JP5613146B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

例えば、特許文献１において、燃料電池から排出された未消費の水素（燃料ガス）を含むアノードオフガス（燃料オフガス）をエゼクタで吸引し、水素を循環させる方法が提案されている。また、特許文献１では、エゼクタの上流にインジェクタ（流量調整手段）を設け、このインジェクタによってエゼクタのノズルに向かう新規水素の流量を制御している。

特開２００８−１９０３３６号公報

ところが、水素の通流方向において、インジェクタとエゼクタとが直列に接続した構成であり、このようなシステムにおいては、エゼクタを効率的に使用するためにインジェクタに高圧で水素を供給する必要がある。したがって、インジェクタのプランジャ（駆動部）のシート面やストッパ面に作用する負荷（応力）が大きくなる。そして、このような高圧下においてインジェクタの作動頻度が多くなると、インジェクタの耐久性が低下する虞がある。

また、単一のインジェクタで、全ての負荷要求範囲に対応した広レンジの水素流量を噴射可能とする場合、インジェクタのストローク量やノズル径を大きくする必要があるが、このように大きくしてしまうと、作動音や振動が増大してしまい、好ましくない。

そこで、本発明は、インジェクタ等の流量調整手段の耐久性を高めつつ、流量調整手段における作動音や振動の小さい燃料電池システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、前記燃料ガス流路の入口に接続し、前記燃料ガス流路に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路と、前記燃料ガス流路の出口と前記燃料ガス供給流路とを接続し、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻すことで、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路と、前記燃料ガス循環流路の接続点よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との接続点に設けられ、前記第１流量調整手段からの燃料ガスをノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で前記燃料ガス循環流路の燃料オフガスを吸引し、燃料ガスと燃料オフガスを混合するエゼクタと、前記第１流量調整手段よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、前記エゼクタよりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、燃料ガスが前記第１流量調整手段及び前記エゼクタをバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御する制御手段と、前記燃料電池に対する要求発電量が所定変化量範囲内で変動する定常運転時と、要求発電量が前記所定変化量範囲を超えて変動する非定常運転時とのいずれであるか判定する運転時判定手段と、要求発電量に基づいて必要燃料ガス流量を算出する必要燃料ガス流量算出手段と、前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量が、前記第１流量調整手段の第１供給可能範囲内であるか否か判定する第１供給可否判定手段と、を備え、前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第１供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第１供給可能範囲内であると判定したとき、前記制御手段は前記第１流量調整手段のみを制御し、前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第１供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第１供給可能範囲内でないと判定したとき、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御し、前記運転時判定手段が非定常運転時であると判定した場合、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御することを特徴とする燃料電池システムである。

このような構成によれば、燃料電池が必要とする必要燃料ガス流量が多く、第１流量調整手段のみでは燃料電池への燃料ガス供給流量が不足する場合、第２流量調整手段が第１流量調整手段よりも大流量で燃料ガスを間欠的に噴射してアシストし、第２流量調整手段からの燃料ガスがバイパス流路を通って第１流量調整手段及びエゼクタをバイパスしつつ燃料電池に供給されることにより、燃料電池において燃料ガス不足とならず、燃料電池が外部（負荷）からの要求（負荷要求量、要求発電量）に対応して発電できる。

すなわち、必要燃料ガス流量が多い場合、第２流量調整手段が適宜に燃料ガスを噴射すればよく、小流量の第１流量調整手段がその耐久性の大きく低下する作動条件（ストローク量、作動頻度）で作動する必要が無いので、第１流量調整手段の耐久性を高めつつ、第１流量調整手段における作動音（プランジャの打音等）や振動を小さくできる。

このような構成によれば、運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、第１供給可否判定手段が必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第１供給可能範囲内であると判定したとき、制御手段は第１流量調整手段のみを制御する。これにより、第２流量調整手段を不要に作動させず、第１流量調整手段のみを適切に制御して、要求発電量に対応した適量の燃料ガスを燃料電池に供給できる。

そして、第１流量調整手段の第１供給可能範囲は、定常運転時における燃料ガスの流量の変化範囲に限定できるので、例えば、第１流量調整手段による燃料ガスの噴射量の上限値を不必要に大きくする必要も無く、また、耐久性が大きく損なう領域で第１流量調整手段を制御する必要もない。

一方、運転時判定手段が非定常運転時であると判定した場合、制御手段が必要燃料ガス流量に対応して第２流量調整手段を制御するので、例えば、必要燃料ガス流量の第１供給可能範囲を超えた分に対応して、第２流量調整手段を作動して燃料ガスを噴射しアシストする構成とすれば、燃料電池において燃料ガス不足とならず、燃料電池が要求発電量に対応して良好に発電できる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電が安定する安定状態であるか否か判定する安定状態判定手段を備え、前記安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合、前記制御手段は、前記第１供給可否判定手段の判定結果に関わらず、少なくとも前記第２流量調整手段を制御することが好ましい。

このような構成によれば、安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合、つまり、不安定状態であると判定した場合、制御手段が、第１供給可否判定手段の判定結果に関わらず、少なくとも大流量の第２流量調整手段を制御するので、燃料ガス流路に燃料ガスを大流量で供給でき、燃料ガス流路における燃料ガス濃度を速やかに高め、燃料ガス流路を燃料ガスに早期に置換できる。これにより、不安定状態から安定状態に早期に移行できる。

なお、安定状態判定手段が安定状態であると判定される場合は、例えば、（１）燃料電池が複数の単セルが積層されて構成された燃料電池スタックである場合、複数の単セルのうちの最低セル電圧や平均セル電圧が所定電圧以上である場合、（２）燃料ガス流路における燃料ガス濃度が所定燃料ガス濃度以上であり水素置換が完了していると判断される場合、（３）システム起動開始から所定時間を経過した場合、等が挙げられる。
また、システム起動時は、不安定状態となり易いので、このように少なくとも大流量の第２流量調整手段を制御することにより、安定状態に早期に移行できる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を作動させる場合において、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段の作動タイミングは同期していることが好ましい。

このような構成によれば、第１流量調整手段及び第２流量調整手段を作動させる場合において、第１流量調整手段及び第２流量調整手段の作動タイミングは同期しているので、第１流量調整手段及び第２流量調整手段から同時に燃料ガスが噴射されるタイミング（瞬間）が形成される。

これにより、第１流量調整手段及び第２流量調整手段からの燃料ガスの総流量が最大となり、燃料ガスの通流に伴う脈動が大きくなり、圧力変動が大きくなる。したがって、燃料電池においてフラッディングが発生し、燃料ガス流路に結露水等が生成していたとしても、この結露水等を脈動が大きく圧力変動が大きい燃料ガスによって、燃料ガス流路（燃料電池）から良好に排出できる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を作動させる場合において、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段の燃料ガスの噴射開始時は略同時であることが好ましい。

このような構成によれば、第１流量調整手段及び第２流量調整手段を作動させる場合において、第１流量調整手段及び第２流量調整手段の燃料ガスの噴射開始時は略同時であるので、第１流量調整手段及び第２流量調整手段に対しての操作処理（制御処理）が簡便となる。

また、噴射前の燃料ガスの流量及び圧力が最小の状態の後、第１流量調整手段及び第２流量調整手段が略同時に燃料ガスを噴射するので、燃料ガスの通流に伴う脈動が最大、つまり、圧力変動が最大となり、燃料ガス流路（燃料電池）から結露水等を速やかに排出できる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第１流量調整手段は、電子制御式の第１インジェクタであることが好ましい。

このような構成によれば、第１流量調整手段が電子制御式の第１インジェクタであるので、指令（開指令／閉指令）に対する応答性が良く、制御性が良好となる。そして、燃料ガスの噴射／停止に伴う燃料ガスの脈動、圧力変動が大きくなり、燃料ガス流路の結露水等の排出性が向上すると共に、エゼクタにおいて負圧が発生し易くなり、燃料ガスの循環性が向上する。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第２流量調整手段は、電子制御式の第２インジェクタであることが好ましい。

このような構成によれば、第２流量調整手段が電子制御式の第２インジェクタであるので、指令（開指令／閉指令）に対する応答性が良く、制御性が良好となる。そして、燃料ガスの噴射／停止に伴う燃料ガスの脈動、圧力変動が大きくなり、燃料ガス流路の結露水等の排出性が向上する。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記第１インジェクタの第１駆動部と、前記第２インジェクタの第２駆動部とは、同一の部品であり、前記第１駆動部の第１ストローク量は、前記第２駆動部の第２ストローク量よりも小さいことが好ましい。

このような構成によれば、第１インジェクタの第１駆動部と第２インジェクタの第２駆動部とは同一の部品であるので、第１インジェクタ及び第２インジェクタの製造コストを低減できる。

本発明によれば、インジェクタ等の流量調整手段の耐久性を高めつつ、流量調整手段における作動音や振動の小さい燃料電池システムを提供できる。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第１インジェクタ（第２インジェクタ）の側断面図である。 （ａ）は第１インジェクタの側断面図の拡大図であり、（ｂ）は第２インジェクタの側断面図の拡大図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 要求発電量（アクセル開度）と必要水素流量との関係を示すマップである。 必要水素流量と、燃料電池スタックに実際に供給される水素流量と、第１インジェクタの噴射する流量、第２インジェクタの噴射する流量及び第１、２インジェクタの噴射する総流量と、の関係を示すマップである。 第１、第２インジェクタのストローク量と、作動回数との関係を示すグラフである。 ＩＧ−ＯＮからの時間と、水素流量との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。

本発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す燃料電池システム１００は、図示しない燃料電池車（車両、移動体）に搭載されている。燃料電池車は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等である。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１１０の発電を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ１６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１１が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。

各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１２（燃料ガス流路）、カソード流路１１３（酸化剤ガス流路）として機能している。

そして、アノード流路１１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１１０とモータ１４１等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。

２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２）

＜セル電圧モニタ＞
セル電圧モニタ１１５は、燃料電池スタック１１０を構成する複数の単セル１１１毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。

モニタ本体は、所定周期で全ての単セル１１１をスキャニングし、各単セル１１１のセル電圧を検出し、平均セル電圧、最低セル電圧を算出するようになっている。そして、モニタ本体（セル電圧モニタ１１５）は、平均セル電圧、最低セル電圧をＥＣＵ１６０に出力するようになっている。

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク１２１（燃料ガス供給源）と、常閉型の遮断弁１２２と、第１インジェクタ１（第１流量調整手段）と、第２インジェクタ２（第２流量調整手段）と、エゼクタ１２３と、逆止弁１２４と、パージ弁１２５と、圧力センサ１２６と、を備えている。なお、第１インジェクタ１は小流量噴射用であり、第２インジェクタ２は大流量噴射用である。

水素タンク１２１は、配管１２１ａ、遮断弁１２２、配管１２２ａ、第１インジェクタ１、配管１２２ｂ、エゼクタ１２３、配管１２３ａを介して、アノード流路１１２の入口に接続されている。配管１２２ａは、配管１２２ｃ、第２インジェクタ２、配管１２２ｄを介して、配管１２３ａに接続されている。そして、遮断弁１２２が開いた状態で、第１インジェクタ１及び／又は第２インジェクタ２が水素を噴射すると、水素タンク１２１の水素が配管１２１ａ等を通って、アノード流路１１２に供給されるようになっている。なお、配管１２２ｃの接続点よりも上流の配管１２２ａには、水素の圧力を下げる図示しない減圧弁（レギュレータ）が設けられている。

ここで、アノード流路１１２の入口に接続され、アノード流路１１２に供給される水素が通流する燃料ガス供給流路は、配管１２１ａと、配管１２２ａと、配管１２２ｂと、配管１２３ａとを備えて構成されている。そして、エゼクタ１２３は、前記燃料ガス供給流路と、後記するように配管１２４ａ及び配管１２４ｂを備えて構成される燃料ガス循環流路との接続点に設けられている。

また、第１インジェクタ１は、前記接続点（エゼクタ１２３）よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられている。さらに、第１インジェクタ１よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、エゼクタ１２３よりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、水素タンク１２１からの新規水素が第１インジェクタ１及びエゼクタ１２３をバイパスするバイパス流路は、配管１２２ｃと配管１２２ｄとを備えて構成されている。そして、第２インジェクタ２は、前記バイパス流路に設けられている。

水素タンク１２１は、水素が高圧で封入されるタンクである。
遮断弁１２２は、例えば、ゲート弁をソレノイド（アクチュエータ）で開閉する電磁弁で構成されている。そして、遮断弁１２２は、ＥＣＵ１６０からの指令に従って、開閉するようになっている。

＜第１インジェクタ、第２インジェクタ＞
第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２は、ＥＣＵ１６０に電子制御されることで、水素を間欠的（断続的）に噴射するものである。
なお、第１インジェクタ１、第２インジェクタ２、遮断弁１２２や、後記するコンプレッサ１３１等は、燃料電池スタック１１０及び／又は後記するバッテリ１４４を電源としている。

ここで、第１インジェクタ１と第２インジェクタ２とは同様の構成であるので、以下、第１インジェクタ１について詳細に説明し、第２インジェクタ２については異なる部分を括弧書き等で説明する。また、明確に説明するために、便宜的に、図２の右側を前側、左側を後側とする。

図２、図３（ａ）に示すように、第１インジェクタ１（第２インジェクタ２、図３（ｂ）参照）は、ボディ１０と、ソレノイド２０と、固定コア３０と、プランジャ４０（第１駆動部、第２駆動部）と、圧縮コイルばね５０と、ノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）と、シム７０Ａ（シム７０Ｂ）と、を備えている。

＜ボディ＞
ボディ１０は、円筒状の部品であり、中心軸線上に、流路１１と、プランジャ室１２と、ノズル室１３とを有している。流路１１は、配管１２２ａ（配管１２２ｃ）からの水素が通流する流路である。プランジャ室１２は、流路１１の下流端（前側端）から段違いで拡径した空間であって、プランジャ４０を摺動自在かつ進退自在に収容する空間である。ノズル室１３は、プランジャ室１２の前側端から段違いで拡径した空間であって、ノズル６０Ａを収容する空間である。そして、段違いで拡径した部分に形成される段差部１４は、シム７０Ａ（シム７０Ｂ）に当接している。

＜ボディ、固定コア＞
ソレノイド２０及び固定コア３０は、ボディ１０に内蔵されている。そして、ＥＣＵ１６０からの指令に従ってソレノイド２０に通電しＯＮされると、固定コア３０において磁力が生起し、プランジャ４０を吸引するようになっている。なお、プランジャ４０は、磁性体で形成されている。

＜プランジャ＞
プランジャ４０は、略円筒状を呈する部品であって、後側から前側に向かって、プランジャ室１２を摺動する基端部４１と、基端部４１の前側に小径で形成された連結部４２と、連結部４２の前側に形成された先端部４３と、を備えている。すなわち、基端部４１及び先端部４３は、連結部４２を介して連結されている。そして、プランジャ４０の中心軸線上には、後側で開口した流路４０ａが形成されており、水素が流路１１から流路４０ａに流入するようになっている。

軸方向において、ボディ１０とプランジャ４０との間に圧縮コイルばね５０が縮設されている。圧縮コイルばね５０は、プランジャ４０を前側（ノズル６０Ａ側）に付勢している。

先端部４３には、径方向外向きかつ周方向に延びるリング状のフランジ４３ａが形成されている。フランジ４３ａの外周面は、プランジャ室１２を囲む内壁面に摺接している。

先端部４３には、径方向に延びる連通孔４３ｂが周方向において複数形成されている。そして、連通孔４３ｂを介して、流路４０ａとフランジ４３ａの前側のプランジャ室１２とが連通している。

先端部４３の前面には、前側に突出すると共に環状を呈するシール部４３ｃが形成されている。そして、ソレノイド２０がＯＦＦされ、圧縮コイルばね５０によってプランジャ４０が前進すると、シール部４３ｃが後記する弁座部６１ａに当接し、フランジ４３ａの前側のプランジャ室１２と後記するポート６１Ａとが遮断するようになっている。一方、ソレノイド２０がＯＮされると、プランジャ４０が固定コア３０に吸引されると共に後退し、シール部４３ｃが弁座部６１ａから離間し、フランジ４３ａの前側のプランジャ室１２と後記するポート６１Ａとが連通して、ノズル６０Ａから水素が噴射するようになっている。

＜ノズル＞
ノズル６０Ａは、円板状の部品であり、ノズル室１３に収容されている。なお、ノズル室１３を構成するボディ１０には、環状であると共に径方向においてばね力を有する爪１５が形成されており、爪１５はノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）の前側縁部に当接している。

これにより、軸方向（前後方向）において、ノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）とボディ１０との間に、厚さの異なるシム７０Ａ（厚さＬ１１）、シム７０Ｂ（厚さＬ２１、ＬＬ１１＜Ｌ２１、図３（ｂ）参照）が介装されたとしても、爪１５が適切に変形し、ノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）が軸方向において良好に保持されるようになっている。
ただし、このような構成に限定されず、例えば、爪１５を含みボディ１０に螺設される円筒状のキャップを備え、このキャップとボディ１０とでノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）を挟む構成としてもよい。

ノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）は、中心軸線上を貫通するように連続して形成されたポート６１Ａ（ポート６１Ｂ）と、噴射孔６２Ａ（噴射孔６２Ｂ）とを有している。そして、なお、ポート６１Ａの後側開口の周縁は、シール部４３ｃが当接する弁座部６１ａとなっている。

第１インジェクタ１を構成する噴射孔６２Ａの内径Ｌ１３は、第２インジェクタ２を構成する噴射孔６２Ｂの内径Ｌ２３よりも小さくなっている（Ｌ１３＜Ｌ２３）。これにより、第１インジェクタ１の噴射する水素の流量は、第２インジェクタ２の噴射する水素の流量よりも小流量となっている。

＜シム＞
シム７０Ａ（シム７０Ｂ）は、リング状を呈する部品であり、ボディ１０に対するノズル６０Ａ（ノズル６０Ｂ）の軸方向位置を決めると共に、第１インジェクタ１（第２インジェクタ２）のストローク量を設定する部品である。

シム７０Ａの厚さＬ１１は、シム７０Ｂの厚さＬ２１よりも小さく（例えば１／２）構成されている（Ｌ１１＜Ｌ２１）。これにより、軸方向において、ボディ１０の段差部１４を基準として、ノズル６０Ｂはノズル６０Ａよりも前側に配置されている。したがって、第１インジェクタ１のストローク量Ｌ１２（ソレノイド２０のＯＦＦ時における固定コア３０とプランジャ４０との距離、図３（ａ）参照）は、第２インジェクタ２のストローク量Ｌ２２（図３（ｂ）参照）よりも小さくなっている（Ｌ１２＜Ｌ２２）。よって、ストローク量Ｌ１２の小さい第１インジェクタ１は小流量で構成され、ストローク量Ｌ２２の大きい第２インジェクタ２は大流量で構成されている。

そして、第１インジェクタ１による水素の供給可能範囲である第１供給可能範囲は、負荷変動（要求発電量の変動）の小さい定常運転時であって、発電が安定している燃料電池スタック１１０が必要とする水素流量を含むように設定されている。つまり、第１インジェクタ１は、全ての必要水素流量に対応して広レンジの水素流量を噴射可能とした構成ではなく、ストローク量Ｌ１２やノズル径（噴射孔６２Ｂの内径Ｌ２３）を小さくした構成であるので、作動音や振動の低減化が図られている。

また、図７に示すように、所定の耐久性を維持するために、つまり、耐久限界ラインを下回るように、ストローク量が大きくなると所定時間あたりの最大作動回数（回／ｍｉｎ）を減少させる必要があるという傾向に基づいて、第１インジェクタ１については、ストローク量Ｌ１２と最大作動回数（第１供給可能範囲の上限値）が設定されている。
一方、第２インジェクタ２については、第１インジェクタ１に対して、ストローク量Ｌ２２が大きいので、最大作動回数（回／ｍｉｎ）は小さくなる。

＜第１、第２インジェクタ−機械的構造まとめ＞
このようにして、第１インジェクタ１と第２インジェクタ２とは、ノズル６０Ａ、６０Ｂと、シム７０Ａ、７０Ｂとが異なることで、プランジャ４０（駆動部）を含め他の部品が共通であるにも関わらず、小流量と大流量とに構成されている。すなわち、部品の共通化が図られているので、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の製造コストが低減されている。

また、第１インジェクタ１のストローク量Ｌ１２は、第２インジェクタ２のストローク量Ｌ２２よりも小さいので（例えば１／２）、第１インジェクタ１において、ソレノイド２０のＯＮ／ＯＦＦに伴って、プランジャ４０と固定コア３０又は弁座部６１ａ（ノズル６０Ａ）との間で発生する応力、作動音及び振動が小さくなる。つまり、プランジャ４０の固定コア３０側の面（ストッパ面）やノズル６０Ａ側の面（シート面）で発生する応力等が小さくなる。これにより、第１インジェクタ１の作動頻度が第２インジェクタ２に対して多くても、第１インジェクタ１の耐久性が第２インジェクタ２と同等以上となるように設計されている。

第１インジェクタ１は、ＥＣＵ１６０によって電子制御されるものであるので、ＥＣＵ１６０からの指令（開指令／閉指令）に対する応答性が良く、制御性が良好である。これにより、水素の噴射／停止に伴う水素の脈動性（圧力変動）が向上し、アノード流路１１２等に滞留する水分（水蒸気、結露水等）がその下流に押し出され易くなると共に、エゼクタ１２３において、負圧が発生し易くなり、水素の循環性が向上する。

これと同様に、第２インジェクタ２も、ＥＣＵ１６０によって電子制御されるものであるので、ＥＣＵ１６０からの指令（開指令／閉指令）に対する応答性が良く、制御性が良好である。これにより、水素の噴射／停止に伴う水素の脈動性（圧力変動）が向上し、アノード流路１１２等に滞留する水分（水蒸気、結露水等）がその下流に押し出され易くなる。

＜エゼクタ＞
図１に戻って説明を続ける。
エゼクタ１２３は、新規水素（第１インジェクタ１からの水素）を噴射することで負圧を発生させるノズル１２３ｂと、新規水素と前記負圧で吸引された配管１２４ｂ（燃料オフガス循環流路）のアノードオフガスを混合し、配管１２３ａ（アノード流路１１２）に向けて供給するディフューザ１２３ｃと、を備えている。

アノード流路１１２の出口は、配管１２４ａ、逆止弁１２４、配管１２４ｂを介して、エゼクタ１２３の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１１２から排出された未消費の水素を含むアノードオフガス（燃料オフガス）が、エゼクタ１２３（燃料ガス供給流路）に戻されるようになっている。よって、アノード流路１１２から排出されたアノードオフガスをエゼクタ１２３に戻すことで水素を循環させる燃料ガス循環流路は、配管１２４ａと配管１２４ｂとを備えて構成されている。

逆止弁１２４は、アノードオフガスの逆流を防止する弁である。
なお、配管１２４ａには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。

配管１２４ａの途中は、配管１２５ａ、パージ弁１２５、配管１２５ｂを介して、後記する希釈器１３２に接続されている。パージ弁１２５は、燃料電池スタック１１０の発電時に、配管１２４ａを循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合や、システム起動時にアノード流路１１２を水素に置換する場合、ＥＣＵ１６０によって開かれる。

圧力センサ１２６は、配管１２３ａに取り付けられている。そして、圧力センサ１２６は、配管１２３ａ内の圧力（アノード流路１１２の圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ１３１と、希釈器１３２と、を備えている。
コンプレッサ１３１の吐出口は、配管１３１ａを介して、カソード流路１１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ１３１は、ＥＣＵ１６０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、配管１３１ａを介して、カソード流路１１３に供給するようになっている。

なお、配管１３１ａと後記する配管１３２ａとを跨ぐように加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分が透過可能な中空糸膜を備え、この中空糸膜を介して、新規空気と多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、新規空気を加湿するものである。

カソード流路１１３の出口は、配管１３２ａを介して、希釈器１３２に接続されており、カソード流路１１３からのカソードオフガスは、配管１３２ａを通って、希釈器１３２に導入されるようになっている。
なお、配管１３２ａには、ＥＣＵ１６０の指令に従って、その背圧（カソード流路１１３の圧力）を制御する背圧弁（図示しない）が設けられている。

希釈器１３２は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｂを介して、車外に排出されるようになっている。

＜電力制御系＞
電力制御系は、モータ１４１と、ＰＤＵ１４２（Power Drive Unit）と、電力制御器１４３と、バッテリ１４４とを備えている。モータ１４１は、ＰＤＵ１４２、電力制御器１４３を介して、燃料電池スタック１１０の出力端子（図示しない）に接続されており、バッテリ１４４は、電力制御器１４３に接続されている。すなわち、モータ１４１とバッテリ１４４とは、電力制御器１４３（燃料電池スタック１１０）に対して並列で接続されている。

モータ１４１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。

ＰＤＵ１４２は、ＥＣＵ１６０の指令に従って、電力制御器１４３からの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ１４１に供給するインバータである。

電力制御器１４３は、ＥＣＵ１６０の指令に従って、（１）燃料電池スタック１１０の出力（発電電力、電流値、電圧値）を制御する機能と、（２）バッテリ１４４の充放電を制御する機能と、を備えている。このような電力制御器１４３は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の各種電子回路を備えて構成される。

バッテリ１４４は、電力を充電／放電する蓄電装置であり、例えば、リチウムイオン型の単電池が複数組み合わせてなる組電池で構成される。

＜その他機器＞
ＩＧ１５１は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１５１はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はＩＧ１５１のＯＮ信号（システム起動信号）、ＯＦＦ信号（システム停止信号）を検知するようになっている。

アクセル開度センサ１５２は、アクセルペダル（図示しない）の踏み込み量であるアクセル開度を検出するセンサである。そして、アクセル開度センサ１５２は、アクセル開度をＥＣＵ１６０に出力するようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。

＜ＥＣＵ−システム制御機能−起動時＞
ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ信号（システム起動信号）を検知した場合、遮断弁１２２を開きアノード流路１１２に新規水素を供給すると共に、コンプレッサ１３１を作動させカソード流路１１３に空気を供給した後、電力制御器１４３を制御して燃料電池スタック１１０を発電させるように構成されている。

この場合において、ＥＣＵ１６０は、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２も適宜に制御するように構成されている。また、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０の発電が安定する安定状態となるまで、アノード流路１１２が速やかに水素に置換し、水素濃度が速やかに上昇するように、パージ弁１２５を間欠的に複数回にて開くように構成されている。

また、図８に示すように、システム起動時に燃料電池スタック１１０に必要とされる起動時必要水素流量は、ＩＧ１５１のＯＮから一定値を維持した後、徐々に減少する傾向となる。なお、図８のタイムチャートは、事前試験等により得られ、ここでは要求発電量が変化せず、アイドリング状態が継続している場合を例示している。

第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の両方を作動させた場合における水素の最大流量は、起動時必要水素流量を超えるように設定される。そして、起動時必要水素流量が第１インジェクタ１を単独で使用した場合における水素の最大流量以下となるまで、燃料電池スタック１１０の発電は不安定状態であると判断され、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２を併用するように設定されている。すなわち、起動時必要水素流量が第１インジェクタ１の最大流量以下となるまで不安定状態であると判断され、そして、最大流量以下となった場合、安定状態であると判断される。

＜ＥＣＵ−安定状態判定機能＞
不安定状態から安定状態に切り替わるタイミングは事前試験等により求められ、ＥＣＵ１６０に予め記憶されている。そして、ＥＣＵ１６０（安定状態判定手段）は、システム起動時において、ＩＧ１５１のＯＮからの時間と、前記タイミングとに基づいて、不安定状態及び安定状態のいずれであるか判定する機能を備えている。

その他に例えば、（１）セル電圧モニタ１１５から入力される最低セル電圧、平均セル電圧が、安定状態であると判断される所定電圧以上である場合、安定状態であると判定する構成としてもよい。つまり、最低セル電圧や平均セル電圧が所定電圧以上でない場合、燃料電池スタック１１０においてフラッディングが発生しており、不安定状態であると判定する構成としてもよい。また、（２）水素センサによって水素濃度を検出し、アノード流路１１２における水素濃度が所定水素濃度以上である場合、水素置換が完了し、安定状態であると判定する構成としてもよい。

＜ＥＣＵ−システム制御機能−停止時＞
ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＦＦ信号（システム停止信号）を検知した場合、遮断弁１２２を閉じ、コンプレッサ１３１を停止させると共に、電力制御器１４３を制御し燃料電池スタック１１０の発電を停止するように構成されている。

また、ＩＧ１５１のＯＦＦ中（システム停止中）に、燃料電池スタック１１０が凍結する虞があると判断される場合、バッテリ１４４を電源としてコンプレッサ１３１を作動させ、コンプレッサ１３１の吐出する掃気ガス（乾燥空気）によって、アノード流路１１２及びカソード流路１１３に滞留する水分（結露水等）を押し出し、燃料電池スタック１１０を掃気するように構成されている。なお、アノード流路１１２への掃気ガスは、配管１３１ａと配管１２３ａとを接続する配管（図示しない）を介して供給されるようになっている。

＜ＥＣＵ−インジェクタ制御機能＞
ＥＣＵ１６０（インジェクタ制御手段）は、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する機能を備えている。すなわち、ＥＣＵ１６０は、一定の基本時間における第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２に出力する開指令（開時間、ＯＮデューティ）と、閉指令（閉時間、ＯＦＦデューティ）との比率を可変することで、各インジェクタからの水素の噴射量（流量）と、アノード流路１１２に供給される水素の流量（総流量）を制御する機能を備えている（図９〜図１１参照）。

＜ＥＣＵ−要求発電量算出機能＞
ＥＣＵ１６０（要求発電量算出手段）は、アクセル開度センサ１５２から入力されるアクセル開度に基づいて、モータ１４１（負荷）から燃料電池スタック１１０に要求される要求発電量を算出する機能を備えている。なお、アクセル開度が大きくなるにつれて、要求発電量が大きくなる関係となっており、このような関係についてのマップは事前試験等により求められ、ＥＣＵ１６０に予め記憶されている。

＜ＥＣＵ−必要水素量算出機能＞
ＥＣＵ１６０（必要水素量算出手段）は、要求発電量と図５のマップとに基づいて、燃料電池スタック１１０が要求発電量で良好に発電するために必要な必要水素流量（Ｌ／ｍｉｎ）を算出する機能を備えている。すなわち、必要水素流量は、要求発電量で発電させる場合における燃料電池スタック１１０において、水素が適量となるように、つまり、過不足とならないように設定されている。図５のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ１６０に予め記憶されている。図５に示すように、要求発電量（アクセル開度）が大きくなるにつれて、必要水素流量が大きくなる関係となっている。

＜ＥＣＵ−第１供給可否判定機能＞
ＥＣＵ１６０（第１供給可否判定手段）は、必要水素流量が小流量の第１インジェクタ１のみで供給可能な第１供給可能範囲内であるか否か判定する機能を備えている。第１供給可能範囲の上限値は、例えば、第１インジェクタ１を継続して開いた場合、つまり、第１インジェクタ１へのＯＮデューティを最大、ＯＦＦデューティを０とした場合に第１インジェクタ１の噴射する流量に設定されている。第１供給可能範囲の上限値は、第１インジェクタ１の仕様等、例えば、ストローク量Ｌ１２、噴射孔６２Ａの内径Ｌ１３、第１インジェクタ１に入力される水素の圧力に基づいて、事前試験等により求められ、ＥＣＵ１６０に予め記憶されている。なお、第１供給可能範囲の下限値は０である。

＜ＥＣＵ−運転状態判定機能＞
ＥＣＵ１６０（運転状態判定手段）は、ＩＧ１５１がＯＮ中であるシステム運転中において、運転状態が定常運転時及び非定常運転時のいずれであるか判定する機能を備えている。

定常運転時とは、アクセル開度が一定で保持されており、燃料電池車が略一定の速度で定速走行しており、要求発電量が所定変化量範囲内で変動している状態を意味する。所定変化量範囲は、燃料電池スタック１１０の仕様（定格出力等）や、燃料電池車の仕様（重量等）に依存し、事前試験等によって求められる。具体的に例えば、現在から直前３〜１０秒間における要求発電量の変化量が所定変化量範囲以内である場合、現在、定常運転時であると判定される。
なお、ここでは、定常運転時は、アクセル開度が減少し、燃料電池車が減速している場合も含むものとする。

非定常運転時とは、アクセル開度が増加し、燃料電池車が加速しており、要求発電量が所定変化量範囲を超えて変動している状態や、坂道発進時等の過渡時を意味する。具体的に例えば、現在から直前３〜１０秒間における要求発電量の変化量が前記所定変化量範囲を超えている場合、現在、非定常運転時であると判定される。

≪燃料電池システムの動作・効果≫
次に、燃料電池システム１００の動作・効果について、図４を参照して説明する。
なお、初期状態として、ＩＧ１５１はＯＮされ、燃料電池スタック１１０に水素及び空気が供給されており、燃料電池スタック１１０は発電している。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６０は、アクセル開度センサ１５２から入力されるアクセル開度に基づいて、モータ１４１（負荷）から燃料電池スタック１１０に要求される要求発電量を算出する。なお、アクセル開度が大きくなるにつれて、要求発電量が大きくなる関係となっている。

そして、ＥＣＵ１６０は、要求発電量と図５のマップとに基づいて、燃料電池スタック１１０が要求発電量で良好に発電するために必要な必要水素流量（Ｌ／ｍｉｎ）を算出する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６０は、現在、定常運転時であるか否か判定する。
定常運転時であると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０３に進む。一方、定常運転時でないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、つまり、非定常運転時であると判定した場合、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量が第１インジェクタ１のみで供給可能な第１供給可能範囲内であるか否か判定する（図６参照）。
必要水素流量は第１供給可能範囲内であると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０４に進む。一方、必要水素流量は第１供給可能範囲内でないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６０は、現在、燃料電池スタック１１０の発電が安定する安定状態であるか否か判定する。なお、ここでは、ＩＧ１５１のＯＮからの経過時間が、図８に示す不安定状態から安定状態に切り替わる所定時間以上である場合、安定状態であると判定される。

安定状態であると判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０５に進む。一方、安定状態でないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、つまり、不安定状態であると判定した場合、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量となるように第１インジェクタ１のみを作動させる。すなわち、ＥＣＵ１６０は、目標値である必要水素流量となるように、第１インジェクタ１へのデューティ比（ソレノイド２０のＯＮ時間／ＯＦＦ時間）を算出し、このデューティ比に従って第１インジェクタ１をＰＷＭ制御する。なお、第２インジェクタ２は停止させる。

このようにして、定常運転時であって（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、第１供給範囲内である場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、第２インジェクタ２を停止するので、第２インジェクタ２から作動音や振動が発生することはない。また、第１インジェクタ１は、ショートストロークであるので、ソレノイド２０のＯＮ／ＯＦＦに伴う作動音や振動が小さくなる。

その後、ＥＣＵ１６０の処理はリターンを通って、スタートに戻る。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量となるように、小流量の第１インジェクタ１及び／又は大流量の第２インジェクタ２を、後記するように作動させる。

＜非定常運転時である場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）＞
ステップＳ１０２・Ｎｏとなり、ステップＳ１０６に進んでいる非定常運転時である場合（例えば、燃料電池車の急加速時、坂道発進時等の過渡時）、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量となるように、第１インジェクタ１による水素の噴射を基本としつつ、第２インジェクタ２によって水素を適宜に噴射する。すなわち、第２インジェクタ２を適宜に作動させ、水素の供給をアシストする。この場合において、要求発電量の急激な変化にも対応させるべく、第２インジェクタ２の作動頻度を上げるため、第１供給可能範囲の上限値を一時的に下げる構成としてもよい。

このようにして、非定常運転時である場合、第１インジェクタ１に並行して、第２インジェクタ２を作動させ、第２インジェクタ２によって水素の供給をアシストするので、燃料電池スタック１１０において水素不足とならず、要求発電量の急激な変化に対応でき、負荷要求量に確実に対応できる。なお、負荷要求量とは、負荷であるモータ１４１が燃料電池スタック１１０に要求する電力量である。

また、第１インジェクタ１をその耐久性が低下する条件（作動頻度等）で作動させる必要もない。これにより、第１インジェクタ１の耐久性を高めつつ、第１インジェクタ１においてＯＮ／ＯＦＦに伴うプランジャ４０の打撃音（打撃回数）を小さく（少なく）できる。

また、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２を併用する場合、その作動タイミングを同期させることが好ましい。すなわち、メインで作動させる第１インジェクタ１の作動中（ソレノイド２０のＯＮ中）に、第２インジェクタ２を作動させることが好ましい（図９〜図１１参照）。このように同期させることにより、アノード流路１１２等を通流する水素に伴う脈動及び圧力変動が大きくなり、例えば、アノード流路１１２に滞留する結露水を良好に排出できる。

この場合おいて、図９に示すように、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の開弁時（ソレノイド２０のＯＮ時）を略同時にすると、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の制御処理が簡便となるので好ましい。
ただし、図１０に示すように、第１インジェクタ１の作動中に第２インジェクタ２を作動し停止する構成や、図１１に示すように、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の閉弁時を略同時とする構成としても、技術的範囲に属することは言うまでもない。

＜定常運転時かつ第１供給可能範囲外である場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）＞
ステップＳ１０２・Ｙｅｓ、ステップＳ１０３・Ｎｏとなり、ステップＳ１０６に進んでいる定常運転時かつ第１供給可能範囲外である場合（例えば、高速クルージング中）、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量となるように、第１インジェクタ１による水素の噴射を基本としつつ、第１供給可能範囲を超える水素をアシストするように第２インジェクタ２を作動させる。これにより、燃料電池スタック１１０に水素が適量で供給され、燃料電池スタック１１０が良好に発電できる。
なお、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の作動タイミングは前記したように同期させることが好ましい。

＜不安定状態である場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）＞
ステップＳ１０２・Ｙｅｓ、ステップＳ１０３・Ｙｅｓ、ステップＳ１０４・Ｎｏとなり、ステップＳ１０６に進んでいる不安定状態である場合、ステップＳ１０１で算出した必要水素流量となるように、少なくとも大流量の第２インジェクタ２を作動させる。すなわち、第２インジェクタ２を第１インジェクタ１よりも優先して作動させる。これにより、新規水素を大流量でアノード流路１１２に供給でき、アノード流路１１２における水素濃度を速やかに上昇させ、水素に速やかに置換でき、不安定状態から安定状態に早期に移行できる。
なお、第１インジェクタ１及び第２インジェクタ２の作動タイミングは前記したように同期させることが好ましい。

その後、ＥＣＵ１６０の処理はリターンを通って、スタートに戻る。

≪変形例≫
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。

前記した実施形態では、第１流量調整手段が第１インジェクタ１である構成を例示したが、その他に例えば、ゲート弁、ボール弁等の一般的な電磁弁（開閉弁）を間欠的に開閉させることで第１流量調整手段を構成してもよい。第２流量調整手段についても同様である。

前記した実施形態では、燃料電池車に搭載された燃料電池システム１００を例示したが、適用箇所はこれに限定されず、例えば、定置型の燃料電池システムに組み込まれた構成でもよい。

１ 第１インジェクタ（第１流量調整手段）
２ 第２インジェクタ（第２流量調整手段）
４０ プランジャ（第１駆動部、第２駆動部）
６０Ａ、６０Ｂ ノズル
６２Ａ、６２Ｂ 噴射孔
７０Ａ、７０Ｂ シム
１００ 燃料電池システム
１１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１２ アノード流路（燃料ガス流路）
１１３ カソード流路（酸化剤ガス流路）
１２１ａ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ 配管（燃料ガス供給流路）
１２２ｃ、１２２ｄ 配管（バイパス流路）
１２３ エゼクタ
１２３ｂ ノズル
１２４ａ、１２４ｂ 配管
１４１ モータ（負荷）
１６０ ＥＣＵ（制御手段、運転時判定手段、必要燃料ガス流量算出手段、第１供給可否判定手段、）
Ｌ１１、Ｌ２１ シムの厚さ
Ｌ１２、Ｌ２２ ストローク量
Ｌ１３、Ｌ２３ 噴射孔の内径

Claims (8)

1. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、
   前記燃料ガス流路の入口に接続し、前記燃料ガス流路に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路と、
   前記燃料ガス流路の出口と前記燃料ガス供給流路とを接続し、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻すことで、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路と、
   前記燃料ガス循環流路の接続点よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、
   前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との接続点に設けられ、前記第１流量調整手段からの燃料ガスをノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で前記燃料ガス循環流路の燃料オフガスを吸引し、燃料ガスと燃料オフガスを混合するエゼクタと、
   前記第１流量調整手段よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、前記エゼクタよりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、燃料ガスが前記第１流量調整手段及び前記エゼクタをバイパスするバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、
   前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御する制御手段と、
   前記燃料電池に対する要求発電量が所定変化量範囲内で変動する定常運転時と、要求発電量が前記所定変化量範囲を超えて変動する非定常運転時とのいずれであるか判定する運転時判定手段と、
   要求発電量に基づいて必要燃料ガス流量を算出する必要燃料ガス流量算出手段と、
   前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量が、前記第１流量調整手段の第１供給可能範囲内であるか否か判定する第１供給可否判定手段と、
   を備え、
   前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第１供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第１供給可能範囲内であると判定したとき、前記制御手段は前記第１流量調整手段のみを制御し、
   前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第１供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第１供給可能範囲内でないと判定したとき、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御し、
   前記運転時判定手段が非定常運転時であると判定した場合、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池の発電が安定する安定状態であるか否か判定する安定状態判定手段を備え、
   前記安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合、前記制御手段は、前記第１供給可否判定手段の判定結果に関わらず、少なくとも前記第２流量調整手段を制御する
   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. 前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を作動させる場合において、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段の作動タイミングは同期している
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を作動させる場合において、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段の燃料ガスの噴射開始時は略同時である
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記第１流量調整手段は、電子制御式の第１インジェクタである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記第２流量調整手段は、電子制御式の第２インジェクタである
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記第１インジェクタの第１駆動部と、前記第２インジェクタの第２駆動部とは、同一の部品であり、
   前記第１駆動部の第１ストローク量は、前記第２駆動部の第２ストローク量よりも小さい
   ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、
   前記燃料ガス流路の入口に接続し、前記燃料ガス流路に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路と、
   前記燃料ガス流路の出口と前記燃料ガス供給流路とを接続し、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻すことで、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路と、
   前記燃料ガス循環流路の接続点よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、
   前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との接続点に設けられ、前記第１流量調整手段からの燃料ガスをノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で前記燃料ガス循環流路の燃料オフガスを吸引し、燃料ガスと燃料オフガスを混合するエゼクタと、
   前記第１流量調整手段よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、前記エゼクタよりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、燃料ガスが前記第１流量調整手段及び前記エゼクタをバイパスするバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、
   前記燃料電池の発電が安定する安定状態であるか否か判定する安定状態判定手段と、
   前記安定状態判定手段が安定状態であると判定した場合に前記第１流量調整手段のみを制御し、前記安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合に前記第２流量調整手段を制御する制御手段と、
   を備える
   ことを特徴とする燃料電池システム。

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