JP7302560B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本開示は，燃料電池システムに関する。

特許文献１には，複数の燃料電池スタックと，機構部の往復運動により空気を供給する複数の空気供給装置と，複数の供給管とを備え，複数の燃料電池スタックからの排ガスを統合して排出する燃料電池システムが開示されている。燃料電池システムの制御部は，各空気供給装置の機構部の往復運動により生じる圧力波の重畳した振幅が低減するように，各空気供給装置の機構部を制御している。

特開２０１９－２０７８０２号公報

しかし，特許文献１に記載の燃料電池システムでは，複数の燃料電池スタックとの複数の空気供給装置のうち一部を運転し，他を運転しない場合に生じる課題については十分に検討されていなかった。例えば，燃料電池スタックの排気管は並列に接続されているので，運転している燃料電池スタックから排出された排ガスが運転していない燃料電池スタックの排気管に流れ込むことにより生じる課題については，特に対応されていなかった。

本開示は，以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば，燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは，燃料電池と，前記燃料電池に接続されているエア供給管と，前記エア供給管に設けられているエア供給装置と，前記燃料電池から燃料排ガスとエア排ガスを含む排ガスを排出するエア排出管と，前記燃料電池の運転を制御する制御部と，をそれぞれ有する複数の燃料電池ユニットと，複数の前記エア排出管と接続され，前記燃料電池システムの外部に前記エア排ガスを排気する排気管と，を備え，複数の前記燃料電池ユニットのうち一部の燃料電池ユニットが発電運転され，他の燃料電池ユニットが発電運転されない場合には，発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットのエア供給装置を動作させる。この形態によれば，発電運転されない燃料電池ユニットの制御部が当該燃料電池ユニットのエア供給装置を動作させて、当該燃料電池ユニットのエア排出管にエアを排出させるので，発電運転されている燃料電池システムの排ガスが，発電運転されない燃料電池ユニットのエア排出管から逆流することを抑制できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて，前記燃料電池ユニットのそれぞれは，前記エア排出管と前記エア供給管とを接続し，前記燃料電池を経由しないバイパス流路を形成するバイパス管と，前記バイパス管に設けられ，前記バイパス管のエアの流量を制御するバイパス弁と，を備え，前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，前記バイパス弁を開弁してもよい。この形態によれば，発電運転しない燃料電池にエアを供給することはない。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて，前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットにおいて、前記エア供給装置により最低流量のエアを供給させ，前記バイパス弁を全開としてもよい。この形態によれば，発電運転されない燃料電池ユニットにおけるエア供給装置の消費電力を低減できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて，前記発電運転される燃料電池ユニットにおいて前記エア供給装置によるエア供給が開始された後の一定時間後のタイミングで，前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットのエア供給装置によるエア供給を開始してもよい。発電運転される燃料電池ユニットの排ガスは，一定時間は発電運転されない燃料電池ユニットに逆流しない。この形態によれば，発電運転をする燃料電池ユニットのエア供給装置によるエア供給を開始すると同時に発電運転をしない燃料電池ユニットにおいてエア供給を開始するよりも、エア供給装置の消費電力を低減できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて，前記複数の燃料電池ユニットの前記エア排出管の長さは異なっており，前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，発電運転される燃料電池ユニットにおける排ガスが前記排気管を経て発電運転されない燃料電池ユニットのエア排出管に達するまでの時間に相当する時間だけ遅延して，当該燃料電池ユニットのエア供給装置によるエア供給を開始させてもよい。この形態によれば，各発電ユニットの発電運転タイミングのズレに起因するエア排ガスの逆流を抑制できる。また、エア供給装置の消費電力を低減できる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて，複数の前記燃料電池ユニットを収納する筐体と，前記筐体に設けられて，前記筐体の内部を換気する換気装置と，前記燃料電池ユニットのいずれかにおいて前記エア供給装置からエアを供給できない場合に，すべての前記エア供給装置からエアを供給できる場合に比べて前記換気装置による換気量を増加させる換気制御部と，を備えてもよい。この形態によれば，燃料排ガスを含むエア排ガスが逆流しても，換気装置によって筐体内の燃料排ガスを含むエア排ガスを筐体の外に排出できる。

燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 発電運転をする発電ユニットの制御部の制御フローチャートである。 発電運転をしない発電ユニットの制御部の制御フローチャートである。 第２実施形態における発電運転をしない発電ユニットの制御部の制御フローチャートである。 第３実施形態における発電運転をしない発電ユニットの制御部の制御フローチャートである。 第３実施形態における上位制御部の制御フローチャートである。

・第１実施形態：
図１は，燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は，複数の燃料電池ユニット２０，２１と，排気管５０と，上位制御部７０（図１では「上位ＥＣＵ７０」と記載。）と，筐体８０と，換気装置９０と，を備える。複数の燃料電池ユニット２０，２１は，筐体８０に収納されている。ここで，筐体８０は，複数の燃料電池ユニット２０，２１が移動体に搭載される場合には，燃料電池ユニット２０，２１を収納するエンジンルームや燃料電池ユニット２０，２１を収納する容器であるＦＣコンテナを意味するが，複数の燃料電池ユニット２０，２１が設置型の場合には，小屋，建物の部屋を含めてもよい。排気管５０は，筐体８０の外部に連通し，燃料電池ユニット２０，２１からの燃料排ガスとエア排ガスを筐体８０の外部に排出するための管である。換気装置９０は，筐体８０の内部を換気する装置である。上位制御部７０は，燃料電池ユニット２０，２１の動作を制御する。

燃料電池ユニット２０，２１は，燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するユニットである。燃料電池ユニット２０，２１は，同一の構成を有するので，本明細書では，燃料電池ユニット２０について説明し，燃料電池ユニット２１については，説明を省略する。なお，燃料電池ユニット２１の各構成の符号は，燃料電池ユニット２０の各構成の符号の数字部分に１を加えた符号となっている。

燃料電池ユニット２０は，燃料電池１００と，燃料ガス供給回路２００と，エア供給回路３００と，排ガス回路４００と，冷却回路５００と，制御部７００（図１では「ＦＣ－ＥＣＵ７００」と記載。）と，を備える。燃料ガス供給回路２００と，エア供給回路３００と，排ガス回路４００は，反応ガス回路である。

燃料電池１００は，反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。本実施形態では，燃料ガスとして水素を用い，酸化剤ガスとして空気（「エア」とも呼ぶ）中の酸素を用いる。

燃料ガス供給回路２００は，燃料ガスタンク２１０と，燃料ガス供給管２２０と，燃料ガス排気管２３０と，燃料ガス還流管２４０と，主止弁２５０と，レギュレーター２６０と，インジェクタ２７０と，気液分離器２８０と，水素ポンプ２９０と，を備える。燃料ガスタンク２１０は，燃料ガスを貯蔵する。燃料ガスタンク２１０と，燃料電池１００とは，燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０上には，燃料ガスタンク２１０側から，主止弁２５０と，レギュレーター２６０と，インジェクタ２７０とが設けられている。主止弁２５０は，燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオン，オフする。レギュレーター２６０は，燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する。インジェクタ２７０は，燃料電池１００に燃料ガスを噴射する。

燃料ガス排気管２３０は，燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流管２４０は，燃料ガス排気管２３０と，燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との接続部には，気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには，消費されなかった水素と，燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と，水が含まれている。気液分離器２８０は，燃料排ガス中の水と，ガス（水素と窒素などの不純物）とを分離する。燃料ガス還流管２４０には，水素ポンプ２９０が設けられている。水素ポンプ２９０は，気液分離器２８０により分離されたガスを燃料ガス供給管２２０に供給する。これにより，燃料電池ユニット２０は，燃料排ガスに含まれる消費されなかった水素を燃料として利用する。本実施形態では，水素ポンプ２９０を用いているが，代わりにエジェクタを用いてもよい。

エア供給回路３００は，エアクリーナ３１０と，エアコンプレッサ３２０と，エア供給管３３０と，インタクーラ３４０と，入口弁３５０と，を備える。エアクリーナ３１０は，エアを取り込む時に，エア中の塵埃を除去する。エアクリーナ３１０の上流には，大気圧を測定する大気圧センサ３１０Ｐが設けられている。エアクリーナ３１０には，取り込む前のエアの温度を取得する外気温センサ３１０Ｔが設けられている。エアクリーナ３１０の下流には，取り込んだエアの量を測定するエアフローメータ３１０Ｓが設けられている。エアコンプレッサ３２０は，エアを圧縮し，エア供給管３３０を通してエアを燃料電池１００に供給する。インタクーラ３４０は，エアコンプレッサ３２０の圧縮により温度が上昇したエアを冷却する。インタクーラ３４０には，燃料電池１００に供給されるエアの温度を測定する供給ガス温度センサ３４０Ｔと，燃料電池１００に供給されるエアの圧力を測定する供給ガス圧力センサ３４０Ｐとが設けられている。入口弁３５０は，エア供給管３３０の燃料電池１００への入口に設けられており，燃料電池１００へのエアの供給のオン・オフを切り替える。

排ガス回路４００は，エア排出管４１０と，調圧弁４２０と，燃料ガス排出管４３０と，排気排水弁４４０と，バイパス管４５０と，バイパス弁４６０と，サイレンサー４７０とを備える。エア排出管４１０は，燃料電池１００のエア排ガスを排出する。エア排出管４１０には，調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は，燃料電池１００中のエアの圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は，気液分離器２８０と，エア排出管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には，排気排水弁４４０が設けられている。制御部７００は，燃料排ガス中の窒素濃度が高くなったとき，あるいは，気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには，排気排水弁４４０を開け，気液分離器２８０に溜まった水と燃料排ガスをエア排出管４１０に排出する。排出される燃料排ガスは，窒素などの不純物と水素とを含む。本実施形態では，燃料ガス排出管４３０は，エア排出管４１０に接続されており，排出される燃料排ガス中の水素は，エア排ガスにより，希釈される。バイパス管４５０は，エア供給管３３０の入口弁３５０の上流側と，エア排出管４１０の調圧弁４２０の下流側とを接続し，燃料電池１００を経由しないバイパス流路を形成する。バイパス管４５０には，バイパス弁４６０が設けられている。制御部７００は，排気排水弁４４０を開けて，水と燃料排ガス（窒素などの不純物と水素）を排出するときに，バイパス弁４６０を開けてエア排出管４１０にエアを流し，水素を希釈する。また，燃料電池１００に要求される電力が少ない場合には，制御部７００は，バイパス弁４６０を開け，燃料電池１００に供給するエアを減少する。サイレンサー４７０は，エア排出管４１０の下流部に設けられており，排気音を減少させる。なお，入口弁３５０とバイパス弁４６０の代わりに，エア供給管３３０とバイパス管４５０との接合部に三方弁を用いてもよい。

冷却回路５００は，冷却水供給管５１０と，冷却水排出管５２０と，ラジエータ管５３０と，冷却水ポンプ５４０と，ラジエータ５５０と，バイパス管５７０と，三方弁５８０と，を備える。冷却水供給管５１０は，燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり，冷却水供給管５１０には冷却水ポンプ５４０が配置されている。冷却水ポンプ５４０は，冷却回路５００中の冷却水を循環し，燃料電池１００に供給する。冷却水排出管５２０は，燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５２０の下流部は，三方弁５８０を介して，ラジエータ管５３０と，バイパス管５７０と，に接続されている。ラジエータ管５３０には，ラジエータ５５０が設けられている。ラジエータ５５０には，ラジエータファン５６０が設けられている。ラジエータファン５６０は，ラジエータ５５０に風を送り，ラジエータ５５０からの放熱を促進する。ラジエータ管５３０の下流部と，バイパス管５７０の下流部とは，冷却水供給管５１０に接続されている。温度センサ５５０は，燃料電池１００から排出される冷却水の温度である出口温度Ｔｗｏｕｔを測定する。温度センサ５５５は，燃料電池１００に供給される冷却水の温度である入口温度Ｔｗｉｎを測定する。

制御部７００は，燃料ガス供給回路２００と，エア供給回路３００と，排ガス回路４００と，冷却回路５００と，を制御する。

上位制御部７０は，制御部７００，７０１に指示を与えることで，燃料電池ユニット２０，２１を制御する。筐体８０は，燃料電池ユニット２０，２１を収納する容器，例えばコンテナである。なお，燃料電池ユニット２０，２１が，例えば，建物や建物の一室に収納される場合には，この建物や一室も，筐体８０に含まれるものとする。排気管５０は，燃料電池ユニット２０，２１のエア排出管４１０，４１１とそれぞれノードＮ０，Ｎ１で接続されており，排気管５０の下流は，筐体８０の外の大気に繋がっている。排気管５０は，燃料電池ユニット２０，２１の排ガスをまとめて大気に排出する。換気装置９０は，筐体８０の中のエアを換気する。

燃料電池ユニット２０，２１が共に発電運転している場合には，燃料電池ユニット２１のエア排出管４１１から排出された燃料排ガスとエア排ガス（以下，両者を合わせて「排ガス」と呼ぶ。）は，排気管５０を通り，筐体８０の外に大気に放出される。同様に，燃料電池ユニット２０が発電運転されているので，燃料電池ユニット２０のエア排出管４１０から排出された排ガスは，ノードＮ０で燃料電池ユニット２１のエア排出管４１１から排出された排ガスと合流し，排気管５０を通り，筐体８０の外に大気に放出される。

他方，燃料電池ユニット２０，２１の一方が発電運転され，他方が発電運転されていない場合，電運転されている発電ユニットで排出された排ガスが発電運転されていない発電ユニットに逆流する可能性がある。本実施形態では，排ガスの逆流を抑制するために，発電運転がされていない燃料電池ユニット２０についても，エアコンプレッサ３２０を動作させることで，燃料電池ユニット２１のエア排出管４１１から排出された排ガスがエア排出管４１１を逆流しないようにしている。以下，この制御について説明する。

以下，２つの発電ユニット２０，２１がいずれも発電運転していない状態から発電ユニット２１のみを発電運転を開始する場合について説明する。図２は，発電運転をする発電ユニット２１の制御部７０１の制御フローチャートである。ステップＳ１００で，制御部７０１は，上位制御部７０から発電運転指令を受信すると，処理をステップＳ１１０に移行し，燃料電池１０１に燃料ガスである水素を供給すると共に，エアコンプレッサ３２１を駆動して燃料電池１０１にエアを供給し，発電ユニット２１の発電運転を開始する。発電ユニット２１の燃料電池１０１からの排ガスは，エア排出管４１１から排気管５０を経て筐体８０の外の大気に放出される。

ステップＳ１２０で，制御部７０１は，上位制御部７０から発電運転停止指令を受信すると，処理をステップＳ１３０に移行し，燃料電池１０１への水素の供給を停止すると共に，エアコンプレッサ３２１を停止して燃料電池１００へのエアの供給を停止し，発電ユニット２１の発電運転を停止する。

図３は，発電運転をしない発電ユニット２０の制御部７００の制御フローチャートである。ステップＳ２００で，制御部７００は，上位制御部７０から，連結した他の発電ユニット２１の制御部７０１に発電運転指令がされたことを受信すると，処理をステップＳ２１０に移行し，エアコンプレッサ３２０を駆動するとともに，バイパス弁４６０を開弁するエア掃気処理を開始する。エアコンプレッサ３２０により圧縮されたエアは，バイパス管４５０，エア排出管４１０を通り，サイレンサー４７０を介してノードＮ０から排気管５０に排出される。従って，発電ユニット２１の燃料電池１０１からの排ガスは，ノードＮ０，エア排出管４１０から逆流しない。

ステップＳ２２０で，制御部７００は，上位制御部７０から他の発電ユニット２１の制御部７０１に発電運転停止指令がされたことを受信すると，処理をステップＳ２３０に移行し，エアコンプレッサ３２０の駆動を停止するとともに，バイパス弁４６０を閉弁し，エア掃気処理を停止する。

以上，第１実施形態によれば，複数の燃料電池ユニット２０，２１のうち一部の燃料電池ユニット２１が発電運転される場合には，他の発電運転されない燃料電池ユニット２０の制御部７００は，エア供給装置であるエアコンプレッサ３２０にエアを供給させる。その結果，発電運転される発電ユニット２１の燃料電池１０１からの排ガスは，ノードＮ０，から発電運転されない燃料電池ユニット２０のエア排出管４１０に逆流しない。なお，この後，燃料電池ユニット２１の発電運転も停止される場合には，燃料電池ユニット２０の制御部７００は，図３のステップＳ２２０，Ｓ２３０を実行し，燃料電池ユニット２１の制御部７０１は，図２のステップＳ１２０，Ｓ１３０を実行する。

第１実施形態によれば，発電運転しない燃料電池ユニット２０の制御部７００は，エア供給装置であるコンプレッサ３２０に対し，エアを供給させ，バイパス弁４６０を開弁することで，排ガスの逆流を抑制できる。このとき，燃料電池１００にエアを供給させず，燃料電池１００に発電運転させないようにしている。なお，燃料電池１００にエアが供給されても，燃料電池１００から電力を引かなければ燃料電池１００は発電しないので，バイパス管４５０を経由せず燃料電池１００を経由してエア排出管４１０にエア排ガスを流しても差し支えない。

第１実施形態において，排気管５０の大気側の圧力損失は低いので，エアコンプレッサ３２０の駆動量を，最低流量のエアを供給できる駆動量とし，バイパス弁４６０を全開とすれば，発電ユニット２１の燃料電池１０１からの排ガスは，ノードＮ０，エア排出管４１０から逆流しない。この場合，エアコンプレッサ３２０の消費電力を最小にできる。最低流量とは，エアコンプレッサ３２０を間欠運転しない最低の回転数で回転させたときの流量を意味する。なお，エアコンプレッサ３２０の駆動量を，最低流量のエアを供給できる駆動量よりも大きくすれば，に排ガスの逆流を一層抑制できる。

上記説明では，２つの発電ユニット２０，２１がいずれも発電運転していない状態から発電ユニット２１を発電させる場合について説明したが，２つの発電ユニット２０，２１がいずれも発電運転している状態から，発電ユニット２１の発電運転を維持し，発電ユニット２０の発電運転を停止する場合についても同様である。この場合，発電運転している状態では，発電ユニット２０，２１のコンプレッサ３２０，３２１は，いずれも発電量に応じた回転数で駆動されている。制御部７００は，上位制御部７０から発電運転停止指令がされたことを受信すると，入口弁３５０を閉じる。これにより，燃料電池１００へのエアの供給を停止する。制御部７００は，次いでバイパス弁４６０を開弁する。これにより，コンプレッサ３２０から供給されたエアが排気管４１０に排出され，エア掃気処理が実行される。そのため，発電ユニット２１の燃料電池１０１からの排ガスは，ノードＮ０，エア排出管４１０から逆流しない。

上記実施形態では，発電ユニットの数が２個の場合を例にとって説明したが，発電ユニットの数が３個以上の場合も同様である。すなわち，発電運転しない発電ユニットと発電運転する発電ユニットがある場合，発電運転しない発電ユニットについても，エア供給装置であるコンプレッサに対し，エアを供給させ，バイパス弁を開弁することで，排ガスの逆流を抑制すると共に，燃料電池にエアを供給させず，燃料電池に発電運転させないようにできる。

・第２実施形態：
図４は，第２実施形態における発電運転をしない燃料電池ユニット２０の制御部７００の制御フローチャートである。第２実施形態は，第１実施形態と比較すると，発電運転をしない燃料電池ユニット２０におけるエアコンプレッサ３２０の駆動タイミングを遅延している。すなわち，図３に示す制御フローチャートと比較すると，図４に示す制御フローチャートは，ステップＳ２０５とＳ２２５を備えている点が相違する。

ステップＳ２００で，制御部７００は，上位制御部７０から，連結した他の発電ユニット２１の制御部７０１に発電運転指令がされたことを受信すると，ステップ２０５に移行し，一定時間経過してから処理をステップＳ２１０に移行する。制御部７００がステップＳ２０５で待機する一定時間は，発電運転をする燃料電池ユニット２１の排ガスがノードＮ０に達するまでの時間である。この時間は，例えば，発電運転をする燃料電池ユニット２１のエア排出管４１１の容積と，排気管５０のノードＮ１からＮ０までの間の容積の和を，エアコンプレッサ３２１の単位時間あたりのエア供給量で割ることで算出できる。

本実施形態では，燃料電池システム１０は，２つの発電ユニット２０，２１を備えているが，燃料電池システム１０が３以上の発電ユニット２０，２１，２２を備えている場合を考える。発電ユニット２２の各構成の符号は，発電ユニット２０の各構成の符号の数字部分に２を加えた数とする。３つの発電ユニット２０のエア排出管４１０は，最も下流のノードＮ０で排気管５０に接続され，発電ユニット２２のエア排出管４１２は，最も上流のノードＮ２で排気管５０に接続され，発電ユニット２１のエア排出管４１１は，ノードＮ０とノードＮ２の中間のノードＮ１で排気管５０に接続されている。発電ユニット２１が発電運転し，発電ユニット２０，２２が発電運転しないとする。この場合，発電運転しない発電ユニット２０の制御部７００は，所定時間を以下のように算出する。発電ユニット２０の制御部７００は，発電ユニット２１の排ガスが下流に流れるワーストケースを想定し，発電ユニット２１におけるエア排出管４１１の容積と，ノードＮ１からノードＮ０までの排気管５０の容積と，の和をエアコンプレッサ３２１の単位時間あたりのエア供給量で割ることで算出する。発電運転しない発電ユニット２２の制御部７０２についても同様である。すなわち，発電ユニット２２の制御部７０２は，発電ユニット２１の排ガスが上流に流れるワーストケースを想定し，発電ユニット２１におけるエア排出管４１１の容積と，ノードＮ１からノードＮ２までの排気管５０の容積と，の和をエアコンプレッサ３２１の単位時間あたりのエア供給量で割ることで算出する。このように，ワーストケースを想定しておけば，他の発電運転する発電ユニットの排ガスがエア排出管に逆流することを確実に抑制できる。

ステップＳ２２０で，制御部７００は，上位制御部７０から，連結した他の発電ユニット２１の制御部７０１に発電運転停止指令がされたことを受信すると，ステップ２２５に移行し，所定時間経過してから処理をステップＳ２３０に移行し，エアコンプレッサ３２０を駆動し，する。制御部７００がステップＳ２２５で待機する所定時間は，発電運転をする燃料電池ユニット２１の排ガスがエアのみとなり，水素を含む排ガスがノードＮ０を超えるまでの時間である。この時間は，ステップＳ２０５における時間と同様に算出できる。発電運転しない発電ユニット２２の制御部７０２についても同様に，ステップＳ２２５で待機する所定時間を算出する。

以上，発電運転される燃料電池ユニット２１の排ガスは，すぐには発電運転されない燃料電池ユニット２０に逆流しない。第２実施形態によれば，発電運転される燃料電池ユニット２１においてエア供給装置３２１によるエア供給を開始されて発電運転が開始された後で，発電運転されない燃料電池ユニット２０の制御部７００は，発電運転されない燃料電池ユニットのエア供給装置３２０によるエア供給を開始するので、エア供給装置３２１によりエア供給すると同時にエア供給装置３２０によるエア供給を開始するのと比較して、エア供給装置３２０の消費電力を低減できる。

以上，第２実施形態によれば，エア排出管４１０，４１１の長さが異なる場合，発電運転しない燃料電池ユニットの制御部は，発電運転する燃料電池ユニットにおける排ガスが排気管５０を経て自己のエア排出管に達するまでの時間に相当する時間だけ遅延して，エアコンプレッサを始動し，停止させるので，各発電ユニットの発電運転タイミングのズレに起因する排ガスの逆流を抑制できる。尚、発電運転しない燃料電池ユニットの制御部は，発電運転しない燃料電池ユニットのエアコンプレッサの停止を、発電運転の停止と同時に行っても良い。

・第３実施形態：
図５は，第３実施形態における発電運転をしない燃料電池ユニット２０の制御部７００の制御フローチャートである。第１，第２実施形態が排ガスの逆流を抑制するのに対し，第３実施形態では，何らかの理由により排ガスが逆流したときに，筐体８０内の排ガスを排出する。図５に示す第３実施形態における制御フローチャートは，第１実施形態の制御フローチャートと比較すると，ステップＳ２１５，Ｓ２４０を備える点で相違する。以下，相違点について説明する。

ステップＳ２１５では，発電運転をしない燃料電池ユニット２０の制御部７００は，エアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能か否かを判断し，不能である場合には，処理をステップＳ２４０に移行し，不能でない場合には，処理をステップＳ２２０に移行する。エアコンプレッサ３２０の駆動モータにエアコンプレッサのレゾルバなどの回転数センサが設けられている場合には，回転数センサの回転数を用いてエアコンプレッサ３２０が動作しているか否かを判断し，エアコンプレッサ３２０が動作していない場合には，エアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能と判断する。また，制御部７００は，大気圧センサ３１０Ｐが計測した大気圧Ｐａと，供給ガス圧力センサ３４０Ｐが計測したエアの圧力Ｐｂとを比較して，Ｐａ≒Ｐｂであれば，エアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能と判断してもよい。

ステップＳ２４０では，制御部７００は，上位制御部７０に，エアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能と報告する。

図６は，第３実施形態における上位制御部７０の制御フローチャートである。ステップＳ３００では，例えば，発電ユニット２１の制御部７０１に対して発電運転指令を発信する。この指令を受けると，図２のステップＳ１１０に示すように，制御部７０１は，発電ユニット２１の発電運転を開始する。図６のステップ３１０では，上位制御部７０は，換気制御部として換気装置９０による換気を実行する。

ステップＳ３２０で，上位制御部７０は，発電ユニット２０の制御部７００からエアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能である旨を受信すると，処理をステップＳ３３０に移行し，換気装置９０による換気量を増加させる。これにより，筐体８０内に逆流してきた排ガスを筐体８０の外部に排出できる。ステップＳ３４０で上位制御部７０は，発電運転をする燃料電池ユニット２１の制御部７０１に発電運転停止指令を発信すると，発電ユニット２１の制御部７０１は，図２のステップＳ１３０に示すように，発電ユニット２１の発電運転を停止する。その後，換気装置９０による換気量を増加した状態を一定時間維持した後，換気装置９０による換気を停止する。なお，本実施形態では，上位制御部７０は，発電ユニット２１を発電運転させる場合に換気装置９０による換気を実行しているが，発電ユニット２１を発電運転させない場合においても，換気装置９０に一定量の換気，すなわち，通常状態の換気を行わせ，エアコンプレッサ３２０によるエア供給が不能である場合に，換気装置９０に換気量を増大させてもよい。また，本実施形態では，発電ユニット２１の発電運転を停止した後，換気装置９０による換気量を増加した状態を一定時間維持しているが，発電ユニット２１の発電運転を停止したと同時に換気量を通常状態に減少または停止させてもよい。

以上，第３実施形態によれば，燃料電池ユニットのいずれかにおいてエアコンプレッサからエアを供給できない場合には，すべてのエアコンプレッサからエアを供給できる場合に比べて換気装置９０による換気量を増加させるので，筐体８０内のエア排ガスを排出できる。なお，すべての発電ユニットが発電運転している場合やエアコンプレッサからエアを供給できる場合には，換気装置９０の換気量を増加させないので，換気装置９０の消費電力を増加させないようにできる。

上記各実施形態において，燃料電池ユニット２０の制御部７００は，上位制御部７０から燃料電池ユニット２１が発電運転するか停止するかを受信しているが，燃料電池ユニット２１の制御部７０１と相互に通信して，燃料電池ユニット２１が発電運転するか停止するかを受信してもよい。また，複数の発電ユニットの制御部のうち１つの制御部が上位制御部７０としての機能を有する構成であってもよい。また、各燃料電池ユニットは制御部を有さず、上位制御部７０が燃料電池ユニットの制御部の機能を有する構成であってもよい。

上記各実施形態では，発電運転しない発電ユニット２０の制御部７００は，エアコンプレッサ３２０を駆動し，バイパス弁４６０を開弁した。制御部７００は，エアコンプレッサ３２０の駆動を停止し，バイパス弁４６０を閉弁し，入口弁３５０と調圧弁４６０の少なくとも一方を閉弁してもよい。エア排出管４１０を逆流してきた排ガスは，バイパス弁４６０及び入口弁３５０または調圧弁４６０で堰き止められる。このとき，バイパス弁４６０や入口弁３５０，調圧弁４６０のバルブとして，ゴム製のバルブを用いることが好ましい。

本開示は，上述の実施形態に限られるものではなく，その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば，発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は，上述の課題の一部又は全部を解決するために，あるいは，上述の効果の一部又は全部を達成するために，適宜，差し替えや，組み合わせを行うことが可能である。また，その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ，適宜，削除することが可能である。

１０…燃料電池システム，２０，２１…燃料電池ユニット，５０…排気管，７０…上位制御部（上位ＥＣＵ），８０…筐体，９０…換気装置，１００，１０１…燃料電池，２００…燃料ガス供給回路，２１０，２１１…燃料ガスタンク，２２０，２２１…燃料ガス供給管，２３０，２３１…燃料ガス排気管，２４０，２４１…燃料ガス還流管，２５０，２５１…主止弁，２６０，２６１…レギュレーター，２７０，２７１…インジェクタ，２８０，２８１…気液分離器，２９０，２９１…水素ポンプ，３００…エア供給回路，３１０，３１１…エアクリーナ，３１０Ｐ，３１１Ｐ…大気圧センサ，３１０Ｓ，３１０Ｓ…エアフローメータ，３１０Ｔ，３１１Ｔ…外気温センサ，３２０，３２１…エアコンプレッサ，３３０，３３１…エア供給管，３４０，３４１…インタクーラ，３４０Ｐ，３４１Ｐ…供給ガス圧力センサ，３４０Ｔ，３４１Ｔ…供給ガス温度センサ，３５０，３５１…入口弁，４００…排ガス回路，４１０，４１１…エア排出管，４２０，４２１…調圧弁，４３０，４３１…燃料ガス排出管，４４０，４４１…排気排水弁，４５０，４５１…バイパス管，４６０，４６１…バイパス弁，４７０，４７１…サイレンサー，５００…冷却回路，５１０，５１１…冷却水供給管，５２０，５２１…冷却水排出管，５３０，５３１…ラジエータ管，５４０，５４１…冷却水ポンプ，５５０，５５１…ラジエータ，５６０，５６１…ラジエータファン，５７０，５７１…バイパス管，５８０，５８１…三方弁，７００，７０１…制御部（ＦＣ－ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 燃料電池システムであって，
   燃料電池と，前記燃料電池に接続されているエア供給管と，前記エア供給管に設けられているエア供給装置と，前記燃料電池から燃料排ガスとエア排ガスを含む排ガスを排出するエア排出管と，前記燃料電池の運転を制御する制御部と，をそれぞれ有する複数の燃料電池ユニットと，
   複数の前記エア排出管と接続され，前記燃料電池システムの外部に前記エア排ガスを排気する排気管と，
   を備え，
   複数の前記燃料電池ユニットのうち一部の燃料電池ユニットが発電運転され，他の燃料電池ユニットが発電運転されない場合には，発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットのエア供給装置を動作させる，燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって，
   前記燃料電池ユニットのそれぞれは，
   前記エア排出管と前記エア供給管とを接続し，前記燃料電池を経由しないバイパス流路を形成するバイパス管と，
   前記バイパス管に設けられ，前記バイパス管のエアの流量を制御するバイパス弁と，
   を備え，
   前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，前記バイパス弁を開弁する，燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって，
   前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットにおいて、前記エア供給装置により最低流量のエアを供給させ，前記バイパス弁を全開とする，燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって，
   前記発電運転される燃料電池ユニットにおいて前記エア供給装置によるエア供給が開始された後の一定時間後のタイミングで，前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，当該燃料電池ユニットのエア供給装置によるエア供給を開始する，燃料電池システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって，
   前記複数の燃料電池ユニットの前記エア排出管の長さは異なっており，
   前記発電運転されない燃料電池ユニットの制御部は，発電運転される燃料電池ユニットにおける排ガスが前記排気管を経て発電運転されない燃料電池ユニットのエア排出管に達するまでの時間に相当する時間だけ遅延して，当該燃料電池ユニットのエア供給装置によるエア供給を開始させる，燃料電池システム。
6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載に燃料電池システムであって，
   複数の前記燃料電池ユニットを収納する筐体と，
   前記筐体に設けられて，前記筐体の内部を換気する換気装置と，
   前記燃料電池ユニットのいずれかにおいて前記エア供給装置からエアを供給できない場合に，すべての前記エア供給装置からエアを供給できる場合に比べて前記換気装置による換気量を増加させる換気制御部と，
   を備える，燃料電池システム。

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