の例を示す図である。図６において、図５と共通する内容の説明は省略する。
本例において、供給周期Ｔｆ＿Ｌは持続時間Ｔｃｉｒより短い。このため、アノードオフガスの循環流は供給周期Ｔｆ＿Ｌの終了ごとに０とはならない。したがって、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとにアノードオフガスの循環流量Ｆｃｉｒの初期値が、点線Ｂｆで示されるように供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに増加する。
また、アノードオフガス中の水素濃度も供給周期Ｔｆ＿Ｌの終了ごとに値ｎに戻らない。したがって、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとにアノードオフガスの水素濃度の初期値が、点線Ｂｄで示されるように供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに増加する。
これにより、期間Ｔ２のアノードオフガスの循環量は、時間平均で期間Ｔ１と同様の循環量に維持される。
また、圧力Ｐが目標値ＰＬから目標値ＰＨに増加することによっても、アノードオフガスを占める水素ガスの濃度が増加する。
図７は、圧力Ｐの変化に伴うアノードオフガスの濃度の変化の一例を示す図である。圧力Ｐは、一例として時刻Ｔｃにおいて目標値ＰＬから目標値ＰＨに増加する。
符号Ｈａは、圧力Ｐが目標値ＰＬである場合のアノードオフガス中のガスの種類ごとの濃度の比を示し、符号Ｈｂは、圧力Ｐが目標値ＰＨである場合のアノードオフガス中のガスの種類ごとの濃度の比を示す。アノードオフガスには、発電に使用されていない水素ガス、発電で生じた水蒸気、及び不純物の窒素ガスが含まれている。
圧力Ｐが目標値ＰＬから目標値ＰＨに増加すると、符号Ｈｂで示されるように、水素ガスの濃度が増加する。水素ガスの比重は水蒸気及び窒素ガスより小さいため、低循環エゼクタ４ｂに流入口４５ｂから吸入されるアノードオフガスの重量が低下する。
低循環エゼクタ４ｂにおいて、流入口４５ｂから流入するアノードオフガスの運動量（＝重量×速度）、及び大径ノズル４１ｂから噴射されるアノードガスの運動量の合計は、運動量保存則に従って、吐出路４４ｂの出口４６ｂから吐出されるアノードガス及びアノードオフガスの運動量に等しい。このため、低循環エゼクタ４ｂに流入口４５ｂから吸入されるアノードオフガスの重量が低下すると、アノードオフガスの流速が増加する。したがって、低循環エゼクタ４ｂからＦＣ１に循環するアノードオフガスの体積流量が増加する。
再び図４を参照すると、期間Ｔ２においてアノードガスは、期間Ｔ１と比較すると、高頻度かつ短時間の供給によって圧力Ｐが高精度に目標値ＰＨに維持される。これにより、アノードガスの過度な圧力増加が抑制され、アノードガスの過剰な供給が抑制される。
また、ＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１によるアノードガスの供給と同じ供給周期Ｔｆ＿Ｈごとにアノード排出弁６を開閉する。ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとにアノード排出弁６の開閉信号ＥＸをオン（開）及びオフ（閉）に切り替える。
このため、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとに圧力Ｐを目標値ＰＨから低下させることができ、圧力Ｐが目標値ＰＨに維持されても、期間Ｔ１における高循環ＩＮＪ３１によるアノードガスの供給時と同様に、アノードガスの圧力脈動が生じることで排水性が維持される。仮にアノード排出弁６を開閉しなければ、圧力Ｐが実質的に目標値ＰＨ近傍に維持されるために圧力脈動が生じない。ＥＣＵ７０は、例えば圧力Ｐが期間Ｔ１の目標値ＰＬまで低下するように、アノード排出弁６を開放状態に維持する時間Ｔｅｘを決定する。
図８は、液水の排出の例を示す断面図である。符号Ｗａで示されるように、アノード排出管Ｌ３２に、発電で生じた液水８１が詰まっている場合、液水８１の上流側及び下流側の各圧力の差分ΔＰを利用して液水８１の除去が可能である。このため、上記のように圧力脈動が生ずることにより液水８１が除去される。
また、符号Ｗｂで示されるように、アノード排出管Ｌ３２の内壁に、発電で生じた液水８３が付いている場合、アノードオフガスの流れで生ずるせん断力により液水８３の除去が可能である。このため、上記のようにアノードオフガスの循環量を維持しておき、圧力脈動が生ずることにより液水８３が除去される。
よって、燃料電池システムは、高循環エゼクタ４ａによるガス供給を、過剰なガス供給及び排水性の低下を抑制しつつ、低循環エゼクタ４ｂによるガス供給で代替することができる。
再び図４を参照すると、ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに低循環ＩＮＪ３２から複数回の供給を実行した後、アノード排出弁６を開き、圧力Ｐが期間Ｔ１の目標値ＰＬ以下となったとき、アノード排出弁６を閉じる。このため、期間Ｔ２の圧力Ｐの最低値は期間Ｔ１の目標値ＰＬに維持される。このため、期間Ｔ２における圧力脈動の幅が、期間Ｔ１における圧力脈動の幅に近づけることができるため、より排水性が高まる。
また、ＥＣＵ７０は、期間Ｔ１において、高循環ＩＮＪ３１から供給を実行した後、圧力Ｐが目標値ＰＬより低下したとき、高循環ＩＮＪ３１から供給を再び実行する。また、ＥＣＵ７０は、期間Ｔ２において、低循環ＩＮＪ３２から供給を実行した後、圧力Ｐが目標値ＰＨより低下したとき、低循環ＩＮＪ３２から供給を再び実行する。
具体的にはＥＣＵ７０は、上記のように供給が行われるように供給周期Ｔｆ＿Ｈ，Ｔｆ＿Ｌ、オン時間Ｔｏｎ＿Ｈ，Ｔｏｎ＿Ｌを決定する。このため、高循環ＩＮＪ３１及び低循環ＩＮＪ３２は、アノードガスを繰り返し供給することにより圧力Ｐを目標値ＰＬ，ＰＨより高くすることができる。
また、期間Ｔ２の目標値ＰＨは、高循環ＩＮＪ３１からの供給の実行時、つまり期間Ｔ１の圧力Ｐの最大値ＰＵより低い。つまり、期間Ｔ１中の高循環ＩＮＪ３１からのアノードガスの供給による圧力Ｐの最大値ＰＵより目標値ＰＨは低く設定される。このため、アノードガスの過剰な供給がより効果的に抑制される。
また、ＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常である場合、またはアノード排出弁６を閉じた場合、圧力Ｐが目標値ＰＨに達するまで低循環ＩＮＪ３２からの供給を維持する。例えばＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出の異常の検出時刻Ｔｄｅｔにおいて、低循環ＩＮＪ３２からオン時間Ｔｏｎ＿ｐでアノードガスの供給を実行する。また、ＥＣＵ７０は、期間Ｔ２中、アノード排出弁６の開閉後、低循環ＩＮＪ３２からオン時間Ｔｏｎ＿ｑでアノードガスの供給を実行する。ここでオン時間Ｔｏｎ＿ｐ，Ｔｏｎ＿ｑは、圧力Ｐが目標値ＰＨに到達する所要時間である。
したがって、ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが目標値ＰＨに達するまで複数回にわたってアノードガスの供給を実行する場合と比べると、迅速に圧力Ｐを目標値ＰＨまで増加させることができる。
（ＥＣＵ７０の動作）
次にＥＣＵ７０の動作を説明する。ＥＣＵ７０は、例えばＥＣＵ７０内のＲＯＭなどに記憶されたプログラムをＥＣＵ７０内のＣＰＵが実行することにより動作する。
図９は、ＥＣＵ７０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、本処理において、ＥＣＵ７０はエアコンプレッサ２０を稼働中であると仮定する。ＥＣＵ７０は、例えばアクセル開度センサ７１の検出値に基づきＦＣ１の要求電力を算出する（ステップＳｔ１）。
ＥＣＵ７０は、要求電力が所定の閾値ＴＨ以上である場合（ステップＳｔ２のＮｏ）、要求電力に応じて圧力Ｐの目標値を算出する（ステップＳｔ１０）。次にＥＣＵ７０は、低循環ＩＮＪ３２からアノードガスの供給を実行する供給周期及びオン時間を算出する（ステップＳｔ１１）。次にＥＣＵ７０は、供給周期及びオン時間に従って低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御を行う（ステップＳｔ１２）。これにより、ＦＣ１の要求電力が高い場合、低循環ＩＮＪ３２から低循環エゼクタ４ｂを介してＦＣ１にアノードガスが供給される。
また、ＥＣＵ７０は、要求電力が所定の閾値ＴＨより小さい場合（ステップＳｔ２のＹｅｓ）、要求電力に応じて圧力Ｐの目標値ＰＬを算出する（ステップＳｔ３）。次にＥＣＵ７０は、圧力Ｐが目標値ＰＬとなるように、高循環ＩＮＪ３１からアノードガスの供給を実行する供給周期Ｔｆ＿Ｈ及びオン時間Ｔｏｎ＿Ｈを算出する（ステップＳｔ４）。以下のステップＳｔ５～Ｓｔ８は図４の期間Ｔ１のオンオフ制御に該当する。
ＥＣＵ７０は、ＰＷＭ信号ＶＨにより高循環ＩＮＪ３１をオン時間Ｔｏｎ＿Ｈだけオンにする（ステップＳｔ５）。これにより、高循環ＩＮＪ３１から高循環エゼクタ４ａを介してアノードガスがＦＣ１に供給される。アノードガスの供給により入口の圧力Ｐは増加する。
次にＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が正常であるか否かを判定する（ステップＳｔ６）。この判定のタイミングは、高循環ＩＮＪ３１がオンである間に実行される。なお、判定処理の内容は後述する。
ＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が正常である場合（ステップＳｔ６のＹｅｓ）、高循環ＩＮＪ３１をオフにする（ステップＳｔ７）。このとき、ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔｆ＿Ｈからオン時間Ｔｏｎ＿Ｈを差し引いた残り時間だけ高循環ＩＮＪ３１をオフとする。これにより、供給周期Ｔｆ＿Ｈごとに高循環ＩＮＪ３１のオンオフ制御が実行される。
次にＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１のオンオフ制御を停止するか否かを判定する（ステップＳｔ８）。例えばＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１から所定回数のアノードガスの供給、つまり噴射を実行した場合、オンオフ制御の停止を決定する。ＥＣＵ７０がオンオフ制御を継続する場合（ステップＳｔ８のＮｏ）、ステップＳｔ５以降の各処理が再び実行される。
また、ＥＣＵ７０は、オンオフ制御を停止する場合（ステップＳｔ８のＹｅｓ）、ＦＣ１の発電を停止するか否かを判定する（ステップＳｔ９）。ＥＣＵ７０は、例えば不図示のイグニッションスイッチがオフになった場合、発電を停止する。発電が継続する場合（ステップＳｔ９のＮｏ）、ステップＳｔ１以降の各処理が再び実行される。ＥＣＵ７０は、発電を停止する場合（ステップＳｔ９のＹｅｓ）、動作を終了する。
ＥＣＵ７０は、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常である場合（ステップＳｔ６のＮｏ）、高循環ＩＮＪ３１のオンオフ制御を停止する（ステップＳｔ１３）。次にＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１に代えて低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御（代替制御）を実行する（ステップＳｔ１４）。なお、代替制御については後述する。
次にステップＳｔ９の処理が実行される。このようにしてＥＣＵ７０は動作する。
図１０は、高循環エゼクタ４ａの吐出の正常性の判定処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、上記のステップＳｔ６において実行される。
ＥＣＵ７０は、圧力センサ１５により複数回圧力Ｐを検出する（ステップＳｔ２１）。次にＥＣＵ７０は、圧力Ｐの変化から圧力Ｐが増加しているか否かを判定する（ステップＳｔ２２）。ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが増加している場合（ステップＳｔ２２のＹｅｓ）、高循環エゼクタ４ａの吐出を正常と判定する（ステップＳｔ２３）。
また、ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが変化しない、もしくは低下している場合（ステップＳｔ２２のＮｏ）、高循環エゼクタ４ａの吐出を異常と判定する（ステップＳｔ２４）。すなわち、ＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１からアノードガスの供給を実行しているにもかかわらず、ＦＣ１の入口１１の圧力Ｐが増加しない場合、高循環エゼクタ４ａからアノードガスが正常に吐出されていないと判定する。
このように、ＥＣＵ７０は、高循環ＩＮＪ３１からの供給を実行している場合、圧力センサ１５により測定される圧力Ｐに基づいて、高循環エゼクタ４ａからのアノードガスの吐出が異常であると判定する。したがって、ＥＣＵ７０は、簡単にアノードガスの吐出の異常を判定することができる。
図１１は、高循環ＩＮＪ３１に代わる低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御の一例を示すフローチャートである。本処理は、上記のステップＳｔ１４において実行される。
ＥＣＵ７０は、圧力Ｐの目標値をＰＬからＰＨに変更する（ステップＳｔ３１）。次にＥＣＵ７０は、アノード排出弁６の開閉の周期を期間Ｔ１における供給周期Ｔｆ＿Ｈに設定する（ステップＳｔ３２）。次にＥＣＵ７０は、圧力Ｐが変更後の目標値ＰＨとなるように、高循環ＩＮＪ３１からアノードガスの供給を実行する供給周期Ｔｆ＿Ｌ及びオン時間Ｔｏｎ＿Ｌを算出する（ステップＳｔ３３）。
次にＥＣＵ７０は、低循環エゼクタ４ｂからオン時間Ｔｏｎ＿ｐだけアノードガスを供給することで圧力Ｐを目標値ＰＨまで増加させる（ステップＳｔ３４）。次にＥＣＵ７０は、ＰＷＭ信号ＶＬにより低循環ＩＮＪ３２をオン時間Ｔｏｎ＿Ｌだけオンにする（ステップＳｔ３５）。これにより、低循環ＩＮＪ３２から低循環エゼクタ４ｂを介してアノードガスがＦＣ１に供給される。アノードガスの供給により入口の圧力Ｐは増加する。
次にＥＣＵ７０は低循環ＩＮＪ３２をオフにする（ステップＳｔ３６）。このとき、ＥＣＵ７０は、供給周期Ｔｆ＿Ｌからオン時間Ｔｏｎ＿Ｌを差し引いた残り時間だけ低循環ＩＮＪ３２をオフとする。これにより、供給周期Ｔｆ＿Ｌごとに低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御が実行される。
次にＥＣＵ７０は、アノード排出弁６の開閉の周期（＝Ｔｆ＿Ｈ）が到来したか否かを判定する（ステップＳｔ３７）。アノード排出弁６の開閉の周期が到来していない場合（ステップＳｔ３７のＮｏ）、ＥＣＵ７０は、オンオフ制御を停止するか否かを判定する（ステップＳｔ３８）。ＥＣＵ７０は、オンオフ制御を継続する場合（ステップＳｔ３８のＮｏ）、ステップＳｔ３５以降の各処理を再び実行する。また、ＥＣＵ７０は、オンオフ制御を停止する場合（ステップＳｔ３８のＹｅｓ）、処理を終了する。
また、ＥＣＵ７０は、アノード排出弁６の開閉の周期が到来している場合（ステップＳｔ３７のＹｅｓ）、アノード排出弁６を開く（ステップＳｔ３９）。これにより、圧力Ｐが目標値ＰＨから低下して圧力脈動が生ずる。このため、アノードガス流路Ｌ３１及びアノード排出管Ｌ３２内の液水が気液分離器５に集まり、さらに気液分離器５からアノード排出弁６及び排気排水管Ｌ３５を介してカソード排出管Ｌ２２に流れて外部に排出される。したがって、低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御では得られない圧力脈動によって排水性が期間Ｔ１と同程度に維持される。
次にＥＣＵ７０は、圧力センサ１５によりＦＣ１のアノードガスの入口１１での圧力Ｐを測定する（ステップＳｔ４０）。次にＥＣＵ７０は、圧力Ｐを期間Ｔ１の目標値ＰＬと比較する（ステップＳｔ４１）。ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが目標値ＰＬより大きい場合（ステップＳｔ４１のＮｏ）、ステップＳｔ４０の処理を再び実行する。
また、ＥＣＵ７０は、圧力Ｐが目標値ＰＬ以下である場合（ステップＳｔ４１のＹｅｓ）、アノード排出弁６を閉じる（ステップＳｔ４２）。このため、圧力Ｐの最小値が目標値ＰＬ程度に抑えられる。
次にＥＣＵ７０は、低循環エゼクタ４ｂからオン時間Ｔｏｎ＿ｑだけアノードガスの供給することで圧力Ｐを目標値ＰＨまで増加させる（ステップＳｔ４３）。その後、ステップＳｔ３８の処理が実行される。このようにして低循環ＩＮＪ３２のオンオフ制御は実行される。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
１ 燃料電池
４ａ 高循環エゼクタ
４ｂ 低循環エゼクタ
５ 気液分離器
６ アノード排出弁
１１ 入口
１５ 圧力センサ
３１ 高循環インジェクタ
３２ 低循環インジェクタ
７０ ＥＣＵ
１００ 燃料電池システム

Claims (7)

  1. 燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に前記燃料ガスをそれぞれ供給する第１供給装置及び第２供給装置と、
    前記燃料電池から排出されたオフガスから液水を分離して貯留する気液分離器と、
    前記気液分離器に貯留された液水を排出するための排出弁と、
    前記オフガスが前記燃料電池に循環するように、前記第１供給装置からの前記燃料ガスを駆動流体として前記気液分離器から前記オフガスを吸入し、前記燃料ガスとともに前記燃料電池に向けて吐出する第１エゼクタと、
    前記オフガスが前記燃料電池に循環するように、前記第２供給装置からの前記燃料ガスを駆動流体として前記気液分離器から前記オフガスを吸入し、前記燃料ガスとともに前記燃料電池に向けて吐出する第２エゼクタと、
    前記燃料ガスの前記燃料電池の入口での圧力を測定する測定装置と、
    前記第１供給装置、前記第２供給装置、及び排出弁を制御する制御装置とを有し、
    前記第１エゼクタの単位時間当たりの前記燃料ガスの吐出量は、前記第２エゼクタの前記単位時間当たりの前記燃料ガスの吐出量より少なく、
    所定量の前記燃料ガスの供給により前記第１エゼクタから前記燃料電池に循環する前記オフガスの循環量は、前記所定量の前記燃料ガスの供給により前記第２エゼクタから前記燃料電池に循環する前記オフガスの循環量より多く、
    前記制御装置は、
    前記測定装置により測定される圧力が第１目標値となるように、第１周期ごとに前記第１供給装置から第１の時間の供給を実行し、
    前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常である場合、前記第１供給装置からの前記燃料ガスの供給を停止し、前記測定装置により測定される圧力が、前記第１目標値より高い第２目標値となるように、前記第１周期より短い第２周期ごとに前記第２供給装置から、前記第１の時間より短い第２の時間の供給を実行し、前記第１周期ごとに前記排出弁を開閉することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記第２周期は、前記第２供給装置からの供給により生じた前記オフガスの循環流が持続する時間より短いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記制御装置は、前記第１周期ごとに前記第２供給装置から複数回の供給を実行した後、前記排出弁を開き、前記測定装置により測定される圧力が前記第１目標値以下となったとき、前記排出弁を閉じることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御装置は、
    前記第１供給装置から供給を実行した後、前記測定装置により測定される圧力が前記第１目標値より低下したとき、前記第１供給装置から供給を再び実行し、
    前記第２供給装置から供給を実行した後、前記測定装置により測定される圧力が前記第２目標値より低下したとき、前記第２供給装置から供給を再び実行することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池システム。
  5. 前記第２目標値は、前記第１供給装置からの供給の実行時に前記測定装置により測定される圧力の最大値より低いことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御装置は、前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常である場合、または前記排出弁を閉じた場合、前記測定装置により測定される圧力が前記第２目標値に達するまで前記第２供給装置からの供給を維持することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
  7. 前記制御装置は、前記第１供給装置からの供給を実行している場合、前記測定装置により測定される圧力に基づいて、前記第１エゼクタからの前記燃料ガスの吐出が異常であると判定することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の燃料電池システム。

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