JP2008112585A - 燃料電池システム及びそのパージ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の内部に残存する生成水等の不純物を効果的に排出する。
【解決手段】燃料電池２と、燃料電池２に燃料ガスを供給するための供給流路２２と、燃料電池２から排出される燃料オフガスを供給流路２２に戻すための循環流路２３と、供給流路２２の上流側のガス圧力を調整して下流側に供給する圧力調整装置３２と、供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させて合流ガスを噴射し合流ガスの噴射口の面積が変更可能に構成されてなるエジェクタ２４と、を備える燃料電池システム１であって、燃料電池内不純物の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置３２から供給されるガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタ２４の噴射口の面積を低減させるように圧力調整装置３２及びエジェクタ２４を制御する制御手段５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システム及びそのパージ方法に関する。

反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応により電力を発生させる燃料電池を備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出される燃料オフガス中に、発電に寄与しなかった燃料ガスが含まれ得る。このため、現在においては、未反応の燃料ガスを再利用する目的で、エジェクタを用いて燃料オフガスを燃料ガスに合流させる技術が提案されている。エジェクタは、燃料供給流路を経由して燃料供給源から供給された燃料ガスを燃料電池側へ噴射することによりその内部で負圧を発生させ、この負圧により循環流路内の燃料オフガスを吸引して燃料ガスと燃料オフガスとを合流させる装置である。

ところで、燃料電池システムの燃料電池の内部や燃料オフガスの循環流路には、発電に伴って生成された不純物（窒素・一酸化炭素等の不純物ガスや水分）が経時的に蓄積する。このため、現在においては、蓄積した不純物を外部に排出する目的で、循環流路や循環流路に接続した排出流路にパージ弁を設け、このパージ弁の開閉制御を行うことにより、不純物を定期的に排出する技術（パージ技術）が提案されている。近年においては、燃料供給流路のエジェクタ上流側に圧力調整弁を配置し、この圧力調整弁の開度を調整してエジェクタの循環性能を向上させることにより、燃料電池内の不純物を排出して発電状態を回復させる技術（エジェクタを備えた燃料電池システムにおけるパージ技術）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１３９８７７号公報

しかし、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、前記特許文献１に記載されたような従来の技術（エジェクタ上流側の圧力調整弁の開度を調整する技術）を採用するだけでは、燃料電池の内部に残存する不純物ガスや生成水を充分に排出することができなかった。このため、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいては、システムの運転終了後に氷点下等の低温環境下で燃料電池の内部の生成水が凍結して、システムの始動性能が低下してしまうおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の内部に残存する生成水等の不純物を効果的に排出することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路の上流側のガス圧力を調整して下流側に供給する圧力調整装置と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させて合流ガスを噴射し合流ガスの噴射口の面積が変更可能に構成されてなるエジェクタと、を備える燃料電池システムであって、燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置から燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタの噴射口の面積を低減させるように圧力調整装置及びエジェクタを制御する制御手段を備えるものである。

また、本発明に係るパージ方法は、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路の上流側のガス圧力を調整して下流側に供給する圧力調整装置と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させて合流ガスを噴射し合流ガスの噴射口の面積が変更可能に構成されてなるエジェクタと、を備える燃料電池システムのパージ方法であって、燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置から燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタの噴射口の面積を低減させる工程を備えるものである。

かかる構成及び方法を採用すると、燃料電池の内部に残存する不純物（発電に寄与しない窒素ガスや生成水等）の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置から燃料電池へと供給されるガス圧力を増大させるとともに、エジェクタの噴射口の面積を低減させることができる。従って、エジェクタから燃料電池に向けて噴射される合流ガスの圧力を一気に増大させて供給流路内にガスの脈動を生成し、かつ、循環流路内におけるガスの循環流量を増大させることができるので、燃料電池内の不純物を効果的に排出することが可能となる。

前記燃料電池システムにおいて、循環流路内の不純物を外部に排出するためのパージ弁を採用するとともに、燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置から燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタの噴射口の面積を低減させ、かつ、パージ弁の開放を実現させるように圧力調整装置、エジェクタ及びパージ弁を制御する制御手段を採用することができる。

かかる構成を採用すると、燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、圧力調整装置から燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタの噴射口の面積を低減させ、かつ、パージ弁を開放することができる。従って、燃料電池内の不純物を、パージ弁を介して、循環流路の外部に効果的に排出することが可能となる。

また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを圧力調整装置として採用することができる。

インジェクタとは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。

本発明によれば、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の内部に残存する生成水等の不純物を効果的に排出することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。

まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。燃料電池システム１は、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２、燃料電池２に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系３、燃料電池２に燃料ガスとしての水素ガスを供給する燃料ガス配管系４、システム全体を統合制御する制御部５、外気温を検出する図示されていない温度センサ等を備えている。

燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単電池を積層したスタック構造を備えている。燃料電池２の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２は電力を発生する。

酸化ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池２に供給する空気供給流路１２と、燃料電池２から排出された酸化オフガスを加湿器１１に導く空気排出流路１３と、加湿器１１から外部へと酸化オフガスを導くための排気流路１４と、が設けられている。空気供給流路１２には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器１１に圧送するコンプレッサ１５が設けられている。

燃料ガス配管系４は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク２１と、水素タンク２１の水素ガスを燃料電池２に供給するための水素供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを水素供給流路２２に戻すための循環流路２３と、水素供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ、循環流路２３の水素オフガスを水素供給流路２２に還流させるエジェクタ２４と、燃料電池２の内部や循環流路２３の内部に溜まった不純物を排出するための排出流路２５と、を備えている。

水素供給流路２２は、エジェクタ２４の上流側に位置して新たな水素ガスをエジェクタ２４に導く流路である主流流路２２ａと、エジェクタ２４の下流側に位置して混合ガスを燃料電池２に導く流路である混合流路２２ｂと、で構成されている。主流流路２２ａには、水素タンク３１から供給される水素ガスの流通を遮断・許容する遮断弁３１と、水素ガスの圧力を調整するインジェクタ３２と、インジェクタ３２の上流側圧力を検出する圧力センサ３３と、が設けられている。圧力センサ３３で検出された圧力に係る情報は、インジェクタ３２の制御に用いられる。

インジェクタ３２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ３２は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、インジェクタ３２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御部５から出力される制御信号によってインジェクタ３２のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ３２は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。

インジェクタ３２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ３２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池２側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ３２の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ３２下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３２上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３２を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ３２の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。インジェクタ３２は、水素供給流路２２の上流側のガス圧力（ガス流量、水素モル濃度）を調整して下流側に供給するものであり、本発明における圧力調整装置の一実施形態に相当する。

循環流路２３の内部の水素オフガスはエジェクタ２４によって吸引される。循環流路２３には排出流路２５が分岐配管されており、排出流路２５にはパージ弁３４が設けられている。パージ弁３４は、制御部５からの指令によって作動することにより、循環流路２３内に残存する不純物ガス（窒素や一酸化炭素）や生成水を外部に排出（パージ）するものである。パージ弁３４の開放により、循環流路２３内の水素オフガス中の不純物ガスの濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。

エジェクタ２４は、水素タンク２１から主流流路２２ａを介して供給された新たな水素ガス（燃料ガス）を燃料電池２側へ噴射することにより負圧を発生させ、燃料電池２の燃料オフガス出口から循環流路２３へと排出された水素オフガスをこの負圧により吸引して、新たな水素ガスと水素オフガスとを合流させるものである。合流後の混合ガスは、燃料電池２に供給される。

エジェクタ２４は、図２に示すように、その外郭を構成する筐体４１を有している。筐体４１には、主流流路２２ａの下流側に接続された１次側の供給口４２と、混合流路２２ｂの上流側に接続された２次側の排出口４３と、循環流路２３の下流側に接続された負圧作用側の吸込口４４と、が設けられている。筐体４１の内部には、供給口４２からの新たな水素ガスを下流側に向かって噴射するノズル４５と、ノズル４５の下流側に設けられ、ノズル４５を通過した新たな水素ガスと水素オフガスとを合流させるディフューザ４６と、ノズル４５の出口（噴射口）の面積を変更することによりノズル４５を通過する新たな水素ガスの流速等を制御する噴射口面積変更手段４７と、が構成されている。

ノズル４５は、図２に示すように、水素ガスの流れ方向に向かって先細となるように形成されており、ディフューザ４６側に開口している先端噴射部５１と、先端噴射部５１に連なり先端噴射部５１に向かって漸次縮径された内周壁を有する絞り部５２と、から構成されている。先端噴射部５１は、一定の径を有する内周壁を有している。先端噴射部５１のディフューザ４６側の開口がノズル４５の出口（噴射口）となっており、先端噴射部５１からディフューザ４６に向かって新たな水素ガスが噴出される。そして、先端噴射部５１の開口（噴射口）の面積は、噴射口面積変更手段４７により変更されるようになっている。絞り部５２は、その拡開した側が供給口４２に連なっている。

ディフューザ４６は、図２に示すように、ノズル４５と同軸に形成されており、その上流側部分が吸込口４４に連なっている。また、ディフューザ４６の下流側部分は排出口４３に連なっている。ノズル４５からディフューザ４６に向けて新たな水素ガスが噴射されると、水素オフガスを吸引するための負圧が発生し、循環流路２３の水素オフガスがディフューザ４６に吸い込まれる。これにより、ディフューザ４６において新たな水素ガスと水素オフガスとが合流し、この混合ガスが、排出口４３から混合流路２２ｂへと排出される。

噴射口面積変更手段４７は、図２に示すように、先端側がノズル４５の内部に臨むニードル６１と、ニードル６１の基端側を表面６２ａの中央部に接続したピストン６２と、ピストン６２を往復移動させるアクチュエータ６３と、を有している。

ニードル６１は、先端側に向かって先細とされた先端調整部７１と、先端調整部７１に一体に連なってピストン６２に接続された接続部７２と、から構成されている。先端調整部７１は、円錐や角錐の錐体から構成されてノズル４５の内部に臨み、その位置に応じて、ノズル４５の出口（噴射口）の面積を変更する。ピストン６２は、その外周面を筐体４１の内壁面に沿って摺動可能に構成されており、その軸線方向に摺動する。ピストン６２の表面６２ａには、主流流路２２ａからの新たな水素ガスの圧力が作用する一方、ピストン６２の裏面６２ｂには、アクチュエータ６３からの押圧力・引張力が作用する。アクチュエータ６３は、例えばモータやシリンダ装置からなり、制御部５からの指令によって作動することにより、ピストン６２及びニードル６１を往復移動させる。アクチュエータ６３の駆動によりピストン６２が進退すると、ピストン６２に接続されたニードル６１の先端調整部７１がノズル４５の先端噴射部５１に対して近接・離隔して、ノズル４５の出口（噴射口）の面積が変更されることとなる。

制御部５は、車両に設けられた加速用の操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータのほかに、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ１５のモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御部、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。

制御部５は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することにより、種々の処理や制御を行う。

具体的には、制御部５は、燃料電池システム１の通常運転が終了し、かつ、外気温が所定の閾値（例えば０℃）未満になった場合に、燃料電池２の内部に残存する不純物の排出要求がなされたものとして、不純物を排出するための制御を行う。すなわち、制御部５は、排出要求がなされた場合に、インジェクタ３２から燃料電池２へと供給される水素ガスの圧力を増大させるとともに、エジェクタ２４の合流ガスの噴射口（ノズル４５の出口）の面積を低減させ、かつ、パージ弁３４の開放を実現させるようにインジェクタ３２、エジェクタ２４のアクチュエータ６３及びパージ弁３４を制御する。制御部５は、本発明における制御手段の一実施形態として機能するものである。

続いて、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のパージ方法について説明する。

燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク２１から水素ガスが水素供給流路２２を介して燃料電池２の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路１２を介して燃料電池２の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池２から引き出すべき電力（要求電力）が制御部５で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池２内に供給されるようになっている。本実施形態においては、このような通常運転の後に、燃料電池２内や循環流路２３内に蓄積した生成水や不純物ガスを排出（パージ）するための制御を行う。

まず、燃料電池システム１の制御部５は、通常運転が終了したか否かを判定し（運転終了判定工程：Ｓ１）、肯定的な判定が得られた場合に、外気温センサを用いて検出した外気温が所定の閾値未満であるか否かを判定する（外気温判定工程：Ｓ２）。そして、制御部５は、外気温判定工程Ｓ２で外気温が所定の閾値未満であると判定した場合に、燃料電池２の内部に残存する不純物の排出要求信号を送出することにより、インジェクタ３２と、エジェクタ２４のアクチュエータ６３と、パージ弁３４と、を制御する。

具体的には、制御部５は、外気温判定工程Ｓ２で外気温が所定の閾値未満であると判定した場合に、インジェクタ３２を閉じることにより、インジェクタ３２の上流側圧力を上昇させる（インジェクタ一時閉鎖工程：Ｓ３）とともに、エジェクタ２４のアクチュエータ６３を制御して、エジェクタ２４の合流ガスの噴射口（ノズル４５の出口）を開放する（エジェクタ開放工程：Ｓ４）。インジェクタ一時閉鎖工程Ｓ３においては、インジェクタ３２を全閉にしてもよく、インジェクタ３２の上流側圧力が上昇する程度にインジェクタ３２の開度を低減させてもよい。エジェクタ開放工程Ｓ４においては、エジェクタ２４の噴射口から噴射される合流ガスの流速を通常運転時よりも高くする目的で、エジェクタ２４の噴射口の面積を通常運転時よりも小さい値に設定している。

次いで、制御部５は、圧力センサ３３を用いてインジェクタ３２の上流側における水素ガスの圧力を検出し、この検出値が所定の閾値以上に上昇しているか否かを判定する（圧力上昇判定工程：Ｓ５）。そして、制御部５は、圧力上昇判定工程Ｓ５において肯定的な判定が得られた場合に、インジェクタ３２を全開にして高圧の水素ガスを燃料電池２へと供給することにより、燃料電池２の内部に残存する不純物を循環流路２３へと排出する（パージ工程：Ｓ６）。かかるパージ工程Ｓ６においてインジェクタ３２から供給された高圧の水素ガスは、エジェクタ２４の比較的小さい面積の噴射口から噴射される際に加速されて燃料電池２へと供給されるため、燃料電池２の内部に残存する不純物は循環流路２３へと効率良く排出される。また、パージ工程Ｓ６においては、インジェクタ３２の全開制御と同時（ないし所定時間経過後）にパージ弁３４を開放して、循環流路２３の内部に残存する不純物を外部に排出するようにしている。

パージ工程Ｓ６を経た後、制御部５は、圧力センサ３３を用いてインジェクタ３２の上流側における水素ガスの圧力を検出し、この検出値が所定の閾値未満まで下降しているか否かを判定する（圧力下降判定工程：Ｓ７）。そして、制御部５は、圧力下降判定工程Ｓ７において肯定的な判定が得られた場合に、インジェクタ３２を全閉にすることにより、燃料電池２への水素ガスの供給を遮断する（インジェクタ全閉工程：Ｓ８）。以上のインジェクタ一時閉鎖工程Ｓ３からインジェクタ全閉工程Ｓ８までの工程群を経ることにより、水素供給流路２２内にガスの脈動を生成することができ、その脈動により、燃料電池２の内部に残存する不純物を効果的に排出することができる。

インジェクタ全閉工程Ｓ８を経た後、制御部５は、通常運転終了時から所定時間が経過したか否かを判定する（経時判定工程：Ｓ９）。そして、制御部５は、経時判定工程Ｓ９において通常運転終了時から所定時間が経過していないものと判定した場合に、圧力上昇判定工程Ｓ５以降の工程（圧力上昇判定工程Ｓ５、パージ工程Ｓ６、圧力下降判定工程Ｓ７及びインジェクタ全閉工程Ｓ８）を繰り返し実施する。一方、制御部５は、経時判定工程Ｓ９において通常運転終了時から所定時間が経過しているものと判定した場合に、パージ制御を終了する。

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、燃料電池２の内部に残存する不純物（発電に寄与しない窒素ガスや生成水等）の排出要求がなされた場合に、インジェクタ３２から燃料電池２へと供給されるガス圧力を増大させるとともに、エジェクタ２４の噴射口の面積を低減させることができる。従って、エジェクタ２４から燃料電池２に向けて噴射される合流ガスの圧力を一気に増大させて水素供給流路２２内にガスの脈動を生成し、かつ、循環流路２３内におけるガスの循環流量を増大させることができるので、燃料電池２の内部の不純物を循環流路２３へと効果的に排出することができる。この結果、氷点下等の低温環境下において燃料電池２の内部に残存した生成水が凍結して燃料電池システム１の始動性能が低下することを抑制することが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、燃料電池２の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、インジェクタ３２及びエジェクタ２４の制御に同期させてパージ弁３４を開放することができる。従って、循環流路２３の内部に残存する不純物を、パージ弁３４を介して、循環流路２３の外部に効果的に排出することができる。

なお、以上の実施形態においては、所定の制御信号（排出要求信号）を受けて作動するアクチュエータ６３の駆動力によりピストン６２及びニードル６１を移動させてノズル４５の出口（噴射口）の面積を変更するように構成されたエジェクタ２４を採用した例を示したが、エジェクタ２４の構成はこれに限られるものではない。すなわち、所定の排出要求がなされた場合に噴射口の面積を変更することができる構成であればいかなる構成を採用してもよい。

また、以上の実施形態においては、エジェクタ開放工程Ｓ４においてエジェクタ２４の噴射口を絞る（エジェクタ２４の噴射口の面積を通常運転時よりも小さい値に設定する）例を示したが、エジェクタ２４の噴射口を絞るタイミングはこの例に限られるものではない。例えば、エジェクタ開放工程Ｓ４においてはエジェクタ２４の噴射口を通常運転時と同等の面積に設定した状態で開放しておき、パージ工程Ｓ６におけるインジェクタ３２の全開制御と同時にエジェクタ２４の噴射口を絞ることもできる。

また、以上の実施形態においては、通常運転終了時から所定時間が経過した場合にパージ制御を終了させた例を示したが、パージ制御の終了判定方法はこれに限るものではない。例えば、通常運転終了時からのインジェクタ３２の全開制御の回数を計測し、この回数が所定回数を超えた場合にパージ制御を終了させることもできる。

また、以上の実施形態においては、パージ工程Ｓ６においてパージ弁３４を開放し、その後パージ制御が終了するまでパージ弁３４の開放を持続させた例を示したが、インジェクタ全閉工程Ｓ８におけるインジェクタ３２の全閉制御と同時にパージ弁３４を閉鎖することもできる。

また、以上の実施形態においては、水素供給流路２２に遮断弁３１を設けた例を示したが、インジェクタ３２は、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁３１を設けなくてもよい。また、インジェクタ３２は、可変調圧弁としても機能する。従って、インジェクタ３２を採用すると遮断弁３１やレギュレータを省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 図１に示した燃料電池システムのエジェクタの拡大断面図である。 図１に示す燃料電池システムのパージ方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…燃料電池システム、２…燃料電池、５…制御部（制御手段）、２２…水素供給流路、２３…循環流路、２４…エジェクタ、２５…排出流路、３２…インジェクタ（圧力調整装置）、３４…パージ弁。

Claims (4)

1. 燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路の上流側のガス圧力を調整して下流側に供給する圧力調整装置と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させて合流ガスを噴射し合流ガスの噴射口の面積が変更可能に構成されてなるエジェクタと、を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、前記圧力調整装置から前記燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、前記エジェクタの前記噴射口の面積を低減させるように前記圧力調整装置及び前記エジェクタを制御する制御手段を備える、
   燃料電池システム。
2. 前記循環流路内の不純物を外部に排出するためのパージ弁を備え、
   前記制御手段は、前記燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、前記圧力調整装置から前記燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、前記エジェクタの前記噴射口の面積を低減させ、かつ、前記パージ弁の開放を実現させるように前記圧力調整装置、前記エジェクタ及び前記パージ弁を制御するものである、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記圧力調整装置は、インジェクタである、
   請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路の上流側のガス圧力を調整して下流側に供給する圧力調整装置と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させて合流ガスを噴射し合流ガスの噴射口の面積が変更可能に構成されてなるエジェクタと、を備える燃料電池システムのパージ方法であって、
   前記燃料電池の内部に残存する不純物の排出要求がなされた場合に、前記圧力調整装置から前記燃料電池へと供給されるガスの圧力を増大させるとともに、前記エジェクタの前記噴射口の面積を低減させる工程を備える、
   燃料電池システムのパージ方法。

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