CN113097541A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统具有：燃料电池，具备反应气体的导入口和排出口；第1喷射装置，间歇地喷射反应气体；第2和第3喷射装置，连续地喷射反应气体；喷出器，具备来自第1或者第2喷射装置和排出口的反应气体的喷出口；第1流路，将导入口与喷出口连接；第2流路，不经由喷出器向第1流路引导第3喷射装置的反应气体；以及控制装置，控制装置通过执行第3喷射装置的喷射而进行预热运转，执行第2喷射装置的喷射，在预热运转的完成后，执行第1喷射装置的喷射。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
例如在冰点下的环境中停止了燃料电池系统的运转的燃料电池组的废气的出口附近，由发电产生的水分冻结而变为冰，从而有可能堵塞废气的出口。因此，在重新启动燃料电池系统时，为了抑制由堵塞废气的出口引起的发电性能的降低，进行通过由发电产生的热来溶化冰的预热运转。
然而，在具备废气的循环路和喷出器的燃料电池系统中，不仅从罐经由喷出器向燃料电池组供给氢气，也从循环路经由喷出器向燃料电池组供给废气(例如参照日本特开2013-134882)，因此残留于循环路和喷出器内的废气中的氮气等其他的气体(以下，表述为“杂质气体”)混入于氢气，从而氢气的浓度降低。因此，在燃料电池组内，废气的出口堵塞，因此充满杂质气体而氢气的供给量不足，从而有可能在冰充分溶化之前不能持续发电。
与此相对地，若从与罐连接的线性电磁阀绕过喷出器向燃料电池连续地供给高浓度的氢气，则能够继续进行发电。然而，在经由绕过喷出器的路径供给氢气的情况下，从废气的出口到喷出器的循环路的压力低于燃料电池组内的压力，因此担心氢气逆流并向喷出器流入，导致氢气的供给量减少。
因而，可以考虑通过追加相对于上述的喷出器并联连接的其他喷出器(以下，表述为“追加喷出器”)、和与追加喷出器连接的其他线性电磁阀(以下，表述为“追加阀”)，并使少量的氢气从追加阀经由追加喷出器流动，从而抑制逆流。然而，从追加阀流动的氢气不使阳极系统的压力进行脉动，因此不易将与废气一起吸入至追加喷出器的液体水、或者通过由低温的氢气引起的水蒸气的结露产生的液体水从追加喷出器排出，在预热运转后也残留于追加喷出器内，在外部空气温度变为了冰点下的情况下冻结，从而有可能对氢气的喷射产生妨碍。
发明内容
本发明提供一种能够在燃料电池的预热运转后将残留于喷出器内的液体水容易地排出的燃料电池系统。
本发明的燃料电池系统具有：燃料电池，具备用于发电的反应气体的导入口和排出口；第1喷射装置，间歇地喷射上述反应气体；第2喷射装置和第3喷射装置，连续地喷射上述反应气体；喷出器，具备喷出口，该喷出口将从上述排出口排出的上述反应气体同从上述第1喷射装置或者上述第2喷射装置喷射的上述反应气体一起喷出；第1流路，将上述导入口与上述喷出口连接；第2流路，不经由上述喷出器地向上述第1流路引导从上述第3喷射装置喷射的上述反应气体；以及控制装置，构成为控制上述第1喷射装置、上述第2喷射装置、以及上述第3喷射装置的喷射，上述喷出器具备使从上述排出口排出的上述反应气体、和从上述第1喷射装置及上述第2喷射装置喷射的上述反应气体向上述喷出口流动的共用的第3流路，上述控制装置构成为：通过执行上述第3喷射装置的喷射来进行上述燃料电池的预热运转，通过执行上述第2喷射装置的喷射来抑制上述反应气体的从上述第3喷射装置经由上述第2流路和上述第1流路进而从上述排出口流向上述第3流路的逆流，在上述燃料电池的预热运转完成后，执行上述第1喷射装置的喷射。
根据上述的结构，控制装置构成为：通过执行第3喷射装置的喷射来进行燃料电池的预热运转，通过执行第2喷射装置的喷射来抑制反应气体的从第3喷射装置经由第2流路和第1流路进而从喷出口流向第3流路的逆流。第2喷射装置和第3喷射装置连续地喷射反应气体，因此抑制反应气体向喷出器的逆流，从而能够从第3喷射装置向燃料电池连续地供给不包含喷出器内的杂质气体的高浓度的反应气体来进行预热运转。
另外，控制装置构成为：在燃料电池的预热运转完成后，执行第1喷射装置的喷射。第1喷射装置间歇地喷射反应气体，燃料电池将反应气体用于发电，因此通过第1喷射装置的间歇的喷射而喷出器内的压力进行脉动。
另外，喷出器具备使从排出口排出的反应气体、和从第1喷射装置及第2喷射装置喷射的反应气体向喷出口流动的共用的第3流路。因此，通过由第1喷射装置的间歇的喷射引起的压力的脉动将通过第2喷射装置的喷射而在第3流路产生的液体水从喷出口排出。
因此，本发明的燃料电池系统能够在燃料电池的预热运转后将残留于喷出器内的液体水容易地排出。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述控制装置构成为：在上述燃料电池的预热运转完成后，停止上述第2喷射装置和上述第3喷射装置的喷射。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述控制装置构成为：停止上述第1喷射装置的喷射直到上述燃料电池的预热运转完成为止。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述控制装置构成为：以与上述燃料电池的预热运转的开始时的上述燃料电池的温度相应的流量执行上述第2喷射装置的喷射。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述喷出器具备将从上述第1喷射装置喷射的上述反应气体向上述第3流路喷射的第1喷嘴、和将从上述第2喷射装置喷射的上述反应气体向上述第3流路喷射的第2喷嘴。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述喷出器具有将从上述第1喷射装置喷射的上述反应气体、和从上述第2喷射装置喷射的上述反应气体向上述第3流路喷射的共用的第3喷嘴。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述控制装置构成为：进行上述燃料电池的预热运转直到上述燃料电池的温度超过冰点为止。
也可以构成为，在上述的结构的基础上，上述第1喷射装置包括喷射器，上述第2喷射装置和上述第3喷射装置包括线性电磁阀。
根据本发明，能够在燃料电池的预热运转后将残留于喷出器内的液体水容易地排出。
附图说明
以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中，
图1是表示燃料电池系统的一个例子的结构图。
图2是表示燃料电池的预热运转时的阳极气体和阳极废气的流动的一个例子的图。
图3是表示燃料电池的通常运转时的阳极气体和阳极废气的流动的一个例子的图。
图4是表示从旁通线性电磁阀、辅助线性电磁阀、喷射器喷射的阳极气体的流量的时间变化的一个例子的图。
图5是表示喷射器与线性电磁阀的性能比较结果的图。
图6是表示ECU(Electronic Control Unit)的处理的一个例子的流程图。
图7是表示另一燃料电池系统的例子的结构图。
图8是表示比较例的燃料电池系统的结构图。
具体实施方式
(燃料电池系统100的结构)
图1是表示燃料电池系统100的一个例子的结构图。燃料电池系统100例如搭载于燃料电池车，具有燃料电池(FC)1、马达M、阴极系统2、阳极系统3以及控制系统7。此外，省略了将FC1与马达M连接的电结构的图示。
FC1包括固体高分子电解质型的多个单电池的层叠体。FC1接受阴极气体和阳极气体的供给并通过阴极气体与阳极气体的化学反应来进行发电。在本实施例中，使用包含氧的空气作为阴极气体，使用氢气作为阳极气体。此外，阳极气体是用于发电的反应气体的一个例子。将FC1发电的电力向马达M供给。
另外，FC1具有阳极气体的入口11及出口12、和阴极气体的入口13及出口14。阳极气体的入口11与出口12经由阳极气体流路L31连接，阴极气体的入口13与出口14经由阴极气体流路L21连接。阳极气体流路L31和阴极气体流路L21包括贯通单电池的层叠体的歧管、和形成于单电池的隔离件的槽等。此外，阳极气体的入口11和出口12分别是反应气体的导入口和排出口的一个例子。
阴极系统2将作为阴极气体包含氧的空气向FC1供给。例如阴极系统2包括阴极供给管L20、阴极排出管L22、以及空气压缩机20。
阴极供给管L20的下游侧的端部与FC1的阴极气体的入口13连接。在阴极供给管L20设置有空气压缩机(ACP)20。空气压缩机20压缩阴极气体。如箭头R20所示，阴极气体在阴极供给管L20中流动并被向FC1供给。如箭头R21所示，FC1内的阴极气体从入口13流过阴极气体流路L21并与阳极气体进行化学反应，由此用于发电。
阴极排出管L22的上游侧的端部与FC1的阴极废气的出口14连接。FC1将用于发电的阴极气体作为阴极废气从出口14向阴极排出管L22排出。如箭头R22所示，阴极废气在阴极排出管L22中流动并被向外部排出。
阳极系统3向FC1供给阳极气体。阳极系统3包括阳极供给管L30、阳极排出管L32、返回管L33、旁通管L34、排气排水管L35、燃料罐30、喷射器(INJ)31、辅助线性电磁阀(LS)32、旁通线性电磁阀(旁通LS)33、喷出器4、气液分离器5以及阳极排出阀6。
在燃料罐30内分别以高压状态储存有阳极气体。燃料罐30向INJ31、辅助LS32以及旁通LS33供给阳极气体。INJ31间歇地喷射阳极气体。例如INJ31隔着一定的时间间隔以规定的流量喷射阳极气体。辅助LS32和旁通LS33连续地喷射阳极气体。另外，辅助LS32和旁通LS33能够以任意的流量喷射阳极气体。
旁通LS33和辅助LS32在FC1的预热运转中喷射阳极气体，INJ31在FC1的预热运转后的通常运转中喷射阳极气体。此外，INJ31是第1喷射装置的一个例子，辅助LS32是第2喷射装置的一个例子，旁通LS33是第3喷射装置的一个例子。
INJ31和辅助LS32与喷出器4连接。旁通LS33经由旁通管L34与阳极供给管L30连接。
在图1中示出了沿着阳极气体的流动的方向的喷出器4的剖面。喷出器4具有板状的固定部40、大径喷嘴41、小径喷嘴42以及扩散器43。作为喷出器4的材料，例如能够举出SUS(Steel Use Stainless)，但并不限定于此。
固定部40固定大径喷嘴41和小径喷嘴42。大径喷嘴41的入口410与INJ31连接，小径喷嘴42的入口420与辅助LS32连接。大径喷嘴41和小径喷嘴42将来自INJ31和辅助LS32的阳极气体分别从喷射口向扩散器43喷射。大径喷嘴41的喷射口的直径大于小径喷嘴42的喷射口的直径。此外，大径喷嘴41是第1喷嘴的一个例子，小径喷嘴42是第2喷嘴的一个例子。
扩散器43具备供阳极气体流动的喷出器流路44、和与阳极供给管L30连接的流出口46。从大径喷嘴41和小径喷嘴42喷射的阳极气体向喷出器流路44流动。阳极气体在喷出器流路44中流动并从流出口46向阳极供给管L30排出。
另外，在扩散器43的侧面设置有与返回管L33连接的流入口45。返回管L33将流入口45与气液分离器5连接。从气液分离器5向返回管L33流动的阳极废气由于从大径喷嘴41或者小径喷嘴42喷射的阳极气体作为驱动流体发挥作用，而从流入口45向喷出器流路44吸入。阳极废气从气液分离器5向流入口45流入。
阳极废气从流入口45流过喷出器流路44，并与阳极气体一起从流出口46向阳极供给管L30排出。喷出器流路44是使阳极废气、和从INJ31及辅助LS32喷射的反应气体向流出口46流动的共用的第3流路的一个例子，阳极废气是从FC1排出的反应气体的一个例子。
阳极供给管L30的一端与喷出器4的流出口46连接，阳极供给管L30的另一端与FC1的阳极气体的入口11连接。阳极供给管L30是将流入口45与入口11连接的第1流路的一个例子。另外，在阳极供给管L30的中途(参照附图标记P)连接有从旁通LS33延伸的旁通管L34的一端。旁通管L34是将从旁通LS33喷射的阳极气体不经由喷出器4而向阳极供给管L30引导的第2流路的一个例子。
阳极排出管L32的一端与FC1的阳极废气的出口12连接，阳极排出管L32的另一端与气液分离器5连接。阳极废气从出口12流过阳极排出管L32并进入至气液分离器5。
气液分离器5从自出口12排出的阳极废气中分离液体水。排气排水管L35的一端与气液分离器5连接，排气排水管L35的另一端与阴极排出管L22连接。在排气排水管L35设置有阳极排出阀6，若阳极排出阀6打开，则如箭头R34所示，从气液分离器5流出的液体水和阳极废气的一部分经由排气排水管L35向阴极排出管L22流动，并与阴极废气一起向外部排出。
返回管L33的一端与气液分离器5连接，返回管L33的另一端与喷出器4的流入口45连接。阳极废气从气液分离器5流过返回管L33并进入至喷出器4的流入口45。
控制系统7包括ECU70、点火开关71、加速器开度传感器72以及温度传感器73。点火开关71将燃料电池车的启动和停止的指示通知给ECU70。加速器开度传感器72检测燃料电池车的加速器(未图示)的开度并通知给ECU70。温度传感器73检测FC1的冷却水的温度并通知给ECU70。ECU70将温度传感器73测定出的温度作为FC1的温度来处理。
ECU70包括CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)。在ECU70电连接有点火开关71、加速器开度传感器72、温度传感器73、空气压缩机20、INJ31、辅助LS32、旁通LS33以及阳极排出阀6。ECU70控制空气压缩机20的工作、和INJ31、辅助LS32以及旁通LS33的喷射。
若点火开关71接通，则ECU70开始FC1的发电，若点火开关71断开，则停止FC1的发电。若点火开关71接通，则ECU70使空气压缩机20工作。当在开始FC1的发电时FC1的温度为规定的基准温度TH以下的情况下，ECU70进行FC1的预热运转，其后，若FC1的温度超过规定的基准温度TH，则进行FC1的通常运转。ECU70在预热运转中使阴极气体的化学计量比比通常运转降低，由此促进FC1的发热和升温。并且ECU70也可以在预热运转中停止未图示的冷却系统的动作，由此促进发热和升温。此外，在以下的说明中，对预热运转和通常运转中的阳极气体的供给进行叙述。
(FC1的预热运转)
图2是表示FC1的预热运转时的阳极气体和阳极废气的流动的一个例子的图。在图2中，对与图1共用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
ECU70通过执行旁通LS33的喷射而进行FC1的预热运转。如箭头R3所示，将从旁通LS33喷射的阳极气体不经由喷出器4向阳极供给管L30导入。此时，从旁通LS33喷射的阳极气体的一部分如箭头R30r所示经由阳极供给管L30向喷出器4逆流。阳极气体的逆流经由旁通管L34和阳极供给管L30从流出口46朝向喷出器流路44。
与此相对地，ECU70以抑制来自旁通LS33的阳极气体的逆流的方式使辅助LS32喷射阳极气体。从辅助LS32喷射的阳极气体如箭头R2所示流过喷出器流路44并从流出口46向阳极供给管L30排出。
辅助LS32和旁通LS33连续地喷射反应气体，因此抑制反应气体向喷出器4的逆流，如箭头R30f所示，能够从旁通LS33经由阳极供给管L30向FC1连续地供给不包含喷出器4内的杂质气体的高浓度的反应气体来进行预热运转。
ECU70例如以与温度传感器73的温度相应的流量使旁通LS33喷射阳极气体。因此，能够进行与FC1的温度相应的迅速的预热运转。
如箭头R31所示，阳极气体从入口11流过阳极气体流路L31并与阴极气体进行化学反应，由此用于发电。FC1将发电使用后的阳极气体作为阳极废气从出口12向阳极排出管L32排出。如箭头R32所示，阳极废气从FC1的出口12流过阳极排出管L32并进入至气液分离器5。
如箭头R33所示，阳极废气从气液分离器5流过返回管L33，并从喷出器流路44的流入口45流过喷出器流路44。即，若辅助LS32喷射阳极气体，则从气液分离器5经由返回管L33向喷出器4吸入阳极废气。在从FC1排出的阳极废气中包含有由FC1内的发电产生的水分，因此在预热运转中，在喷出器流路44中，通过被不能在气液分离器5中分离的液体水m、低温的阳极气体冷却而由水蒸气的结露产生液体水m。
例如若在喷出器流路44中残留有液体水m，则在冰点下液体水冻结并堵塞喷出器流路44，在燃料电池系统100的重新启动时，有可能不能向FC1供给充分的流量的阳极气体。
因此，ECU70通过在预热运转的完成后的通常运转中执行INJ31的喷射而将残留于喷出器流路44的液体水排出。
(FC1的通常运转)
图3是表示FC1的通常运转时的阳极气体和阳极废气的流动的一个例子的图。在图3中，对与图1共用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
ECU70在FC1的预热运转完成后执行INJ31的喷射。如箭头R1所示，从INJ31喷射的阳极气体流过喷出器流路44并从流出口46向阳极供给管L30排出。另外，从流入口45向喷出器流路44吸入返回管L33内的阳极废气，并将其从流出口46向阳极供给管L30排出。
如箭头R30所示，阳极气体和阳极废气从阳极供给管L30经由入口11进入至FC1的阳极气体流路L31。阳极气体和阳极废气的一部分用于发电。
INJ31间歇地喷射阳极气体，FC1将阳极气体用于发电，因此通过INJ31的间歇的喷射而喷出器4内的压力发生脉动。从流入口45吸入的阳极废气、从辅助LS32喷射的阳极气体、以及从INJ31喷射的阳极气体向喷出器流路44流动。因此，利用由INJ31的间歇的喷射引起的压力的脉动将通过辅助LS32的喷射而在喷出器流路44产生的液体水m从流出口46排出。
此外，喷出器流路44内的液体水m流过阳极供给管L30、阳极气体流路L31、以及阳极排出管L32并存积于气液分离器5。将气液分离器5内的液体水在阳极排出阀6的敞开时从阴极排出管L22排出。
在FC1的通常运转中，ECU70例如根据加速器开度传感器72检测到的加速器开度计算FC1所要求的电流值。ECU70对空气压缩机20指示阴极气体的流量，并对INJ31指示阳极气体的流量。
(阳极气体流量的变化)
图4是表示从旁通LS33、辅助LS32、INJ31喷射的阳极气体的流量的时间变化的一个例子的图。附图标记Ga表示旁通LS33的阳极气体流量相对于时刻的变化例，附图标记Gb表示辅助LS32的阳极气体流量相对于时刻的变化例，附图标记Gc表示INJ31的阳极气体流量相对于时刻的变化例。另外，附图标记Gd表示FC1的温度相对于时刻的变化例。
ECU70在从时刻0到时刻Tc的期间中进行FC1的预热运转，在时刻Tc以后进行FC1的通常运转。ECU70根据温度传感器73检测到的温度切换FC1的运转。作为一个例子，FC1的温度从温度Tm与时间成比例地上升，并在时刻Tc超过基准温度TH。
ECU70在预热运转中以与时刻0时的FC1的温度Tm相应的流量Vd执行旁通LS33的喷射。由此，以适当的流量Vd将阳极气体向FC1供给，因此FC1迅速升温。
另外，ECU70在预热运转中以抑制从旁通LS33喷射的阳极气体向喷出器流路44的逆流的方式以流量Vr执行辅助LS32的喷射。ECU70根据从旁通LS33喷射的阳极气体的流量Vd计算适当的流量Vr。此外，ECU70根据辅助LS32和旁通LS33的开度的设定控制阳极气体流量。
另外，在FC1的预热运转完成以前，ECU70一直停止INJ31的喷射。由于INJ31间歇地喷射阳极气体，因此使阳极气体的压力脉动，并使从返回管L33向喷出器流路44吸入的阳极废气的循环量增加。若阳极废气的循环量增加，则在喷出器流路44中产生的液体水的量也增加。因此，优选ECU70停止INJ31的喷射，但并不限定于此，也可以以补充用于抑制逆流的阳极气体的程度的流量执行INJ31的喷射。
若FC1的温度超过基准温度TH，则ECU70执行INJ31的喷射，由此进行FC1的通常运转。这里，基准温度TH是作为冰点的0℃以上。即，ECU70一直进行预热运转直到FC1的温度超过冰点为止。由此，抑制在预热运转中在喷出器流路44中产生的液体水的冻结，因此与存在冰的情况相比，更容易通过INJ31的喷射从喷出器流路44排出液体水。
ECU70例如以周期f开关INJ31来使阳极气体向INJ31间歇地喷射。ECU70根据FC1的要求电流值来决定INJ31的打开时间Δt和周期f。另外，从INJ31喷射的阳极气体的流量Vn是恒定的。
若INJ31喷射阳极气体，则阳极系统3的阳极气体的量暂时上升，由此阳极气体的压力上升。然而，阳极气体通过用于FC1的发电而减少，因此阳极气体的压力在喷射的紧后减少。因此，通过INJ31间歇地喷射阳极气体，从而阳极系统3的阳极气体的压力进行脉动。此时，喷出器流路44内的压力也进行脉动，因此容易将喷出器流路44内的液体水从流出口46排出。
另外，对于相对于ECU70的指示的响应性而言，INJ31比辅助LS32及旁通LS33更佳，因此能够通过INJ31的喷射更有效地排出液体水。
图5是表示喷射器与线性电磁阀的性能比较结果的图。实线表示喷射器(INJ31)的性能，虚线表示线性电磁阀(辅助LS32和旁通LS33)的性能。喷射器例如是电磁阀，通过电的开关控制来开闭(开度为100％或者0％的任意一个)阀。线性电磁阀与喷射器不同，能够进行流量调整，因此能够电控制为任意的开度(0～100％)。
附图标记Ha表示阳极气体流量相对于时刻的变化例。时刻Ts是ECU70对喷射器和线性电磁阀指示喷射的时机。对于从指示时刻Ts到达到最大流量Vp为止的所需时间而言，喷射器比线性电磁阀短。即，喷射器的响应性比线性电磁阀更好。
附图标记Hb表示喷射器和线性电磁阀喷射的情况下的、阻塞于流路的水滴的上游侧和下游侧的压力差Δp相对于时刻的变化例。因上述的响应性的差异，对于到压力差Δp达到最大值p1、p2为止的所需时间而言，喷射器比线性电磁阀短。另外，喷射器的喷射时的压力差Δp的最大值p1大于线性电磁阀的喷射时的压力差Δp的最大值p2。因此，ECU70通过执行INJ31的喷射，与执行辅助LS32和旁通LS33的喷射相比，有效地将液体水排出。
再次参照图4，ECU70在预热运转的完成后的通常运转中停止辅助LS32和旁通LS33的喷射。因此，抑制由辅助LS32和旁通LS33的喷射产生的阳极气体的消耗。此外，例如在FC1的要求电流值较大，并预测为阳极气体不足的情况下，ECU70也可以在通常运转中执行辅助LS32和旁通LS33的喷射。
(ECU70的处理)
图6是表示ECU70的处理的一个例子的流程图。在燃料电池系统100通过点火开关71的断开而停止动作的状态下执行本处理。
ECU70判定点火开关71是否变为了接通(步骤St1)。在点火开关71断开的情况下(步骤St1的否)，再次执行步骤St1。在点火开关71变为了接通的情况下(步骤St1的是)，ECU70为了FC1的发电而使空气压缩机20工作(步骤St2)。由此，开始从空气压缩机20向FC1供给阴极气体。
接下来ECU70通过温度传感器73测定冷却水的温度作为FC1的温度(步骤St3)。在FC1的温度为基准温度TH以下的情况下(步骤St4的是)，ECU70进行FC1的预热运转(步骤St5～St8)，在FC1的温度高于基准温度TH的情况下(步骤St4的否)，进行FC1的通常运转(步骤St11～St13)。
首先，对预热运转进行叙述。ECU70使INJ31关闭(步骤St5)。因此，不进行阳极气体从INJ31向FC1的供给。
接下来ECU70基于FC1的温度计算旁通LS33的开度(步骤St6)。由此，ECU70根据预热运转的开始时的FC1的温度决定从旁通LS33喷射的阳极气体的流量。
接下来ECU70以抑制阳极气体从旁通LS33向喷出器流路44的逆流的方式基于旁通LS33的开度来计算辅助LS32的开度(步骤St7)。例如ECU70计算辅助LS32的开度，使得以能够抵消阳极气体的逆流的流量喷射阳极气体。
接下来ECU70设定旁通LS33和辅助LS32的开度(步骤St8)。由此，旁通LS33和辅助LS32以与设定好的开度相应的流量开始阳极气体的喷射(步骤St8)。这样，ECU70以与FC1的预热运转的开始时的FC1的温度相应的流量执行旁通LS33的喷射，因此能够将FC1迅速升温。
接下来ECU70通过温度传感器73测定FC1的温度(步骤St9)。在FC1的温度为基准温度TH以下的情况下(步骤St10的是)，ECU70再次测定FC1的温度(步骤St9)。在FC1的温度高于基准温度TH的情况下(步骤St10的否)，ECU70进行FC1的通常运转(步骤St11～St13)。
接下来对通常运转进行叙述。ECU70关闭旁通LS33和辅助LS32(步骤St11)。由此，阳极气体从旁通LS33和辅助LS32的喷射停止。
接下来ECU70例如基于加速器开度传感器72的检测值决定FC1的要求电流值，并基于要求电流值计算INJ31的打开时间和开关的周期(图4的Δt和f)(步骤St12)。接下来ECU70根据打开时间和开关的周期对INJ31进行开关控制(步骤St13)。由此，以与要求电流值相应的流量向FC1供给阳极气体。
接下来ECU70判定点火开关71是否变为断开(步骤St14)。在点火开关71接通的情况下(步骤St14的否)，再次执行步骤St12～步骤St14的各处理。在点火开关71变为了断开的情况下(步骤St14的是)，使INJ31关闭(步骤St15)，并停止空气压缩机20(步骤St16)。由此FC1的发电停止。
(其他燃料电池系统)在上述的燃料电池系统100中，喷出器4具有与INJ31及辅助LS32连接的独立的大径喷嘴41和小径喷嘴42。即，喷出器4具备将从INJ31喷射的阳极气体向喷出器流路44喷射的大径喷嘴41、和将从辅助LS32喷射的阳极气体向喷出器流路44喷射的小径喷嘴42。因此，能够在大径喷嘴41与小径喷嘴42之间使阳极气体的喷射量适当地不同。然而，INJ31和辅助LS32并不限定于此，也可以与共用的喷嘴连接。
图7是表示另一燃料电池系统100a的例子的结构图。在图7中，对与图2共用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
燃料电池系统100a代替上述的喷出器4而具有具备单一的喷嘴41a的喷出器4a。在喷嘴41a的入口410a经由两个分支的连接管L4连接有INJ31和辅助LS32。因此，如箭头R4所示，从INJ31或者辅助LS32喷射的阳极气体从喷嘴41a向喷出器流路44流动。此外，喷嘴41a是第3喷嘴的一个例子。
这样，喷出器具有将从INJ31喷射的阳极气体、和从辅助LS32喷射的阳极气体向喷出器流路44喷射的共用的喷嘴41a。因此，喷出器4a与具备大径喷嘴41和小径喷嘴42的喷出器4相比，尺寸变小。
(比较例的燃料电池系统)
图8是表示比较例的燃料电池系统100x的结构图。在图8中，对与图1共用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
燃料电池系统100x代替喷出器4而具有与INJ31及辅助LS32分别连接的喷出器4j、4k。各喷出器4j、4k具有与图7所示的喷出器4a相同的构造。
喷出器4j、4k的流出口46经由两个分支的阳极供给管L30x与FC1的入口11连接。另外，喷出器4j、4k的流入口45经由两个分支的返回管L33x与气液分离器5连接。
若INJ31喷射阳极气体，则如箭头R33j所示，从气液分离器5经由返回管L33x将阳极废气从流入口45吸入至喷出器4j。从INJ31喷射的阳极气体与从流入口45吸入的阳极废气一起流过喷出器流路44并从流出口46向阳极供给管L30x排出。
若辅助LS32和INJ31喷射阳极气体，则如箭头R33k所示，从气液分离器5经由返回管L33x将阳极废气从流入口45吸入至喷出器4k。从INJ31喷射的阳极气体与从流入口45吸入的阳极废气一起流过喷出器流路44并从流出口46向阳极供给管L30x排出。
ECU70通过连续地执行旁通LS33和辅助LS32的喷射来进行FC1的预热运转。此时，如箭头R30r所示，从旁通LS33喷射的阳极气体向喷出器4j、4k逆流。
ECU70以抑制阳极气体的逆流的方式执行辅助LS32的喷射。因此，如箭头R30f所示，从旁通LS33喷射的阳极气体向FC1的入口11流动。
此时，阳极废气从流入口45向喷出器4k流入。因此，若ECU70在预热运转的完成时停止辅助LS32的喷射，则阳极废气所包含的液体水残留于喷出器4k的喷出器流路44。
在预热运转的完成后，ECU70通过间歇地执行INJ31的喷射来进行FC1的通常运转。此时，阳极废气从流入口45向喷出器4j流入从而在喷出器流路44产生液体水，但由于间歇地执行INJ31的喷射，因此阳极气体的压力进行脉动，从而容易将喷出器流路44内的液体水从流出口46排出。
在本例子中，与INJ31连接的喷出器4j、和与辅助LS32连接的喷出器4k是分开的，因此在辅助LS32的喷射停止后，液体水残留于喷出器4k。即使在通常运转中辅助LS32的喷射继续，也连续地进行喷射，因此与INJ31不同，不产生阳极气体的压力的脉动。因此，喷出器4k内的液体水难以排出。
与此相对地，在上述的燃料电池系统100、100a中，设置有与INJ31及辅助LS32连接的共用的喷出器4、4a。ECU70在预热运转中连续地执行辅助LS32的喷射，但在预热运转后间歇地执行INJ31的喷射。因此，与比较例不同，通过由INJ31的喷射引起的阳极气体的压力的脉动容易喷出器4、4a内的液体水排出。
如到此为止叙述的那样，ECU70通过执行旁通LS33的喷射来进行FC1的预热运转，并以抑制阳极气体从旁通LS33向喷出器4、4a的逆流的方式执行辅助LS32的喷射。辅助LS32和旁通LS33连续地喷射阳极气体，因此抑制阳极气体向喷出器4、4a的逆流，从而能够从旁通LS33向FC1连续地供给不包含喷出器4、4a内的杂质气体的高浓度的阳极气体来进行预热运转。
另外，ECU70在FC1的预热运转完成后执行INJ31的喷射。INJ31间歇地喷射阳极气体，FC1将阳极气体用于发电，因此通过INJ31的间歇的喷射而喷出器4、4a内的压力进行脉动。
另外，喷出器4、4a具备使从FC1的出口12排出的阳极废气、和从INJ31及辅助LS32喷射的阳极气体向流出口46流动的共用的喷出器流路44。因此，通过由INJ31的间歇的喷射引起的压力的脉动将因辅助LS32的喷射而在喷出器流路44产生的液体水从流出口46排出。
因此，本例子的燃料电池系统100、100a能够在FC1的预热运转后将残留于喷出器4、4a内的液体水容易地排出。
上述的实施方式是本发明的优选的实施的例子。其中，并不限定于此，在不脱离本发明的主旨的范围内能够实施各种变形。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统具有：
燃料电池，具备用于发电的反应气体的导入口和排出口；
第1喷射装置，间歇地喷射所述反应气体；
第2喷射装置和第3喷射装置，连续地喷射所述反应气体；
喷出器，具备喷出口，该喷出口将从所述排出口排出的所述反应气体同从所述第1喷射装置或者所述第2喷射装置喷射的所述反应气体一起喷出；
第1流路，将所述导入口与所述喷出口连接；
第2流路，不经由所述喷出器地向所述第1流路引导从所述第3喷射装置喷射的所述反应气体；以及
控制装置，构成为控制所述第1喷射装置、所述第2喷射装置以及所述第3喷射装置的喷射，
所述喷出器具备使从所述排出口排出的所述反应气体、和从所述第1喷射装置及所述第2喷射装置喷射的所述反应气体向所述喷出口流动的共用的第3流路，
所述控制装置构成为：通过执行所述第3喷射装置的喷射来进行所述燃料电池的预热运转，通过执行所述第2喷射装置的喷射来抑制所述反应气体的从所述第3喷射装置经由所述第2流路和所述第1流路进而从所述喷出口流向所述第3流路的逆流，在所述燃料电池的预热运转完成后，执行所述第1喷射装置的喷射。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制装置构成为：在所述燃料电池的预热运转完成后，停止所述第2喷射装置和所述第3喷射装置的喷射。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制装置构成为：停止所述第1喷射装置的喷射直到所述燃料电池的预热运转完成为止。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制装置构成为：以与所述燃料电池的预热运转的开始时的所述燃料电池的温度相应的流量执行所述第2喷射装置的喷射。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述喷出器具备将从所述第1喷射装置喷射的所述反应气体向所述第3流路喷射的第1喷嘴、和将从所述第2喷射装置喷射的所述反应气体向所述第3流路喷射的第2喷嘴。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述喷出器具有将从所述第1喷射装置喷射的所述反应气体、和从所述第2喷射装置喷射的所述反应气体向所述第3流路喷射的共用的第3喷嘴。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制装置构成为：进行所述燃料电池的预热运转直到所述燃料电池的温度超过冰点为止。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第1喷射装置包括喷射器，
所述第2喷射装置和所述第3喷射装置包括线性电磁阀。
9.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备燃料罐，
所述第1喷射装置设置于将所述燃料罐与所述喷出器连接并供所述反应气体流动的第4流路，
所述第2喷射装置和所述第3喷射装置设置于所述第2流路。
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