WO2019073850A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2019073850A1
WO2019073850A1 PCT/JP2018/036786 JP2018036786W WO2019073850A1 WO 2019073850 A1 WO2019073850 A1 WO 2019073850A1 JP 2018036786 W JP2018036786 W JP 2018036786W WO 2019073850 A1 WO2019073850 A1 WO 2019073850A1
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WO
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fuel cell
fuel gas
cell stack
fuel
unreacted
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PCT/JP2018/036786
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English (en)
French (fr)
Inventor
美穂 玄番
安本　栄一
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel cell system that supplies fuel gas to a plurality of fuel cell stacks to generate electric power.
  • unit cell When an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode to form a cell (unit cell), a fuel gas containing hydrogen as a fuel is supplied to the fuel electrode, and an air containing oxygen is supplied to the air electrode. Thus, electrical energy is obtained. Since the generated voltage obtained by one unit cell is often less than 1 V, in practical fuel cells, unit cells are stacked to obtain a high voltage.
  • the present disclosure provides a fuel cell system capable of operating with high power generation efficiency, which can improve the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system without wastefully discharging unreacted fuel gas.
  • the fuel cell system of the present disclosure includes a plurality of fuel cell stacks, a plurality of fuel gas supply units, a plurality of fuel gas supply paths, a plurality of unreacted fuel gas circulation paths, a plurality of transport units, and a plurality of A one-way valve, a plurality of external discharge paths, a plurality of second two-way valves, and a plurality of connection paths are provided.
  • Each of the plurality of fuel cell stacks has an inlet for supplying fuel gas and an outlet for discharging unreacted fuel gas, and generates electric power using the fuel gas.
  • Each of the plurality of fuel gas supply units is provided to correspond individually to each of the plurality of fuel cell stacks, and supplies fuel gas to each of the plurality of fuel cell stacks.
  • Each of the plurality of fuel gas supply paths connects an outlet of each of the plurality of fuel gas supplies and an inlet of each of the plurality of fuel cell stacks.
  • Each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths communicates the outlet of each of the plurality of fuel cell stacks with each of the plurality of fuel gas supply paths.
  • Each of the plurality of transport units is individually provided for each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths, and transports the unreacted fuel gas to each of the plurality of fuel gas supply paths.
  • Each of the plurality of first two-way valves is individually provided for each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths, and opens and closes each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths upstream of each of the plurality of transport units.
  • Each of the plurality of external exhaust paths is provided to correspond individually to each of the plurality of fuel cell stacks, and a plurality of unreacted exhaust paths are provided between the outlet of each of the plurality of fuel cell stacks and each of the plurality of first two-way valves. It is a path branched from each of the fuel gas circulation paths, and the unreacted fuel gas is discharged to the outside.
  • Each of the plurality of second two-way valves is individually provided for each of the plurality of external discharge paths, and opens and closes each of the plurality of external discharge paths.
  • each of the plurality of connection paths is a branch point of each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths corresponding to each of the plurality of fuel cell stacks to each of the plurality of external discharge paths, and an outlet of each of the plurality of fuel cell stacks
  • the plurality of unreacted fuel gas circulation paths are in communication with each other.
  • Each of the plurality of connection paths has a plurality of unreacted fuel gases between each of the plurality of transport sections and each of the plurality of first two-way valves, the other ends of which correspond to the plurality of fuel cell stacks of the next stage. It communicates with each circulation path.
  • Each of the plurality of fuel gas supply units is configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through each of the plurality of fuel gas supply units when the supply operation is not performed.
  • Each of the plurality of transport units is configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through each of the plurality of transport units when the transport operation is not performed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system in the first and second embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows the flow of gas in the fuel cell system according to Example 1 of the first embodiment and Example 2 of the second embodiment of the present disclosure when the gas is not discharged to the outside. It is a block diagram.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the elapsed time of the fuel cell system and the required load in Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system in the first and second embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows the flow of gas in the fuel cell system according to Example 1 of the first embodiment and Example 2 of the second embodiment of the present disclosure when the gas is not discharged to the outside. It is a block diagram.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a situation due to an elapsed time of a fuel cell stack in a power generation operation in the fuel cell system in Example 1 of the first embodiment of the present disclosure in accordance with the characteristic diagram of FIG. It is.
  • FIG. 6 is a time chart showing the power generation state of each fuel cell stack in the fuel cell system of Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 2 of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the flow of gas when the gas is not discharged to the outside in the fuel cell system of Example 3 of the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 3 of the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the flow of gas when the gas is not discharged to the outside in the fuel cell system of Example 4 of the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 4 of the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional fuel cell system.
  • FIG. 14 is a block diagram of a conventional fuel cell system described in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • the conventional fuel cell system 700 includes a plurality of fuel gas supply paths 3-1 to 3-3 and a plurality of fuel gas flow control valves 8-1 connected to the fuel gas supply source 1. To 8-3 and a plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-3.
  • the plurality of fuel gas flow rate adjustment valves 8-1 to 8-3 are respectively provided in the plurality of fuel gas supply paths 3-1 to 3-3 so that the flow rate of the fuel gas can be adjusted.
  • Each of the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-3 is supplied with fuel gas from the fuel gas supply paths 3-1 to 3-3 to generate electric power, and unreacted fuel gas is discharged to the unreacted fuel gas discharge path 4- Discharge to 1-4-3.
  • the conventional fuel cell system 700 is configured by connecting a plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-3 in parallel.
  • the fuel gas flowing from the fuel gas supply source 1 to the fuel gas supply paths 3-1 to 3-3 is adjusted in flow rate by the fuel gas flow rate adjustment valves 8-1 to 8-3, and then the fuel cell stack 10-1 to The fuel gas supplied to 10-3 and not used in the fuel cell stacks 10-1 to 10-3 goes out of the fuel cell system 700 via the unreacted fuel gas discharge paths 4-1 to 4-3. Exhausted.
  • the conventional fuel cell system 700 disclosed in Patent Document 1 can obtain high output by connecting a plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-3 in parallel.
  • the fuel cell stack in order to protect the reliability of the fuel cell stack, the fuel cell stack is supplied with a fuel gas of about 10% to 20% more than the amount of fuel gas required for power generation. There is a need to prevent fuel gas starvation in the stack.
  • the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stack can be expressed by the following (Equation 1).
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system can be expressed by the following (Equation 2).
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 700 can only obtain the same value as the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-1 to 10-3. I can not.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 700 can only be set to a value that can maintain the reliability of the fuel cell stacks 10-1 to 10-3. Therefore, the fuel gas having a predetermined amount or more is discharged to the outside of the fuel cell system 700 as unreacted fuel gas, and there is a problem that the fuel cell system 700 can not be operated with high power generation efficiency.
  • a fuel cell system includes a plurality of fuel cell stacks, a plurality of fuel gas supply units, a plurality of fuel gas supply paths, a plurality of unreacted fuel gas circulation paths, and a plurality of transport units. And a plurality of first two-way valves, a plurality of external discharge paths, a plurality of second two-way valves, and a plurality of connection paths.
  • Each of the plurality of fuel cell stacks has an inlet for supplying fuel gas and an outlet for discharging unreacted fuel gas, and generates electric power using the fuel gas.
  • Each of the plurality of fuel gas supply units is provided to correspond individually to each of the plurality of fuel cell stacks, and supplies fuel gas to each of the plurality of fuel cell stacks.
  • Each of the plurality of fuel gas supply paths connects an outlet of each of the plurality of fuel gas supplies and an inlet of each of the plurality of fuel cell stacks.
  • Each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths communicates the outlet of each of the plurality of fuel cell stacks with the plurality of fuel gas supply paths.
  • Each of the plurality of transport units is individually provided for each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths, and transports the unreacted fuel gas to each of the plurality of fuel gas supply paths.
  • Each of the plurality of first two-way valves is individually provided for each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths, and opens and closes each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths upstream of each of the plurality of transport units.
  • Each of the plurality of external exhaust paths is provided to correspond individually to each of the plurality of fuel cell stacks, and a plurality of unreacted exhaust paths are provided between the outlet of each of the plurality of fuel cell stacks and each of the plurality of first two-way valves. It is a path branched from each of the fuel gas circulation paths, and the unreacted fuel gas is discharged to the outside.
  • Each of the plurality of second two-way valves is individually provided for each of the plurality of external discharge paths, and opens and closes each of the plurality of external discharge paths.
  • each of the plurality of connection paths is a branch point of each of the plurality of unreacted fuel gas circulation paths corresponding to each of the plurality of fuel cell stacks to each of the plurality of external discharge paths, and an outlet of each of the plurality of fuel cell stacks
  • the plurality of unreacted fuel gas circulation paths are in communication with each other.
  • Each of the plurality of connection paths has a plurality of unreacted fuel gases between each of the plurality of transport sections and each of the plurality of first two-way valves, the other ends of which correspond to the plurality of fuel cell stacks of the next stage. It communicates with each circulation path.
  • Each of the plurality of fuel gas supply units is configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through each of the plurality of fuel gas supply units when the supply operation is not performed.
  • Each of the plurality of transport units is configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through each of the plurality of transport units when the transport operation is not performed.
  • the required amount of power generation is the amount of power that can be covered by one fuel cell stack, and when only one fuel cell stack is in power generation operation, the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated is supplied While operating, the transport unit corresponding to the fuel cell stack to perform power generation operation is transported. Then, the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation is opened (or when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path) When discharging unreacted fuel gas to the outside, close it).
  • the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation is closed when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage is not discharged to the outside through the external discharge passage.
  • the plurality of fuel cells performing the power generation operation One of the stacks is taken as the first-stage fuel cell stack.
  • the transport unit corresponding to the first-stage fuel cell stack is not transported, and the transport unit corresponding to the other fuel cell stacks excluding the first-stage fuel cell stack among the plurality of fuel cell stacks performing power generation operation is Transport operation is performed. Also, supply operation is performed to the fuel gas supply unit corresponding to all of the fuel cell stacks that perform power generation operation.
  • unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack flows sequentially through all other fuel cell stacks that are operated by power generation, and unreacted gas discharged from the last-stage fuel cell stack finally flowing unreacted fuel gas
  • the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack excluding the final stage fuel cell stack is closed, and the final stage fuel cell stack is removed.
  • the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation is closed.
  • the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack which is not in the power generation operation is opened, and the first two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack is opened (or When reactive fuel gas is not discharged to the outside through the external discharge path, open it, and when discharging unreacted fuel gas to the outside, close it. Then, the second two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack is closed when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path, and the unreacted fuel gas is externally output. Keep open when discharging.
  • the fuel cell stack that performs power generation operation is the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and Power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply path via the unreacted fuel gas circulation path by the transport unit. Then, the unreacted fuel gas can be discharged to the outside periodically.
  • the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity when two fuel cell stacks are generating electricity, the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity generates electricity using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit,
  • the final-stage fuel cell stack in the two fuel cell stacks that are operated by power generation is transported to the fuel gas supply path via the unreacted fuel gas circulation path and the fuel gas supplied from the fuel gas supply portion and the transport portion. Power is generated using unreacted fuel gas.
  • the unreacted fuel gas is unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack and the final-stage fuel cell stack. Then, unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack is discharged to the outside periodically.
  • the first fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are generating power when three or more fuel cell stacks are generating power, the first fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are generating power generates power using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit Do.
  • the middle-stage fuel cell stack excluding the first-stage fuel cell stack and the last-stage fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks generating electric power operates with the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the transfer unit Electric power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply path via the reactive fuel gas circulation path.
  • the non-reacted fuel gas is the non-reacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation.
  • the final stage fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are operated by power generation is transported to the fuel gas supply path through the unreacted fuel gas circulation path by the transport portion and the fuel gas supplied from the fuel gas supply portion. Power with the unreacted fuel gas.
  • the non-reacted fuel gas is the non-reacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack and the final fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be operated. Then, unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack is discharged to the outside periodically.
  • an appropriate number of fuel cell stacks are selected for power generation, and power generation is performed using unconverted fuel gas that has not been consumed among the fuel cell stacks selected for power generation. Can.
  • the unreacted fuel gas discharged is taken as the inlet of the final stage fuel cell stack It is possible to generate electric power by circulating it back to the outside and periodically discharge unreacted fuel gas containing impurities to the outside.
  • This impurity is mixed into the fuel gas at each fuel cell stack. Therefore, the concentration of impurities gradually increases from upstream to downstream, and the highest concentration of impurities is present in the final-stage fuel cell stack most downstream.
  • the amount of unreacted fuel gas discharged as a fuel cell system can be reduced, the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system can be increased, and the fuel cell system can be operated with high power generation efficiency.
  • an appropriate number of fuel cell stacks are selected for power generation, and unreacted fuel gas not consumed among the fuel cell stacks selected for power generation You can generate electricity while using
  • the fuel cell system of the first aspect of the present disclosure it is possible to connect an appropriate number of fuel cell stacks in series according to the amount of power generation to use unreacted fuel gas for power generation. It is possible to increase the fuel utilization factor Ufs independently of the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stack.
  • the fuel cell system can be operated with high power generation efficiency.
  • any number of fuel cell stacks can be generated according to the amount of power generation, the fuel cell system can be operated by controlling the generation time of each fuel cell stack to be equal, and any fuel cell stack can be The gas flows as a downstream fuel cell stack.
  • the fuel cell system can be operated by controlling the fuel cell stack whose voltage has been lowered to generate power in the upper stage with high fuel gas concentration.
  • the durability of the fuel cell stack can be extended, and the durability of the fuel cell system can also be improved.
  • the second aspect of the present disclosure may further have the following configuration.
  • the fuel cell system further includes a control unit that controls a plurality of fuel gas supply units, a plurality of transport units, a plurality of first two-way valves, and a plurality of second two-way valves. It is equipped further.
  • the control unit operates to supply one or more fuel gas supply units among the plurality of fuel gas supply units corresponding to one or more fuel cell stacks that are to perform power generation operation among the plurality of fuel cell stacks.
  • the control unit does not perform the supply operation of one or more fuel gas supply units among the plurality of fuel gas supply units corresponding to one or more fuel cell stacks that are not operated for power generation among the plurality of fuel cell stacks.
  • the control unit does not cause the transport operation of one or more transport units among the plurality of transport units corresponding to one or more fuel cell stacks that are not in a power generation operation.
  • the control unit causes the transport unit corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation to carry out the conveyance operation when one or a plurality of fuel cell stacks to undergo the power generation operation is one.
  • the control unit opens the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path. When discharging to the outside, keep it open.
  • control unit sets one of the plurality of fuel cell stacks performing power generation operation as the first-stage fuel cell stack and supports the first-stage fuel cell stack
  • the transport unit does not perform the transport operation.
  • the control unit carries out the transport operation for the transport units corresponding to the other fuel cell stacks except the first fuel cell stack among the plurality of fuel cell stacks which perform the power generation operation.
  • the control unit is configured such that unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack flows sequentially through all the fuel cell stacks to be subjected to other power generation operation, and finally discharged from the final-stage fuel cell stack through which unreacted fuel gas flows.
  • the reactive fuel gas is controlled to be supplied to the final stage fuel cell stack.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack excluding the final stage fuel cell stack among the plurality of fuel cell stacks.
  • the control unit closes the first two-way valve corresponding to one or more fuel cell stacks to be subjected to power generation operation excluding the final stage fuel cell stack, and corresponds to the first fuel valve stack corresponding to one or more fuel cell stacks not to be subjected to power generation operation.
  • the two-way valve and the first two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack are opened.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the final-stage fuel cell stack, and closes the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path to the outside when not discharging the unreacted fuel gas to the outside through the external discharge path. When discharging to the outside, keep it open.
  • the fuel cell stack to be subjected to power generation operation passes the unreacted fuel gas circulation path by the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the transfer unit. Power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply path.
  • the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation is switched from the closed state to the open state periodically (or temporarily), the second two-way valve is opened. Unreacted fuel gas is discharged to the outside.
  • the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity when two fuel cell stacks are generating electricity, the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity generates electricity using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit. .
  • the final-stage fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are operated by power generation is transported to the fuel gas supply path via the unreacted fuel gas circulation path and the fuel gas supplied from the fuel gas supply portion and the transport portion. Power with the unreacted fuel gas.
  • the unreacted fuel gas is the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack and the final-stage fuel cell stack.
  • the first fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are operated for power generation uses the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit. Generate electricity.
  • the middle-stage fuel cell stack excluding the first-stage fuel cell stack and the last-stage fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks generating electric power operates with the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the transfer unit Electric power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply path via the reactive fuel gas circulation path.
  • the non-reacted fuel gas is the non-reacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be operated.
  • the unreacted fuel gas is the unreacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack and the final fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be operated.
  • Impurity gas is gradually mixed from the first stage to the final stage fuel cell stack, and the impurity gas has the highest concentration in the final stage fuel cell stack which is the most downstream.
  • discharge of a large amount of impurity gas and discharge of a small amount of non-reacted fuel gas are performed even in low power generation operation. Power generation efficiency can be obtained.
  • stable power generation can be achieved by reducing the number of power generation.
  • the fuel cell system can be operated by controlling the generation time of each fuel cell stack to be equal, and optionally, the first stage or the final stage The fuel cell stack of the stage can be determined.
  • the fuel cell stack whose voltage has been lowered can be operated not to be a final-stage fuel cell stack with low fuel concentration, and the durability of the fuel cell stack can be extended.
  • the first two-way valve corresponding to the second two-way valve that opens periodically (or temporarily) to discharge unreacted fuel gas to the outside causes the second two-way valve to open. Keep it open as well. As a result, while the second two-way valve is in the open state, the life as the two-way valve is longer than in the case where the second two-way valve is in the closed state.
  • the third aspect of the present disclosure may further have the following configuration.
  • the fuel cell system further includes a control unit that controls a plurality of fuel gas supply units, a plurality of transport units, a plurality of first two-way valves, and a plurality of second two-way valves. It is equipped further.
  • the control unit operates to supply one or more fuel gas supply units among the plurality of fuel gas supply units corresponding to one or more fuel cell stacks that are to perform power generation operation among the plurality of fuel cell stacks.
  • the control unit does not perform the supply operation of one or more fuel gas supply units among the plurality of fuel gas supply units corresponding to one or more fuel cell stacks that are not operated for power generation among the plurality of fuel cell stacks.
  • the control unit does not cause the transport operation of one or more transport units among the plurality of transport units corresponding to one or more fuel cell stacks that are not in a power generation operation.
  • the control unit causes the transfer unit corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation to carry out the first two ways corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation when there is one fuel cell stack to perform the power generation operation.
  • the valve is opened when unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path, and closed when discharging unreacted fuel gas to the outside.
  • the control unit causes the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be generated and operated to be closed when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path. When discharging gas to the outside, keep open.
  • a control unit When a plurality of fuel cell stacks performing power generation operation is used as a control unit, one of the plurality of fuel cell stacks performing power generation operation is used as the first-stage fuel cell stack, and the first-stage fuel cell stack is supported.
  • the transport unit does not perform the transport operation.
  • the control unit carries out the transport operation for the transport units corresponding to the other fuel cell stacks except the first fuel cell stack among the plurality of fuel cell stacks which perform the power generation operation.
  • the control unit is configured such that unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack flows sequentially through all the fuel cell stacks to be subjected to other power generation operation, and finally discharged from the final-stage fuel cell stack through which unreacted fuel gas flows.
  • the reactive fuel gas is controlled to be supplied to the final stage fuel cell stack.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack excluding the final stage fuel cell stack among the plurality of fuel cell stacks performing the power generation operation, and excludes the final stage fuel cell stack, the power generation operation
  • the first two-way valve corresponding to one or more fuel cell stacks is closed.
  • the control unit opens the first two-way valve corresponding to one or more fuel cell stacks that are not in power generation operation.
  • the control unit opens the first two-way valve corresponding to the final-stage fuel cell stack, when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path, and the unreacted fuel gas is When discharging to the outside, keep it closed.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack, when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path is not discharged to the outside through the external discharge path, and sets the unreacted fuel gas Keep open when discharging outside.
  • the fuel cell stack to be subjected to power generation operation includes the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the unreacted fuel gas by the transport unit Power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply channel via the circulation channel.
  • the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be operated is switched from the open state to the closed state, and the corresponding second two-way valve is switched from the closed state to the open state. While the first two-way valve is closed and the second two-way valve is open, unreacted fuel gas is discharged to the outside.
  • the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity when two fuel cell stacks are generating electricity, the first fuel cell stack of the two fuel cell stacks that are generating electricity generates electricity using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit,
  • the final-stage fuel cell stack in the two fuel cell stacks that are operated by power generation is transported to the fuel gas supply path via the unreacted fuel gas circulation path and the fuel gas supplied from the fuel gas supply portion and the transport portion. Power is generated using unreacted fuel gas.
  • the unreacted fuel gas is the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack and the final-stage fuel cell stack.
  • the first two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack changes from the open state to the closed state, and the corresponding second two-way valve changes from the closed state to the open state.
  • the first two-way valve is closed and the second two-way valve is open, unreacted fuel gas discharged from the final-stage fuel cell stack is discharged to the outside.
  • the first fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are generating power when three or more fuel cell stacks are generating power, the first fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are generating power generates power using the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit Do.
  • the middle-stage fuel cell stack excluding the first-stage fuel cell stack and the last-stage fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks generating electric power operates with the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the transfer unit Electric power is generated using the unreacted fuel gas transported to the fuel gas supply path via the reactive fuel gas circulation path.
  • the unreacted fuel gas is the unreacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation.
  • the final stage fuel cell stack among the three or more fuel cell stacks that are operated by power generation is transported to the fuel gas supply path via the unreacted fuel gas circulation path by the transport portion and the fuel gas supplied from the fuel gas supply portion. Power with the unreacted fuel gas.
  • the unreacted fuel gas is the unreacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack and the final fuel cell stack adjacent on the upstream side of the fuel cell stack to be operated.
  • the first two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack changes from the open state to the closed state, and the corresponding second two-way valve changes from the closed state to the open state.
  • the first two-way valve is closed and the second two-way valve is open, unreacted fuel gas discharged from the final-stage fuel cell stack is discharged to the outside.
  • the fuel cells that perform power generation operation in addition to the supplied fuel gas supplied from the fuel gas supply unit of each fuel cell stack Unreacted fuel gas discharged from the upstream fuel cell stack adjacent to the upstream side in the stack is used for power generation.
  • the final stage fuel cell stack in addition to the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit and the unreacted fuel gas discharged from the previous stage fuel cell stack adjacent to the upstream side in the fuel cell stack to be operated. Further, unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack is circulated and used for power generation.
  • Impurity gas is gradually mixed from the first stage to the final stage fuel cell stack, and the impurity gas has the highest concentration in the final stage fuel cell stack which is the most downstream.
  • discharging non-reacted fuel gas mixed with impurity gas in the final stage fuel cell stack discharging a large amount of impurity gas and discharging a small amount of non-reacted fuel gas also enables low power generation operation. High power generation efficiency can be obtained. In addition, stable power generation can be achieved by reducing the number of power generation.
  • any fuel cell stack can be generated according to the amount of power generation. Therefore, the fuel cell system can be operated by controlling so that the power generation time of each fuel cell stack is even, and the fuel cell stack of the first stage or the final stage can be determined arbitrarily.
  • the fuel cell stack whose voltage has been lowered can be operated not to be a final-stage fuel cell stack with low fuel concentration, and the durability of the fuel cell stack can be extended.
  • the second two-way valve for discharging unreacted fuel gas to the outside is in the open state
  • the corresponding first two-way valve is in the closed state, so It is possible to efficiently discharge the non-reacted fuel gas in the portion where the impurity concentration is high to the outside.
  • unreacted fuel gas can be discharged in a short time and in a minimum amount, and it is possible to maximize the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system and to increase the power generation efficiency of the fuel cell system.
  • the fourth aspect of the present disclosure may have the following configuration.
  • the control unit controls the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit corresponding to the first stage fuel cell stack when the fuel cell stack corresponding to the first stage fuel cell stack is fuel consumed by the first stage fuel cell stack Make more than gas consumption.
  • the control unit is configured to supply the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit corresponding to one or more fuel cell stacks to be operated, excluding the first-stage fuel cell stack and the last-stage fuel cell stack, to the first-stage fuel cell stack and the last stage fuel cell stack.
  • the amount of fuel gas consumed in one or a plurality of fuel cell stacks that are operated by power generation, excluding the stage fuel cell stack, is the same as the consumption amount of the fuel gas.
  • the control unit adds the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit corresponding to the final stage fuel cell stack, the amount of fuel gas consumed by the final stage fuel cell stack, and the amount of consumption of the first stage fuel cell stack Then, the amount of supply of fuel gas from the fuel gas supply unit corresponding to the first stage fuel cell stack is subtracted.
  • the middle stage excluding the first stage and the final stage fuel cell stacks
  • the amount of fuel gas supplied to the fuel cell stack may be the same as the fuel gas consumption of each middle stage fuel cell stack. Therefore, the supply amount can be easily determined.
  • the fuel utilization factor Uf of each fuel cell stack is lowered, and stable operation can be performed.
  • the amount of fuel gas supplied to the final stage fuel cell stack was the amount of fuel gas excessively supplied to the initial stage fuel cell stack from the fuel gas consumption of the final stage fuel cell stack, ie, supplied to the initial stage fuel cell stack
  • the amount of fuel gas obtained by subtracting the amount of fuel gas consumption of the first stage fuel cell stack from the amount of fuel gas supplied is subtracted and supplied.
  • the fifth aspect of the present disclosure may have the following configuration.
  • the fuel cell system further includes a voltage detector that detects a generated voltage of the plurality of fuel cell stacks, in addition to any of the first to fourth aspects.
  • the control unit closes the second two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack until the power generation voltage of the final stage fuel cell stack decreases to a predetermined voltage value.
  • the control unit opens the second two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack when the voltage detector detects that the generated voltage of the final stage fuel cell stack has dropped below the predetermined voltage value.
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10-1 to 10-N, a fuel gas supply unit 2-1 to 2-N, and a fuel gas supply path 3 -1 to 3-N, unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-N, transport parts 7-1 to 7-N, connection paths 6-1 to 6-N, and first two-way valve
  • the control unit 11 includes 12-1 to 12-N, second two-way valves 13-1 to 13-N, external discharge paths 9-1 to 9-N, and a control unit 11.
  • N is an integer of 2 or more.
  • the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N are piping paths for supplying a fuel gas to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N from a fuel gas infrastructure having a supply pressure of a predetermined pressure. Hydrogen gas is used as the fuel gas, and the fuel gas supply units 2-1 to 2-N are respectively installed on the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the fuel gas supply units 2-1 to 2-N are configured by a flow meter and a pump that sends the gas, and the pumps of the fuel gas supply units 2-1 to 2-N pressurize the fuel gas and respectively
  • the fuel gas is supplied to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N through the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the flowmeters of the fuel gas supply units 2-1 to 2-N measure the flow rates of the fuel gas in the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N, and if there is an excess or deficiency, return flow rate information to the control unit 11. .
  • the capacity value of the pump is controlled, and the amount of fuel gas of the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N is adjusted.
  • the configuration of the control unit 11 is not particularly limited as long as it has a control function, but in the present embodiment, an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) for storing a control program And.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a memory is used as the storage unit. The control program stored in the memory is executed by the arithmetic processing unit to realize the function of the control unit.
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-N generate power using a fuel gas and an oxidizing gas supplied by an oxidizing gas supplier (not shown).
  • the fuel cell system of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is not particularly limited, but in the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used.
  • the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N have one end (upstream end) as an outlet of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N from which the unreacted fuel gas is discharged, and the fuel gas supply path 3-1
  • the other end (downstream end) of the junction with .about.3-N is a piping path for carrying the unreacted fuel gas from the outlet of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to the inlet.
  • Transport units 7-1 to 7-N for feeding the unreacted fuel gas are provided on the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N.
  • the transport units 7-1 to 7-N are constituted by a flow meter and a pump for delivering gas, and the pumps of the transport units 7-1 to 7-N pressurize the unreacted fuel gas to supply the fuel gas. Routes 3-1 to 3-N are supplied.
  • the flow meter of the transport units 7-1 to 7-N measures the flow rate of the unreacted fuel gas of the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and if there is an excess or deficiency, the flow information to the control unit 11 return it.
  • the capacity value of the pump is controlled, and the flow rate of unreacted fuel gas passing through transport units 7-1 to 7-N of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N is adjusted. Ru.
  • connection paths 6-1 to 6-N are the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N. It is a piping path that connects N and the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N of the large fuel cell stacks 10-1 to 10-N, which are adjacent to one another.
  • the adjacent unreacted fuel gas circulation routes 5-1 to 5-N are upstream of the transport units 7-1 to 7-N in the unreacted fuel gas circulation routes 5-1 to 5-N. Are connected by connection paths 6-1 to 6-N.
  • connection path 6-K (K is all integers of 1 ⁇ K ⁇ N ⁇ 1) connects the unreacted fuel gas circulation path 5-K and the unreacted fuel gas circulation path 5-K + 1.
  • connection path 6-N connects the unreacted fuel gas circulation path 5-N and the unreacted fuel gas circulation path 5-1.
  • Adjacent non-reacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N are connected as described above by connection paths 6-1 to 6-N, thereby conveying parts 7-1 to 7-N, and fuel An annular path is formed in which the battery stacks 10-1 to 10-N are alternately connected in sequence.
  • the first two-way valves 12-1 to 12-N are two-way valves for opening and closing the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N on the upstream side of the transport units 7-1 to 7-N. is there.
  • the first two-way valves 12-1 to 12-N are branch points of the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N and the connection paths 6-1 to 6-N, and the unreacted fuel gas circulation. It is disposed between the paths 5-1 to 5-N and the branch points of the connection paths 6-1 to 6-N corresponding to the fuel cell stack in the upper row. That is, the first two-way valves 12-1 to 12-N are part of the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N on the upstream side of the transport units 7-1 to 7-N and the connection paths. It is annularly connected by 6-1 to 6-N.
  • An external discharge path 9-1 to 9- for discharging unreacted fuel gas to the outside between the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the first two-way valve 12-1 to 12-N. N is provided.
  • the external discharge paths 9-1 to 9-N branch from the portion of the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N that forms an annular path with the connection paths 6-1 to 6-N.
  • second two-way valves 13-1 to 13-N for opening and closing the external discharge paths 9-1 to 9-N are provided.
  • connection path 6-K is a branch point of unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to fuel cell stack 10-K to external exhaust path 9-K, and fuel cell stack 10-K. It communicates with the unreacted fuel gas circulation path 5-K between it and the outlet of The connection path 6-K has an unreacted fuel gas circulation path 5-5 between the transport unit 7-K + 1 and the first two-way valve 12-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1. It communicates with K + 1.
  • connection path 6-N has a branch point of unreacted fuel gas circulation path 5-N, one end of which corresponds to fuel cell stack 10-N, to external exhaust path 9-N, and fuel cell stack 10-N.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-N is in communication with the outlet of the fuel cell.
  • the connection path 6 -N has an unreacted fuel gas circulation path 5-5 between the transport section 7-1 and the first two-way valve 12-1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-1. It communicates with 1.
  • the fuel cell system 100 has an inlet to which the fuel gas is supplied and an outlet from which the unreacted fuel gas is discharged.
  • the fuel cell system 100 includes a plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N, a plurality of fuel gas supply units 2-1 to 2-N, and a plurality of fuel gas supply paths 3-1 to 3 -N, a plurality of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, a plurality of transport units 7-1 to 7-N, and a plurality of first two-way valves 12-1 to 12-N; A plurality of external discharge paths 9-1 to 9-N, a plurality of second two-way valves 13-1 to 13-N, and a plurality of connection paths 6-K (6-1 to 6-N) .
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-N generate electric power using fuel gas.
  • the plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N are provided to correspond individually to the plurality (N) of fuel cell stacks 10-1 to 10-N, respectively. Supply fuel gas to -1 to 10-N.
  • the plurality of (N) fuel gas supply paths 3-1 to 3-N are outlets of the plurality (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N, and the fuel cell stacks 10-1 to 10-N. Connect with the entrance of
  • a plurality of (N) unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N connect the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N with the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N. .
  • the plurality (N) of the transport units 7-1 to 7-N are individually provided for each of the plurality (N) of the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and the unreacted fuel gas is Transport to the gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the plurality of (N) first two-way valves 12-1 to 12-N are individually provided for each of the plurality (N) of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and the transport unit 7- The unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N upstream of 1 to 7-N are opened and closed.
  • the plurality of (N) external exhaust paths 9-1 to 9-N are provided to correspond individually to the plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N, respectively. Between the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the first two-way valves 12-1 to 12-N, from the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N. And discharge the unreacted fuel gas to the outside from the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N.
  • the plurality of (N) second two-way valves 13-1 to 13-N are individually provided for each of the plurality (N) of external discharge paths 9-1 to 9-N, and the external discharge path 9-1 is Open and close ⁇ 9-N.
  • the plurality of (N) connection paths 6-K (6-1 to 6-N) are not limited to the first fuel cell stack 10, regardless of which fuel cell stack 10-1 to 10-N is the first fuel cell stack 10-D. It is provided so as to form a flow path for flowing the unreacted fuel gas discharged from -D to all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N in order.
  • a plurality of (N) connection paths 6-K (6-1 to 6-N) are connected at one end to the external discharge path 9- on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K. It is in communication with the unreacted fuel gas circulation path 5-K between the branch point to K and the outlet of the fuel cell stack 10-K.
  • a plurality of (N) connection paths 6-K (6-1 to 6-N) have the other end corresponding to the transport section 7-K + 1 and the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It is in communication with unreacted fuel gas circulation path 5-K + 1 between 12 and K + 1.
  • the fuel gas or the unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2-N. It is configured not to pass through.
  • the transport units 7-1 to 7-N are configured so that unreacted fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through the transport units 7-1 to 7-N when the transport units 7-1 to 7-N are not transported. Is configured.
  • the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a control unit 11.
  • the control unit 11 includes a plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N, a plurality (N) of transport units 7-1 to 7-N, and a plurality (N) of first
  • the directional valves 12-1 to 12-N and the plurality of (N) second two-way valves 13-1 to 13-N are controlled.
  • the control unit 11 operates to supply the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated and operated among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the control unit 11 is configured not to supply the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack not performing power generation operation and not to perform the conveyance operation corresponding to the fuel cell stack not performing power generation operation.
  • the control unit 11 causes the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to perform power generation operation to carry out the conveyance operation
  • the first two-way valve 12-E corresponding to the fuel cell stack 10-E in the power generation mode is opened.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be operated by power generation, and the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 5-E by the external discharge passage 9-E. It is configured to be in a closed state when not discharging to the open and to be open when discharging the unreacted fuel gas to the outside.
  • control unit 11 sets one of the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be subjected to power generation operation to the first stage It is assumed that the fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transfer operation for the transfer unit 7-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D, and among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N performing the power generation operation, the first stage fuel cell
  • the transport sections 7-1 to 7-N (except 7-D) corresponding to the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N (except 10-D) excluding the stack 10-D are operated to be transported.
  • the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack 10-D flows sequentially through all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N for power generation operation, and finally the unreacted fuel gas It controls so that the unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack 10-C through which C. flows is supplied to the final stage fuel cell stack 10-C.
  • controller 11 controls the second two-way valves 13-1 to 13 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N (excluding 10-C) excluding the final stage fuel cell stack 10-C. -N (except 13-C) is closed.
  • the control unit 11 excludes the final-stage fuel cell stack 10-C, and corresponds to the first two-way valves 12-1 to 12- corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N (excluding 10-C) in power generation operation.
  • the first two-way valves 12-1 to 12-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N in which N (except 12-C) is closed and power generation is not performed, and the final-stage fuel cell stack 10-
  • the first two-way valve 12-C corresponding to C is opened.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-C corresponding to the final-stage fuel cell stack 10-C with the unreacted fuel gas of the unreacted fuel gas circulation path 5-C externally by the external discharge path 9-C. When not discharging, close it, and when discharging unreacted fuel gas to the outside, keep open.
  • control unit 11 supplies the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the amount of fuel gas consumed by the first-stage fuel cell stack 10-D is controlled to be greater than the amount consumed.
  • the control unit 11 excludes the first-stage fuel cell stack 10-D and the last-stage fuel cell stack 10-C, and corresponds to the fuel gas supply unit 2-1 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be operated. Fuel consumed by fuel cell stacks 10-1 to 10-N that are operated by power generation, excluding the first stage fuel cell stack 10-D and the last stage fuel cell stack 10-C, with the amount of fuel gas supplied from 2-N Control to the same amount of gas consumption.
  • the control unit 11 sets the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to the amount of consumption of fuel gas consumed by the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount of consumption of the first-stage fuel cell stack 10-D is added and controlled so as to be the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first-stage fuel cell stack 10-D.
  • the fuel cell system 100 When the fuel cell system 100 performs a power generation operation, the fuel cell system 100 performs the following operation under the control of the control unit 11.
  • the optimum number of fuel cell stacks to be operated for power generation is determined according to the required amount of power generation.
  • the control unit 11 causes the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation to supply the fuel gas at a predetermined supply amount.
  • the control unit 11 controls the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack not to perform the power generation operation so as not to supply the fuel gas (stop the fuel gas at the fuel gas supply unit).
  • control unit 11 when power is generated by at least two fuel cell stacks 10-1 to 10-N, first, the control unit 11 performs the first-stage fuel cell stack among the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be operated for power generation. Decide 10-D.
  • the final-stage fuel cell stack 10-C is determined as follows.
  • the second two-way valves 13-1 to 13-N are all closed, and the first two-way valves 12-1 to 12-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that do not generate electric power
  • the first two-way valve 12-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C is in the open state.
  • the first two-way valve 12-1 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N excluding the final stage fuel cell stack 10-C 12-N is controlled by the control unit 11 to close.
  • control unit 11 removes the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated excluding the first-stage fuel cell stack 10-D and the last-stage fuel cell stack 10-C. , Make the same amount of fuel gas consumed by each fuel cell stack.
  • the control unit 11 makes the supply amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D larger than the consumption amount of fuel gas of the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 sets the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to the amount of fuel gas consumed by the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount obtained by adding the amount of fuel gas consumed in the first stage fuel cell stack 10-D is the amount obtained by subtracting the fuel gas supply amount in the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 transfers the transfer unit 7-D corresponding to the first-stage fuel cell stack 10-D and the transfer units 7-1 to 7-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that do not generate electric power. Do not work.
  • the control unit 11 excludes the first fuel cell stack 10-D and the last fuel cell stack 10-C from the fuel cell stacks 10-1 to 10-
  • the first stage fuel cell stack 10-D is based on the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply section 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D to the transport sections 7-1 to 7-N corresponding to N. The amount obtained by subtracting the amount of fuel gas consumed is transported.
  • the control unit 11 determines the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D to the transfer unit 7-C corresponding to the last stage fuel cell stack 10-C. Control is performed so as to transport an amount larger than the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas consumed by the first-stage fuel cell stack 10-D.
  • the first-stage fuel cell stack 10-D generates power using only pure fuel gas.
  • Unreacted fuel gas discharged from all the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that generate power is connected from the unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-N by the connection flow path 6-1 to 6-N
  • the fuel cell stack 10-D except for the first-stage fuel cell stack 10-D among the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that generate power by the transport unit installed in the unreacted fuel gas circulation path of the fuel cell stack that generates other fuels
  • the fuel gas is supplied to the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N of the stacks 10-1 to 10-N.
  • the unreacted fuel gas is then used to generate other fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-E that generates power is the unreacted fuel gas that corresponds to the fuel cell stack 10-E that generates power It is controlled to be supplied through the circulation path 5-E to the fuel gas supply path 2-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be generated.
  • the control unit 11 is configured such that the fuel gas supply unit 2-E corresponding to the fuel cell stack 10-E that generates power supplies a larger amount of fuel gas than the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stack 10-E that generates power. Control.
  • the control unit 11 generates fuel from the amount supplied by the fuel gas supply unit 2-E corresponding to the fuel cell stack 10-E that generates power, by the transport unit 7-E that corresponds to the fuel cell stack 10-E that generates power. Control is performed so that the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas consumed by the cell stack 10-E is transported.
  • the amount of fuel gas at the inlet portion of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is 10 L / min, and the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks at the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is P% In this case, the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is (P / 10) L / min. Therefore, the amount of unreacted fuel gas at the outlet of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is 10- (P / 10) L / min.
  • the unreacted fuel gas supplied is Because the fuel gas supply unit 2-D does not supply the fuel gas, the amount supplied by the fuel gas supply unit 2-D is 10 L / min.
  • the units 2-1 to 2-N supply the amount of fuel gas consumed by the respective fuel cell stacks 10-1 to 10-N. Therefore, the amount supplied by the fuel gas supply units 2-1 to 2-N is (P / 10) L / min.
  • the amount supplied by the final stage fuel gas supply unit 2-C is the first stage from the sum of the fuel gas consumption of the first stage fuel cell stack 10-D and the fuel gas consumption of the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas supplied from the fuel cell stack 10-D is as follows.
  • the impurity gas is most concentrated in the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the impurity gas is most concentrated in the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 opens the second two-way valve 13-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C, and at the same time, carries it out at the outlet 7-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Reduce the amount.
  • the control unit 11 controls the amount of fuel supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to increase by the amount of the carry-out amount reduced by the carry-out unit 7-C. After the unreacted fuel gas containing it is exhausted to the outside for a certain period of time, the previous switching is reversed.
  • control unit 11 closes the second two-way valve 13-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C, and carries out at the discharge unit 7-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount is increased to the original amount, and the supply amount at the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C is controlled to be reduced to the original amount.
  • the amount of gas discharged to the outside is ((10 ⁇ (P / 10)) / 2) L / min.
  • the amount of fuel gas supplied to the final stage fuel cell stack 10-C increases by the amount of gas discharged to the outside. Therefore, the fuel gas supply amount of the entire fuel cell system 100 also increases by the amount of the gas discharged to the outside.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 100 can be expressed by (Equation 3).
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 100 is close to 100%, and a high fuel utilization factor Ufs is realized without being influenced by the value of the fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the fuel cell system 100 with high power generation efficiency can be provided.
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be generated are selected so that all the fuel cell stacks 10-1 to 10-N can generate power for the same time.
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power may be switched at intervals of time. As a result, it is possible to prevent only the specific fuel cell stacks 10-1 to 10-N from being degraded, which leads to prolonging the life of the fuel cell system 100.
  • the amount of power generation of each of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be operated may be changed, for example, the amount of power generation of the fuel cell stack with a feeling of flooding It is possible to lower Uf and drive more fuel gas.
  • any fuel cell stack (any of 10-1 to 10-N) can be selected as the first or last fuel cell stack 10-D or 10-C.
  • the final stage fuel cell stack 10-C where the concentration of fuel gas is low, it is possible to prevent the deterioration of a specific fuel cell stack from accelerating. It leads to the extension of the life of 100.
  • Example 1 which is a specific example of the fuel cell system according to the first embodiment, will be described with reference to FIGS. 2 to 6.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the flow of gas when the gas is not discharged to the outside, in the fuel cell system of Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system according to Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the elapsed time of the fuel cell system and the required load in Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a situation due to an elapsed time of a fuel cell stack which is generating electricity in the fuel cell system of Example 1 of the first embodiment of the present disclosure, in accordance with the characteristic diagram of FIG. It is.
  • FIG. 6 is a time chart showing the power generation state of each fuel cell stack in the fuel cell system of Example 1 of the first embodiment of the present disclosure.
  • the fuel cell system 200 of the first embodiment includes five fuel cell stacks 10-1 to 10-5.
  • the fuel cell stack 10-2 is the first-stage fuel cell stack 10-D
  • the fuel cell stack 10- 5 is a final stage fuel cell stack 10-C.
  • Fuel cell system 200 has an inlet to which fuel gas is supplied and an outlet from which unreacted fuel gas is discharged.
  • the fuel cell system 200 includes five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 that generate electric power using fuel gas, fuel gas supply units 2-1 to 2-5, and fuel gas supply paths 3-1 to 3 -5, unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-5, transport units 7-1 to 7-5, first two-way valve 12-1 to 12-5, external discharge path 9-1 To 9-5, second two-way valves 13-1 to 13-5, and connection paths 6-1 to 6-5.
  • the five fuel gas supply units 2-1 to 2-5 are provided individually corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-5, respectively. Supply.
  • the five fuel gas supply paths 3-1 to 3-5 connect the outlets of the fuel gas supply units 2-1 to 2-5 and the inlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5.
  • the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5 connect the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 with the fuel gas supply paths 3-1 to 3-5.
  • the five transport units 7-1 to 7-5 are individually provided to the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, respectively, and the unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply paths 3-1 to 3. Transport to -5.
  • the five first two-way valves 12-1 to 12-5 are individually provided in each of the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, and are more than the transport units 7-1 to 7-5.
  • the upstream unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5 are opened and closed.
  • the five external discharge paths 9-1 to 9-5 are provided to correspond to the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 respectively, and the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are provided. It is a path branched from the unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-5 between the outlet of the fuel cell 5 and the first two-way valve 12-1 to 12-5, and the unreacted fuel gas is discharged to the outside It is a route to
  • Five second two-way valves 13-1 to 13-5 are individually provided for the five external discharge paths 9-1 to 9-5, respectively, and open and close the external discharge paths 9-1 to 9-5.
  • the five connection paths 6-1 to 6-5 are the unreacted fuel discharged from the first-stage fuel cell stack 10-D regardless of which fuel cell stack 10-1 to 10-5 is the first-stage fuel cell stack 10-D. It is provided to be able to form a flow path for flowing gas to all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-5 in order.
  • One end of each of the five connection paths 6-K is a branch point to an external discharge path 9-K on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K and the fuel cell stack 10- It is in communication with the unreacted fuel gas circulation path 5-K between it and the outlet of K.
  • Each of the five connection paths 6-K has unreacted fuel gas between the transport section 7-K + 1 and the first two-way valve 12-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It communicates with the circulation path 5-K + 1.
  • the fuel gas or the non-reacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2-5. It is configured not to pass through.
  • the transport units 7-1 to 7-5 are configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through the transport units 7-1 to 7-5 when the transport units 7-1 to 7-5 are not transported. It is done.
  • the fuel cell system 200 of this embodiment includes five fuel gas supply units 2-1 to 2-5, five transport units 7-1 to 7-5, and five first two-way valves 12-1 to 12 A control unit 11 is provided to control the second control valve 5 and the five second two-way valves 13-1 to 13-5.
  • the control unit 11 performs the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 which perform power generation among the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5. Supply the fuel gas supply units 2-2, 2-4, and 2-5 corresponding to. At the same time, the control unit 11 does not supply the fuel gas supply units 2-1 and 2-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 that are not in power generation operation, and the fuel cell stack 10-1 is not in power generation operation. , 10-3 will not be transported.
  • the control unit 11 conveys the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be subjected to the power generation operation.
  • the first two-way valve 12-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be operated and operated for power generation is opened.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be operated by power generation, and the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-E to the outside through the external discharge path 9-E. If not discharged, the reaction is closed, and if the unreacted fuel gas is discharged to the outside, it is opened.
  • the control unit 11 sets the fuel cell stack 10-2 of the three fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 in power generation operation to the first stage. It is assumed that the fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transfer operation for the transfer unit 7-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D), but performs three fuel cell stacks 10-2 and 10- that perform power generation operation.
  • the control unit 11 sequentially controls all other fuel cell stacks 10-4 and 10-5 in which the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) performs power generation operation.
  • the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10-C), through which the unreacted fuel gas flows finally, is the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10- Control to be supplied to C).
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-1 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-4 excluding the fuel cell stack 10-5 (the final stage fuel cell stack 10-C). -Close 13-4.
  • the control unit 11 is a first two-way valve 12-2, corresponding to the fuel cell stacks 10-2 and 10-4 to be operated by power generation, excluding the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C).
  • the first two-way valves 12-1 and 12-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 which are in a closed state and do not perform power generation operation, and the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack
  • the first two-way valve 12-5 corresponding to 10-C) is opened.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (the final stage fuel cell stack 10-C) with the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-5 as the outside.
  • the closed state is established, and when the unreacted fuel gas is discharged to the outside, the open state is established.
  • the first two-way valve 12-1 corresponding to the fuel cell stack 10-1 which is not in the power generation operation may be closed.
  • the reason why the first two-way valve 12-1 may be closed is because the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) to the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10- This is because the first two-way valve 12-1 corresponding to the fuel cell stack 10-1 does not exist in the path of the unreacted fuel gas flowing to C).
  • the transport unit 7-2 does not perform the transport operation, and the first two-way valve 12-2 is in the closed state. Furthermore, the fuel cell stack 10-1 does not generate power. Therefore, the transport unit 7-1 does not perform the transport operation, and the fuel gas supply unit 2-1 does not perform the delivery operation. Thereby, even if the first two-way valve 12-1 is in the open state, the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) is connected via the connection path 6-5. And does not flow through the first two-way valve 12-1. Therefore, in the present embodiment, there is no problem even if the first two-way valve 12-1 corresponding to the fuel cell stack 10-1 not in the power generation operation is closed.
  • the control unit 11 supplies the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) Of the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) is controlled to be greater than the consumption of fuel gas.
  • the control unit 11 is a fuel cell stack 10- to be operated by power generation except for the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) and the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C).
  • the supply amount of fuel gas from the fuel gas supply unit 2-4 corresponding to 4 is controlled as follows.
  • control unit 11 excludes the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) and the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) in the above-described supply amount. Control is performed so that the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stack 10-4 that is operated to generate power becomes equal to the amount consumed.
  • the control unit 11 controls the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10-C) to the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel).
  • the fuel consumption corresponding to the fuel cell stack 10-2 is calculated by adding the consumption amount of the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) to the consumption amount of the fuel gas consumed by the cell stack 10-C). An amount obtained by subtracting the amount of fuel gas supplied from the gas supply unit 2-2 is set.
  • the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10- which are operated by power generation.
  • the average fuel utilization factor Uf of 5 is set to 80%.
  • the second two-way valves 13-1 to 13-5 are all closed, and the first two-way valves 12-2 and 12-4 are closed, and the first two-way valves 12-1, 12-3, 12- 5 is in the open state.
  • the fuel gas supply units 2-1 and 2-3, and the transport units 7-1 and 7-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 that are not in power generation operation do not supply gas but perform power generation operation.
  • the amount of fuel gas at the inlets of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 is 10 L / min.
  • the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 for generating operation is 8 L / min. Therefore, the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10 for generating operation are generated.
  • the amount of unreacted fuel gas discharged from -5 is 2 L / min.
  • fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10) when fuel gas is supplied at 10 L / min in fuel gas supply unit 2-2 of fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D)
  • the unreacted fuel gas discharged from the outlet of -D) is 2 L / min.
  • Unreacted fuel gas passes from the unreacted fuel gas circulation path 5-2 through the connection paths 6-2, 6-3, passes through the unreacted fuel gas circulation path 5-4, and is carried by the transfer unit 7-4 at 2 L / min.
  • the unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply path 3-4 of the fuel cell stack 10-4.
  • the fuel gas supply unit 2-4 supplies 8 L / min of fuel gas.
  • 10 ml / min of fuel gas can be supplied to the fuel cell stack 10-4 in combination with 2 ml / min of unreacted fuel gas.
  • the unreacted fuel gas 2 L / min discharged from the fuel cell stack 10-4 passes through the unreacted fuel gas circulation passage 5-4, passes through the connection passage 6-4, and is supplied to the unreacted fuel gas circulation passage 5-5. Be done.
  • the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 is the same as that of the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10).
  • the amount of unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 is 2 L / min, and the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) can also generate power with Uf80. it can.
  • the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack 10-2 flows sequentially through all the other fuel cell stacks 10-4 and 10-5 that are operated for power generation, and finally the unreacted fuel gas flows.
  • the unreacted fuel gas discharged from the stage fuel cell stack 10-5 is supplied to the final stage fuel cell stack 10-5.
  • the control unit 11 closes the second two-way valves 13-1 to 13-4 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-4 excluding the final stage fuel cell stack 10-5,
  • the first two-way valves 12-2 and 12-4 corresponding to the fuel cell stacks 10-2 and 10-4 in the power generation operation excluding the final-stage fuel cell stack 10-5 are closed.
  • the control unit 11 controls the first two-way valves 12-1 and 12-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 which are not in the power generation operation, and the first two-way valves corresponding to the final stage fuel cell stack 10-5. Open the valve 12-5.
  • the control unit 11 makes the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-5 external to the second two-way valve 13-5 corresponding to the final stage fuel cell stack 10-5 through the external discharge path 9-5. When not discharging, close it, and when discharging unreacted fuel gas to the outside, keep open.
  • the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) is in a closed state during normal power generation. When this is opened, the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) is discharged to the outside.
  • the amount of unreacted fuel gas discharged to the outside is the pressure difference between the gas pressure on the side of the unreacted fuel gas circulation path 5-5 in contact with the second two-way valve 13-5 and the gas pressure on the external side. Affected by In the present embodiment, half of the unreacted fuel gas is discharged to the outside.
  • the control unit 11 opens the second two-way valve 13-5 of the impurity gas at the same time as the discharge amount at the discharge unit 7-5 from 4 L / min. Reduce to 3 L / min, increase the amount supplied by the fuel gas supply unit 2-5 from 6 L / min to 7 L / min, and when the gas is exhausted, the second two-way valve 13-5, the transport unit 7-5 and The fuel gas supply unit 2-5 is controlled to return to the original state.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 200 is calculated when the impurity gas is discharged for 5 minutes every 30 minutes.
  • the fuel utilization rate Ufs of the fuel cell system 200 is increased by 19.3% as the fuel cell system 200 as compared to 80% that is the average fuel utilization rate Uf of the fuel cell stacks 10-2, 10-4, 10-5. .
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 200 is made higher than the fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to increase the power generation efficiency. Can.
  • the fuel cell stack to be generated is operated to be switched based on the power generation time.
  • the power generation time of the plurality of fuel cell stacks 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 and 10-5 can be made substantially uniform.
  • the change over time of the output of the fuel cell system 200 is shown in FIG. 5, and the operating conditions of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are shown as a time chart in FIG.
  • FIG. 5 shows that the number of fuel cell stacks 10-1 to 10-5 to be generated is changed according to the output, and which fuel cell stack is generated at which time.
  • FIG. 6 shows at what time the fuel cell stacks 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 and 10-5 generate power.
  • the fuel cell stack 10-1 constituting the fuel cell system 200 , 10-2, 10-3, 10-4 and 10-5 are equal to 20 hours respectively, and the durability of the fuel cell system 200 can be improved.
  • operation different from that of the first embodiment is performed using the configuration of the fuel cell system 100 of FIG. 1 used in the first embodiment.
  • the fuel cell system 100 includes a plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N, a plurality of fuel gas supply units 2-1 to 2-N, and a plurality of fuel gas supply paths. 3-1 to 3-N and a plurality of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N.
  • the fuel cell system 100 includes a plurality of transport units 7-1 to 7-N, a plurality of first two-way valves 12-1 to 12-N, a plurality of external discharge paths 9-1 to 9-N, and a plurality of The second two-way valve 13-1 to 13-N and the plurality of connection paths 6-1 to 6-N.
  • the plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N each have an inlet to which the fuel gas is supplied and an outlet from which the unreacted fuel gas is discharged, and generate electric power using the fuel gas.
  • a plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N are provided individually corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N, and the fuel cell stacks 10-1 to 10- Supply N with fuel gas.
  • the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N connect the outlets of the fuel gas supply units 2-1 to 2-N and the inlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the plurality of (N) unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N are the outlets of the plurality (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the fuel gas supply path 3-1 to 3- Communicate with N.
  • the plurality (N) of transport units 7-1 to 7-N are individually provided for each of the plurality (N) of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and the unreacted fuel gas is used as a fuel. Transport to the gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the plurality (N) of first two-way valves 12-1 to 12-N are individually provided for each of the plurality (N) of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and The unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N on the upstream side of -1 to 7-N are opened and closed.
  • a plurality of (N) external exhaust paths 9-1 to 9-N are provided to correspond individually to each of the plurality (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N, and a plurality (N) of them are provided.
  • the unreacted fuel gas branched from the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N between the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the first two-way valves 12-1 to 12-N It is a path for discharging the gas to the outside.
  • the second two-way valves 13-1 to 13-N are individually provided for each of the plurality (N) of the external discharge paths 9-1 to 9-N, and open and close the external discharge paths 9-1 to 9-N. Do.
  • connection paths 6-1 to 6-N are discharged from the first-stage fuel cell stack even if any of the plurality (N) of fuel cell stacks 10-1 to 10-N is used as the first-stage fuel cell stack. It is provided so as to form a flow path for flowing the unreacted fuel gas to all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N in order.
  • One end of each connection path 6-K of the plurality (N) is a branch point to the external discharge path 9-K on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K. It communicates with unreacted fuel gas circulation path 5-K between the fuel cell stack 10-K and the outlet.
  • Each connection path 6-K has an unreacted fuel gas circulation path between the transport section 7-K + 1 and the first two-way valve 12-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It communicates with 5-K + 1.
  • the fuel gas or unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2-N. It is configured not to pass through.
  • the transport units 7-1 to 7-N are configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through the transport units 7-1 to 7-N when the transport units 7-1 to 7-N are not transported. It is done.
  • the fuel cell system 100 includes a plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N, a plurality (N) of transport units 7-1 to 7-N, and a plurality (N) Control unit 11 for controlling the (first) two-way valves 12-1 to 12-N and the plurality of (N) second two-way valves 13-1 to 13-N.
  • the control unit 11 operates to supply the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated and operated among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N. At the same time, the control unit 11 does not perform the supply operation of the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack which is not in the power generation operation. The control unit 11 does not carry out the carrying operation of the carrying unit corresponding to the fuel cell stack which is not in the power generation operation.
  • the control unit 11 When only one fuel cell stack 10-E (1 ⁇ E ⁇ N) performs the power generation operation, the control unit 11 causes the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to perform the power generation operation to perform the conveyance operation. .
  • the control unit 11 opens the first two-way valve 12-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be subjected to the power generation operation.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be operated by power generation, and the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-E to the outside through the external discharge path 9-E. If not discharged, the reactor is closed, and if unreacted fuel gas is discharged to the outside, it is opened.
  • control unit 11 sets one of the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be subjected to power generation operation to the first stage It is assumed that the fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transport operation for the transport unit 7-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 carries out the transport operation for the transport unit corresponding to the other fuel cell stacks except the first fuel cell stack 10-D among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N which are operated for power generation Let In the control unit 11, the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack 10-D flows sequentially through all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N for power generation operation, and finally the unreacted fuel gas It controls so that the unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack 10-C through which C. flows is supplied to the final stage fuel cell stack 10-C. The control unit 11 closes the second two-way valve corresponding to the fuel cell stack except for the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 closes the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack to be subjected to the power generation operation excluding the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 opens the first two-way valve corresponding to the fuel cell stack which is not in the power generation operation.
  • the control unit 11 controls the first two-way valve 12-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C, and outputs the unreacted fuel gas of the unreacted fuel gas circulation path 5-C to the outside through the external discharge path 9-C. When not discharging, open it, and when discharging unreacted fuel gas to the outside, close it.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-C corresponding to the final-stage fuel cell stack 10-C with the unreacted fuel gas of the unreacted fuel gas circulation path 5-C externally by the external discharge path 9-C. When not discharging, close it, and when discharging unreacted fuel gas to the outside, keep open.
  • the control unit 11 supplies the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the amount of fuel gas consumed by the first-stage fuel cell stack 10-D is set to be greater than
  • the control unit 11 excludes the first stage fuel cell stack 10-D and the last stage fuel cell stack 10-C, and the fuel gas from the fuel gas supply units 2-1 to 2-N corresponding to the fuel cell stack to be operated.
  • the supply amount of the fuel gas is equal to the consumption amount of the fuel gas consumed by the fuel cell stack operated in the power generation operation excluding the first-stage fuel cell stack 10-D and the last-stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 sets the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to the amount of consumption of fuel gas consumed by the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D is subtracted from the amount of consumption of the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the operation of the fuel cell system 100 when the gas is not discharged to the outside is the same as the operation method of the first embodiment.
  • the impurity gas is most concentrated in the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the impurity gas is most concentrated in the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 opens the second two-way valve 13-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C, and at the same time, the first two-way valve 12-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Is closed to reduce the amount of unloading at the unloading portion 7-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 controls the amount of fuel supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to increase by the amount of the carry-out amount reduced by the carry-out unit 7-C. After the unreacted fuel gas containing it is exhausted to the outside for a certain period of time, the previous switching is reversed.
  • control unit 11 closes the second two-way valve 13-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C, and the first two-way valve 12-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Is opened, and the carry-out amount at the unloading portion 7-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C is increased to the original amount, and the fuel gas supply portion 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Control to reduce the supply amount at the original amount.
  • the entire amount of unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack 10-C is discharged to the outside.
  • the amount is (10 ⁇ (P / 10)) L / min, and the amount of fuel gas supplied to the final stage fuel cell stack 10-C is increased by the amount of gas discharged to the outside.
  • the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is used again as the fuel. Therefore, the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 100 is closer to 100%, and the high fuel utilization factor Ufs is realized without being influenced by the value of the fuel utilization factor Uf of the fuel cell stack, and the power generation efficiency is improved.
  • a high fuel cell system can be provided.
  • Example 2 which is a specific example of the fuel cell system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 7.
  • a block diagram showing the flow of gas when gas is not discharged to the outside is the same as that of Example 1 shown in FIG. It is the same as the block diagram showing the flow of the gas when not discharging the gas to the outside in the fuel cell system 200.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 2 of the second embodiment of the present disclosure.
  • the same components as those of the fuel cell system 200 of the first embodiment are given the same reference numerals, and the redundant description will be omitted.
  • the fuel cell system 200 includes five fuel cell stacks 10-1 to 10-5, five fuel gas supply units 2-1 to 2-5, and five fuel gas supply paths 3-1 to 3-5, five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, five transport units 7-1 to 7-5, and five first two-way valves 12-1 to 12-5 , Five external discharge paths 9-1 to 9-5, five second two-way valves 13-1 to 13-5, and five connection paths 6-1 to 6-5.
  • the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 each have an inlet to which fuel gas is supplied and an outlet from which unreacted fuel gas is discharged, and generate electric power using the fuel gas.
  • the five fuel gas supply units 2-1 to 2-5 are provided individually corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-5, respectively. Supply.
  • the five fuel gas supply paths 3-1 to 3-5 connect the outlets of the fuel gas supply units 2-1 to 2-5 and the inlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5.
  • the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5 connect the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 with the fuel gas supply paths 3-1 to 3-5.
  • the five transport units 7-1 to 7-5 are individually provided for each of the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, and the unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply path 3-1 to 3 Transport to -5.
  • the five first two-way valves 12-1 to 12-5 are individually provided in each of the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, and are more than the transport units 7-1 to 7-5.
  • the upstream unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5 are opened and closed.
  • the five external discharge paths 9-1 to 9-5 are provided to correspond to the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 respectively, and the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are provided. It is a path branched from the unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-5 between the outlet of the fuel cell 5 and the first two-way valve 12-1 to 12-5, and the unreacted fuel gas is externally output. It is a route to discharge.
  • Five second two-way valves 13-1 to 13-5 are provided individually for each of the five external discharge paths 9-1 to 9-5, and open and close the external discharge paths 9-1 to 9-5.
  • connection paths 6-1 to 6-5 regardless of which fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are used as the first-stage fuel cell stack, all unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are provided so that flow paths can be formed in order.
  • Each connection path 6-K of the five connection paths has one end connected to a branch point to the external exhaust path 9-K on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K. It communicates with unreacted fuel gas circulation path 5-K between the fuel cell stack 10-K and the outlet.
  • Each connection path 6-K has an unreacted fuel gas circulation path between the transport section 7-K + 1 and the first two-way valve 12-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It communicates with 5-K + 1.
  • the fuel gas or the non-reacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2- It is configured not to pass 5.
  • the transport units 7-1 to 7-5 prevent the fuel gas or the unreacted fuel gas from passing through the transport units 7-1 to 7-5 when the transport units 7-1 to 7-5 do not perform the transport operation. It is configured.
  • the fuel cell system 200 of this embodiment includes five fuel gas supply units 2-1 to 2-5, five transport units 7-1 to 7-5, and five first two-way valves 12-1 to 12 A control unit 11 is provided to control the second control valve 5 and the five second two-way valves 13-1 to 13-5.
  • the control unit 11 selects the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 which perform power generation among the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5
  • the corresponding fuel gas supply units 2-2, 2-4, and 2-5 are supplied.
  • the control unit 11 does not supply the fuel gas supply units 2-1 and 2-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 that are not in the power generation operation, and the fuel cell stack 10-1 does not perform the power generation operation. , 10-3 will not be transported.
  • the control unit 11 When only one fuel cell stack 10-E (1 ⁇ E ⁇ 5) performs the power generation operation, the control unit 11 causes the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to perform the power generation operation to perform the conveyance operation. .
  • the control unit 11 opens the first two-way valve 12-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be subjected to the power generation operation.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be operated by power generation, and the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-E to the outside through the external discharge path 9-E. If not discharged, the reactor is closed, and if unreacted fuel gas is discharged to the outside, it is opened.
  • the control unit 11 is the first-stage fuel cell stack of the fuel cell stack 10-2 among the three fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 that are generating power. It is assumed to be 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transfer operation for the transfer unit 7-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D), but performs three fuel cell stacks 10-2 and 10- that perform power generation operation.
  • the control unit 11 controls all other fuel cell stacks 10-4 and 10-5 in which the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) performs power generation operation.
  • the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) finally flowing the unreacted fuel gas flows into the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10).
  • the control unit 11 controls the second two-way valves 13-1 to 13-4 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-4 excluding the fuel cell stack 10-5 (the final stage fuel cell stack 10-C).
  • the control unit 11 opens the first two-way valves 12-1 and 12-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 which are not in the power generation operation, and the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack
  • the first two-way valve 12-5 corresponding to 10-C) is opened when the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 5-5 is not discharged to the outside through the external discharge passage 9-5. When discharging the reaction fuel gas to the outside, it is closed.
  • the control unit 11 controls the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (the final stage fuel cell stack 10-C) with the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-5 as the outside.
  • the closed state is established, and when the unreacted fuel gas is discharged to the outside, the open state is established.
  • the first two-way valve 12-1 corresponding to the fuel cell stack 10-1 which is not in the power generation operation may be closed.
  • the reason why the first two-way valve 12-1 may be closed is the same as the reason why the first two-way valve 12-1 may be closed as described in the first embodiment.
  • the control unit 11 supplies the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D). Of the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) is greater than the consumption of fuel gas.
  • the control unit 11 is a fuel cell stack 10- to be operated by power generation except for the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) and the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C).
  • the supply amount of fuel gas from the fuel gas supply unit 2-4 corresponding to 4 is controlled as follows.
  • the control unit 11 excludes the fuel cell stack 10-2 (first stage fuel cell stack 10-D) and the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) in the above-described supply amount.
  • the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stack 10-4 that is operated for power generation is made the same amount.
  • the control unit 11 consumes the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-5 corresponding to the final stage fuel cell stack 10-5 with the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10-C) Corresponding to the fuel cell stack 10-2 (first-stage fuel cell stack 10-D) by adding the consumption of the fuel cell stack 10-2 (first-stage fuel cell stack 10-D) to the consumption of the fuel gas An amount obtained by subtracting the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-2 is set.
  • the operation of the fuel cell system when the gas is not discharged to the outside is the same as the operation method with reference to FIG. 2 of the first embodiment.
  • the fuel cell stacks to be generated are 10-2, 10-4 and 10-5
  • the fuel cell stacks 10-2 is a first stage fuel cell stack
  • fuel cell stack 10-5 is a final stage fuel cell stack.
  • the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to be generated is set to 80%.
  • the second two-way valves 13-1 to 13-5 are all closed, and the first two-way valves 12-2 and 12-4 are closed, and the first two-way valves 12-1, 12-3, 12- 5 is in the open state.
  • No fuel is supplied by the fuel gas supply units 2-1, 2-3 and the transport units 7-1, 7-2, 7-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1, 10-3.
  • the amount of fuel gas at the inlet of 2, 10-4, 10-5 is 10 L / min.
  • the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-2, 10-4, 10-5 is 8 L / min, the fuel cells are discharged from the fuel cell stacks 10-2, 10-4, 10-5.
  • the amount of unreacted fuel gas is 2 L / min.
  • the amounts of fuel gas supplied by the fuel gas supply units 2-2, 2-4 and 2-5 are 10 L / min and 8 L, respectively.
  • / Min and 6 L / min and the amounts of unreacted fuel gas transported by the transport units 7-2, 7-4 and 7-5 are 0 L / min, 2 L / min and 4 L / min, respectively.
  • the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) is in a closed state during normal power generation. When this is opened, the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) is discharged to the outside. At the same time, the first two-way valve 12-5 is switched from the open state to the closed state.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system is 19.5% higher.
  • the gas having the highest concentration of the impurity gas is completely discharged without being returned to the unreacted fuel gas circulation path 5-5. Therefore, the impurity gas can be discharged in a short time.
  • the amount of unreacted fuel gas discharged simultaneously with the discharge of the impurity gas can be small, the fuel utilization factor Ufs can be kept higher than the operation method of the first embodiment, and the power generation efficiency is further improved.
  • FIG. 8 is a block diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the first two-way valve The configuration is shown in which 12-1 to 12-N and second two-way valves 13-1 to 13-N are replaced with three-way valves 14-1 to 14-N.
  • the three-way valves 14-1 to 14-N function to switch between the first state, the second state, and the third state.
  • an unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5 which causes the unreacted fuel gas discharged from the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to flow to the transport units 7-1 to 7-N.
  • -N is open, the outlets for flowing the unreacted fuel gas from the three-way valves 14-1 to 14-N to the external discharge paths 9-1 to 9-N are closed. That is, although the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N connecting the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the transport units 7-1 to 7-N are open, the three-way valve The outlets of the external discharge paths 9-1 to 9-N of 14-1 to 14-N are in a closed state.
  • the unreacted fuel gas discharged from the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is open to the external discharge paths 9-1 to 9-N, but the unreacted fuel gas is open.
  • the outlets for flowing gas from the three-way valves 14-1 to 14-N to the transport units 7-1 to 7-N are in a closed state. That is, although the paths connecting the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the external discharge paths 9-1 to 9-N are open, the transport unit 7 of the three-way valves 14-1 to 14-N is open.
  • the outlets on the -1 to 7-N side are in a closed state.
  • Both N and paths for flowing unreacted fuel gas discharged from the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to the external discharge paths 9-1 to 9-N are in a closed state. That is, unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N connecting the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N and the transport units 7-1 to 7-N and the three-way valves 14-1 to 14 Both of the outlets of the external discharge paths 9-1 to 9-N on the side of -N are closed.
  • the fuel cell system 300 of FIG. 8 includes fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • FIG. 8 the same components as those of the fuel cell systems 100 and 200 shown in FIGS. 1 to 7 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
  • the fuel cell system 300 includes a plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N, a plurality of fuel gas supply units 2-1 to 2-N, and a plurality of fuel gas supply paths. 3-1 to 3-N, a plurality of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, a plurality of transport units 7-1 to 7-N, and a plurality of external discharge paths 9-1 to 9- N, a plurality of three-way valves 14-1 to 14-N, and a plurality of connection paths 6-1 to 6-N.
  • the plurality of (N) fuel cell stacks 10-1 to 10-N each have an inlet to which the fuel gas is supplied and an outlet from which the unreacted fuel gas is discharged, and generate electric power using the fuel gas.
  • a plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N are provided individually corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N, and the fuel cell stacks 10-1 to 10- Supply N with fuel gas.
  • the plurality of (N) fuel gas supply paths 3-1 to 3-N connect the outlets of the fuel gas supply units 2-1 to 2-N and the inlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the plurality of (N) unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N connect the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N with the fuel gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the plurality (N) of transport units 7-1 to 7-N are individually provided for each of the plurality (N) of unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N, and the unreacted fuel gas is used as a fuel. Transport to the gas supply paths 3-1 to 3-N.
  • the plurality (N) of the external discharge paths 9-1 to 9-N are paths branched from the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N on the upstream side of the transport units 7-1 to 7-N. It is a path for discharging unreacted fuel gas to the outside.
  • a plurality (N) of three-way valves three-way valves 14-E (1 ⁇ E ⁇ N) are disposed at branch points where the external discharge path 9-E branches from the unreacted fuel gas circulation path 5-E, Switch between the 1 state, the second state and the third state.
  • each three-way valve 14-E has the function of opening and closing the unreacted fuel gas circulation passage 5-E, and the unreacted fuel gas from the unreacted fuel gas circulation passage 5-E to the external discharge passage 9-E. It also has a function to switch between permitting or prohibiting the flow out. That is, the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E is allowed to flow to the transport unit 7-E.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-E is open, but the unreacted fuel gas is The outlet from the valve 14-E to the external discharge path 9-E is closed. That is, although the unreacted fuel gas circulation path 5-E connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the transport section 7-E is open, the side of the external discharge path 9-E of the three-way valve 14-E is The outlet is closed.
  • the passage for flowing the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to the external discharge passage 9-E is open, but the unreacted fuel gas is discharged from the three-way valve 14-E.
  • the outlet flowing to the transport unit 7-E is closed. That is, although the path connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the external discharge path 9-E is open, the outlet on the transport unit 7-E side of the three-way valve 14-E is blocked.
  • the third state is the unreacted fuel gas circulation path 5-E for flowing the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to the transport unit 7-E, and the outlet of the fuel cell stack 10-E Both of the paths for flowing the unreacted fuel gas discharged from the exhaust gas to the external discharge path 9-E are blocked. That is, both the unreacted fuel gas circulation path 5-E connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the transport unit 7-E and the outlet on the external discharge path 9-E side of the three-way valve 14-E It is closed.
  • a plurality of (N) connection paths 6-1 to 6-N are used to control unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack regardless of which fuel cell stack 10-1 to 10-N is the first-stage fuel cell stack. It is provided so as to be able to form a flow path which flows in order to all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • Each connection path 6-K of the plurality (N) of connection paths has one end connected to the external exhaust path 9-K on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K. It is in communication with the unreacted fuel gas circulation path 5-K between the branch point (three-way valve 14-K) and the outlet of the fuel cell stack 10-K.
  • Each connection path 6-K has an unreacted fuel gas circulation path 5-K + 1 between the transfer portion 7-K + 1 and the three-way valve 14-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It communicates with
  • the fuel gas or unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2-N. It is configured not to pass N.
  • the transport units 7-1 to 7-N prevent the fuel gas or unreacted fuel gas from passing through the transport units 7-1 to 7-N when the transport units 7-1 to 7-N are not transported. It is configured.
  • the fuel cell system 300 includes a plurality of (N) fuel gas supply units 2-1 to 2-N, a plurality (N) of transport units 7-1 to 7-N, and a plurality of (N) Control unit 11 for controlling the three-way valves 14-1 to 14-N).
  • the control unit 11 operates to supply the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated and operated among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N. At the same time, the control unit 11 does not supply the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack not performing the power generation operation, and does not perform the conveyance operation corresponding to the fuel cell stack not performing the power generation operation.
  • the control unit 11 When only one fuel cell stack 10-E (1 ⁇ E ⁇ N) performs the power generation operation, the control unit 11 causes the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to perform the power generation operation to perform the conveyance operation. .
  • the control unit 11 does not discharge the non-reacted fuel gas of the non-reacted fuel gas circulation path 5-E to the outside through the external discharge path 9-E for the three-way valve 14-E corresponding to the fuel cell stack 10-E that is generating and operating.
  • the second state is established.
  • control unit 11 sets one of the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be subjected to power generation operation to the first stage It is assumed that the fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transfer operation for the transfer unit 7-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D, and among the plurality of fuel cell stacks 10-1 to 10-N performing the power generation operation, the first stage fuel cell
  • the transport unit corresponding to the other fuel cell stack except the stack 10-D is transported.
  • the unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack 10-D flows sequentially through all the other fuel cell stacks 10-1 to 10-N for power generation operation, and finally the unreacted fuel gas It controls so that the unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack 10-C through which C. flows is supplied to the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 controls the three-way valves 14-1 to 14-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N not generating power, the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N, and the transfer unit 7-1.
  • the control unit 11 has an unreacted fuel gas circulation path connecting the outlet of the fuel cell stack and the transport unit, with the three-way valve corresponding to the fuel cell stack operated for power generation excluding the final stage fuel cell stack 10-C, In the third state, both of the outlets on the external discharge path side of the three-way valve are closed.
  • the three-way valve 14-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C Perform the following control.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-C connecting the outlet of the fuel cell stack 10-C and the transport part 7-C is open, the control part 11 opens the external discharge path 9- of the three-way valve 14-C.
  • the outlet on the C side is in the closed first state.
  • the controller 11 controls the outlet of the fuel cell stack 10-C and the external discharge path 9-C. And the outlet on the side of the transfer unit 7-C of the three-way valve 14-C is closed in the second state.
  • the fuel cell system 300 performs the following operation when operating.
  • the control unit 11 determines the optimal number of fuel cell stacks in accordance with the amount of power generation.
  • the control unit 11 supplies a predetermined amount of gas at the fuel gas supply units 2-1 to 2-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power.
  • the control unit 11 controls the fuel gas supply units 7-1 to 7-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N not generating power to stop the gas.
  • the control unit 11 determines the first-stage fuel cell stack among the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power.
  • the control unit 11 is the most downstream fuel cell stack 10 when unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack 10-D flows sequentially to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that generate electric power.
  • Let -C be the final stage fuel cell stack.
  • the control unit 11 controls the final stage fuel cell stack 10-C when the unreacted fuel gas is not discharged to the outside through the external discharge path 9-C, and the three-way valve corresponding to the fuel cell stack not generating power in the first state. Make it The control unit 11 controls the three-way valve of the fuel cell stack to be generated to be in the third state except for the final-stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 removes the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit corresponding to the fuel cell stack to be generated excluding the first-stage fuel cell stack 10-D and the last-stage fuel cell stack 10-C. , Make the same amount of fuel gas consumed by each fuel cell stack.
  • the control unit 11 makes the supply amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D larger than the consumption amount of fuel gas of the first stage fuel cell stack 10-D.
  • the control unit 11 sets the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to the amount of fuel gas consumed by the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the amount of fuel gas consumed in the first-stage fuel cell stack 10-D is added, and the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first-stage fuel cell stack 10-D To control.
  • control unit 11 includes the transport unit 7-D corresponding to the first-stage fuel cell stack 10-D and the transport units 7-1 to 7-N corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-N not generating power. Do not allow the transport operation.
  • the control unit 11 controls, among the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power, the transport unit corresponding to the fuel cell stack except the first stage fuel cell stack 10-D and the last stage fuel cell stack 10-C. Do. That is, the control unit 11 uses the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first-stage fuel cell stack 10-D by the transfer unit, the fuel consumed by the first-stage fuel cell stack 10-D. Control is performed to convey the amount obtained by subtracting the amount of gas.
  • the control unit 11 determines the amount of fuel gas supplied by the transfer unit 7-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C from the fuel gas supply unit 2-D corresponding to the first stage fuel cell stack 10-D. Control is performed so as to transport an amount larger than the amount obtained by subtracting the amount of fuel gas consumed by the first-stage fuel cell stack 10-D.
  • the first-stage fuel cell stack 10-D By performing control in this manner, the first-stage fuel cell stack 10-D generates power by supplying only pure fuel gas. Unreacted fuel gas discharged from all the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that generate power is supplied to the fuel gas supply path 3-D of the first stage fuel cell stack 10-D by the transport units 7-1 to 7-N. Except for the fuel cell stacks 10-1 to 10-N that generate electric power.
  • the transport portions 7-1 to 7-N are connected to the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N by connection flow paths 6-1 to 6-N, and generate other fuel cell stacks 10-1 to generate power.
  • the transport units 7-1 to 7-N are installed in the 10-N unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-N. The unreacted fuel gas is used to generate other fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the control unit 11 corresponds to the non-reacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-E generating power with the fuel cell stack 10-E generating power It is controlled to be supplied to the fuel gas supply path 3-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be generated through the unreacted fuel gas circulation path 5-E.
  • the control unit 11 supplies a larger amount of fuel gas than the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stack 10-E that generates electric power.
  • the control unit 11 generates fuel from the amount supplied from the fuel gas supply unit 2-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be generated to the transport unit 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be generated. The amount obtained by subtracting the amount of fuel gas consumed by the cell stack 10-E is transported.
  • the control unit 11 controls the three-way valve 14-E to be in the first state when the unreacted fuel gas is not discharged to the outside through the external discharge path 9-E.
  • 1 ⁇ E ⁇ N it is assumed that 1 ⁇ E ⁇ N.
  • the amount of fuel gas at the inlet portion of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is 10 L / min
  • the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks in the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is P In%
  • the amount of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is (P / 10) L / min. Therefore, the amount of unreacted fuel gas at the outlet portion of the fuel cell stacks 10-1 to 10-N is 10- (P / 10) L / min.
  • the fuel gas supply unit As in the first embodiment, in the first-stage fuel cell stack 10-D among the fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power, there is no unreacted fuel gas supplied, so the fuel gas supply unit The amount supplied by 2-D is 10 L / min.
  • the fuel gas supply unit of the fuel cell stack excluding the first-stage fuel cell stack 10-D and the last-stage fuel cell stack 10-C is each fuel cell stack Supply the amount of fuel gas consumed by the Therefore, the amount supplied by the fuel gas supply unit is (P / 10) L / min.
  • the amount supplied by the final stage fuel gas supply unit 2-C is the sum of the fuel gas consumption of the first stage fuel cell stack 10-D and the fuel gas consumption of the final stage fuel cell stack 10-C.
  • the number of fuel cell stacks 10-1 to 10-N to generate power is Q when no impurity gas discharge operation is performed, all fuel cell stacks 10-1 to 10-N to be generated are supplied
  • the control unit 11 switches the three-way valve 14-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C from the first state to the second state, and at the same time, the discharge unit corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Reduce the export amount at 7-C.
  • the control unit 11 controls the amount of fuel supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C to be increased by the amount of the amount of discharge reduced by the unit 7-C. After discharging the unreacted fuel gas containing the impurities to the outside for a certain time, the control unit 11 restores the above-mentioned switching.
  • control unit 11 changes the three-way valve 14-C corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C from the second state to the first state, and the discharge unit 7 corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C. Increase the export amount at -C to the original amount.
  • the control unit 11 controls the amount of fuel supplied by the fuel gas supply unit 2-C corresponding to the final-stage fuel cell stack 10-C to be reduced to the original amount.
  • the entire amount of unreacted fuel gas discharged from the final stage fuel cell stack 10-C is discharged to the outside.
  • the amount is (10 ⁇ (P / 10)) L / min, and the amount of fuel gas supplied to the final stage fuel cell stack 10-C is increased by the amount of gas discharged to the outside. Therefore, the fuel gas supply amount of the entire fuel cell system 300 also increases by the amount of the gas discharged to the outside.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 300 is close to 100%, and a high fuel utilization factor Ufs is realized without being influenced by the value of the fuel utilization factor Uf of the fuel cell stack, and fuel with high power generation efficiency
  • a battery system can be provided.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the flow of gas when the gas is not discharged to the outside in the fuel cell system of Example 3 of the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 3 of the third embodiment of the present disclosure.
  • the fuel cell system 400 of the third embodiment includes five fuel cell stacks 10-1 to 10-5, five fuel gas supply units 2-1 to 2-5, and five fuel gas supply paths 3-1 to 3-5, five unreacted fuel gas circulation routes 5-1 to 5-5, five transport units 7-1 to 7-5, five external discharge routes 9-1 to 9-5, and 5 Three three-way valves 14-1 to 14-5 and five connection paths 6-1 to 6-5.
  • the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5 each have an inlet to which fuel gas is supplied and an outlet from which unreacted fuel gas is discharged, and generate electric power using the fuel gas.
  • the five fuel gas supply units 2-1 to 2-5 are provided individually corresponding to the fuel cell stacks 10-1 to 10-5, respectively. Supply.
  • the five fuel gas supply paths 3-1 to 3-5 connect the outlets of the fuel gas supply units 2-1 to 2-5 and the inlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5.
  • the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5 connect the outlets of the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 with the fuel gas supply paths 3-1 to 3-5.
  • the five transport units 7-1 to 7-5 are individually provided for each of the five unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, and the unreacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply path 3-1 to 3 Transport to -5.
  • the five external discharge paths 9-1 to 9-5 are paths branched from the unreacted fuel gas circulation path 5-1 to 5-5 on the upstream side of the transport units 7-1 to 7-5, and are not yet completed. It is a path for discharging the reaction fuel gas to the outside.
  • the five three-way valves 14-1 to 14-5 are disposed at branch points where the external discharge paths 9-1 to 9-5 branch from the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 to 5-5, and the unreacted three-way valves 14-1 to 14-5 are not reacted.
  • Each three-way valve 14-E (1 ⁇ E ⁇ 5) of the five switches the first state, the second state, and the third state.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-E which causes the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to flow to the transport unit 7-E is open, but the unreacted fuel gas is open.
  • the outlet that flows from the three-way valve 14-E to the external discharge path 9-E is in a closed state. That is, although the unreacted fuel gas circulation path 5-E connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the transport section 7-E is open, the side of the external discharge path 9-E of the three-way valve 14-E is The outlet is in a closed state.
  • the passage for flowing the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to the external discharge passage 9-E is open, but the unreacted fuel gas is discharged from the three-way valve 14-E.
  • the outlet flowing to the transport unit 7-E is in a closed state. That is, although the path connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the external discharge path 9-E is open, the outlet on the transfer unit 7-E side of the three-way valve 14-E is blocked. is there.
  • the third state is the unreacted fuel gas circulation path 5-E for flowing the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to the transport unit 7-E, and the outlet of the fuel cell stack 10-E In the state in which both of the paths for flowing the unreacted fuel gas discharged from the exhaust gas to the external discharge path 9-E are blocked. That is, both the unreacted fuel gas circulation path 5-E connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the transport unit 7-E and the outlet on the external discharge path 9-E side of the three-way valve 14-E It is in the closed state.
  • connection paths 6-1 to 6-5 regardless of which fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are used as the first-stage fuel cell stack, all unreacted fuel gas discharged from the first-stage fuel cell stack
  • the fuel cell stacks 10-1 to 10-5 are provided so that flow paths can be formed in order.
  • Each of the five connection paths 6-K has one end connected to a branch point (three-way valve 14) to the external discharge path 9-K on the unreacted fuel gas circulation path 5-K corresponding to the fuel cell stack 10-K. It communicates with the unreacted fuel gas circulation path 5-K between the fuel cell stack 10-K and the outlet of the fuel cell stack 10-K.
  • Each connection path 6-K has an unreacted fuel gas circulation path 5-K + 1 between the transfer portion 7-K + 1 and the three-way valve 14-K + 1 whose other end corresponds to the fuel cell stack 10-K + 1 of the next stage. It communicates with
  • the fuel gas or the non-reacted fuel gas is supplied to the fuel gas supply units 2-1 to 2- It is configured not to pass 5.
  • the transport units 7-1 to 7-5 are configured such that fuel gas or unreacted fuel gas can not pass through the transport units 7-1 to 7-5 when the transport units 7-1 to 7-5 are not transported. It is done.
  • the fuel cell system 400 of the third embodiment includes five fuel gas supply units 2-1 to 2-5, five transport units 7-1 to 7-5, and five three-way valves 14-1 to 14-5. And a control unit 11 that controls the
  • this control unit 11 performs the fuel cell stacks 10-2, 10-4, 10- in which the power generation operation is performed among the five fuel cell stacks 10-1 to 10-5.
  • the fuel gas supply units 2-2, 2-4 and 2-5 corresponding to 5 are operated to supply.
  • the control unit 11 does not supply the fuel gas supply units 2-1 and 2-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 that are not in the power generation operation, and the fuel cell stack 10-1 does not perform the power generation operation. , 10-3 will not be transported.
  • the control unit 11 conveys the conveyance portion 7-E corresponding to the fuel cell stack 10-E to be subjected to the power generation operation. Make it work.
  • the control unit 11 does not discharge the non-reacted fuel gas of the non-reacted fuel gas circulation path 5-E to the outside through the external discharge path 9-E for the three-way valve 14-E corresponding to the fuel cell stack 10-E that is generating and operating. Sometimes it is in the first state.
  • the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E is flowed to the transport unit 7-E.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-E is open, but the unreacted fuel is open.
  • the outlet for flowing the gas from the three-way valve 14-E to the external discharge path 9-E is in a closed state. That is, although the unreacted fuel gas circulation path 5-E connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the transport unit 7-E is open, the side of the external discharge path 9-E of the three-way valve 14-E is The outlet is in a closed state.
  • control unit 11 When the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation path 5-E is discharged to the outside through the external discharge path 9-E, the control unit 11 performs control such that the second state described below is achieved.
  • the passage for flowing the unreacted fuel gas discharged from the outlet of the fuel cell stack 10-E to the external discharge passage 9-E is open, but the unreacted fuel gas is discharged from the three-way valve 14-E.
  • the outlet flowing to the transport unit 7-E is in a closed state. That is, although the path connecting the outlet of the fuel cell stack 10-E and the external discharge path 9-E is open, the outlet on the transport unit 7-E side of the three-way valve 14-E is blocked. is there.
  • the control unit 11 is the first-stage fuel cell stack of the fuel cell stacks 10-4 in the three fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 that are operated for power generation. It is assumed to be 10-D.
  • the control unit 11 does not perform the transport operation on the transport unit 7-4 corresponding to the fuel cell stack 10-4 (first stage fuel cell stack 10-D).
  • the control unit 11 controls the fuel other than the fuel cell stack 10-4 (the first-stage fuel cell stack 10-D) among the three fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 that perform power generation operation.
  • the transport units 7-2 and 7-5 corresponding to the battery stacks 10-2 and 10-5 are transported.
  • the control unit 11 controls all other fuel cell stacks 10-2 and 10-5 where the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-4 (first stage fuel cell stack 10-D) performs power generation operation. Control is performed so that the cell stack 10-5 and the fuel cell stack 10-2 flow in order.
  • the control unit 11 further controls the fuel cell stack 10-2 (final stage) to have the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-2 (final stage fuel cell stack 10-C) finally flowing the unreacted fuel gas. It is controlled to be supplied to the fuel cell stack 10-C).
  • the control unit 11 sets the three-way valves 14-1 and 14-3 corresponding to the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 which are not in the power generation operation to the first state.
  • the unreacted fuel gas circulation paths 5-1 and 5-3 connecting the outlets of the fuel cell stacks 10-1 and 10-3 and the transport units 7-1 and 7-3 are opened.
  • the outlets on the side of the external discharge paths 9-1 and 9-3 of the three-way valves 14-1 and 14-3 are in a closed state.
  • the control unit 11 excludes the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell stack 10-C), and corresponds to the three-way valve 14-4, 14-5 corresponding to the fuel cell stacks 10-4, 10-5 to be operated by power generation.
  • the third state In the third state, unreacted fuel gas circulation paths 5-4 and 5-5 connecting the outlets of the fuel cell stacks 10-4 and 10-5 and the transport units 7-4 and 7-5, and the three-way valve 14 Both of the outlets of the external discharge paths 9-4 and 9-5 on the side of -4 and 14-5 are closed.
  • the control unit 11 controls the three-way valve 14-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (the final-stage fuel cell stack 10-C) and the unreacted fuel gas in the unreacted fuel gas circulation passage 5-2 to the external discharge passage 9
  • the first state is set.
  • the unreacted fuel gas circulation path 5-2 connecting the outlet of the fuel cell stack 10-2 and the transport unit 7-2 is open, but the external discharge path 9 of the three-way valve 14-2 is open.
  • the outlet on the -2 side is closed.
  • the controller 11 controls the outlet of the fuel cell stack 10-2 and the external discharge path 9-2 In the second state, the connection path is open, but the outlet of the three-way valve 14-2 on the side of the transfer unit 7-2 is closed.
  • the three-way valve 14-3 corresponding to the fuel cell stack 10-3 which is not in a power generation operation is an unreacted fuel gas circulation path 5-3 connecting the outlet of the fuel cell stack 10-3 and the transport unit 7-3. It may be in the third state in which both the outlet of the three-way valve 14-3 and the outlet on the external discharge path 9-3 are closed.
  • the reason why the three-way valve 14-3 may be in the third state is because the fuel cell stack 10-4 (first stage fuel cell stack 10-D) to the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell stack 10-C)
  • the three-way valve 14-3 corresponding to the fuel cell stack 10-3 does not exist in the path of the unreacted fuel gas flowing to.
  • the three-way valve 14-1 As for the three-way valve 14-1 corresponding to the other fuel cell stack 10-1 not generating power, fuel cell stack 10-4 (first stage fuel cell stack 10-D) to fuel cell stack 10-2 (last stage fuel) Since the three-way valve 14-1 exists in the path of the unreacted fuel gas flowing to the cell stack 10-C), the three-way valve 14-1 needs to be in the first state.
  • the transport unit 7-4 does not carry out the transport operation, and the three-way valve 14-4 is in the third state.
  • the fuel cell stack 10-3 does not generate power.
  • the transport unit 7-3 does not perform the transport operation, and the fuel gas supply unit 2-3 does not perform the delivery operation.
  • the three-way valve 14-3 is in the first state, the unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell stack 10-C) is connected to the connection path 6-2 and It does not flow through the three-way valve 14-3. Therefore, in the present embodiment, there is no problem even if the three-way valve 14-3 corresponding to the fuel cell stack 10-3 which is not in the power generation operation is in the third state.
  • the first stage fuel is The fuel cell stack 10-D is a fuel cell stack 10-4
  • the final fuel cell stack 10-C is a fuel cell stack 10-2.
  • the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 is 80%.
  • the three-way valves 14-4 and 14-5 are in the third state, and the three-way valves 14-1, 14-2 and 14-3 are in the first state.
  • the fuel gas supply units 2-1, 2-3 and the transport units 7-1, 7-3, 7-4 corresponding to the fuel cell stacks 10-1, 10-3 do not supply gas.
  • the amounts of fuel gas at the inlets of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 are 5 L / min, 10 L / min and 10 L / min, respectively.
  • the amounts of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 are 4 L / min, 8 L / min and 8 L / min, respectively.
  • the amounts of unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 are 1 L / min, 2 L / min and 2 L / min, respectively.
  • the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply unit is 2 L / min, 10 L / min and 8 L / min, respectively,
  • the amounts of unreacted fuel gas are 3 L / min, 0 L / min and 2 L / min, respectively.
  • the three-way valve 14-2 corresponding to the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell stack 10-C) is in the first state during normal power generation. In the second state, unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell stack 10-C) is discharged to the outside, and the fuel cell stack 10-2 (last stage fuel cell) The unreacted fuel gas discharged from the stack 10-C) is completely discharged to the outside. Therefore, the amount discharged to the outside is 1 L / min.
  • the fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system is 19.5% higher, and a fuel cell system with high power generation efficiency is obtained. Can.
  • the fuel cell system 400 can be operated without making the power generation amount of the fuel cell stack to generate the same.
  • FIG. 11 is a block diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows the fuel cell system 100 shown in FIG. 1 provided with a voltage detector 15 for detecting the generated voltage of all the fuel cell stacks 10-1 to 10-N.
  • the same components as those of the fuel cell systems 100 and 200 shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
  • the timing for discharging impurity gas to the outside is determined by the value of the generated voltage of the final-stage fuel cell stack 10-C in the fuel cell stacks 10-1 to 10-N performing the power generation operation. Use the driving method.
  • the controller 11 closes the second two-way valves 13-1 to 13-N until the power generation voltage of the final-stage fuel cell stack 10-C decreases to a predetermined voltage value.
  • the control unit 11 detects that the power generation voltage of the final stage fuel cell stack 10-C has dropped to a predetermined voltage value or less by the voltage detector 15, the second two-way valve corresponding to the final stage fuel cell stack 10-C Control to open 13-C.
  • control unit 11 switches the first two-way valve 12-C to increase the flow rate of the fuel gas supply unit 2-C.
  • the method of reducing the flow rate of the transport unit 7-C is the same as that of the first embodiment and the second embodiment.
  • the timing at which the impurity gas is discharged is determined based on the power generation voltage of the final-stage fuel cell stack 10-C in which the impurity gas concentration is the highest and the fuel gas concentration is the lowest.
  • the impurity gas can be discharged at a timing when the impurity concentration is high without causing a shortage of the fuel gas. Therefore, even during long power generation operation, deterioration of the fuel cell stack can be prevented while maintaining high output, fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 500 can be increased, and power generation efficiency of the fuel cell system 500 can be improved.
  • the power generation voltage value of the final-stage fuel cell stack 10-C may be used, or the final-stage fuel cell immediately after the discharge of the impurity gas It is also possible to use a voltage value that is reduced by a fixed ratio from the generated voltage value of the stack 10-C. Also, the voltage value of a specific single cell stack in the final-stage fuel cell stack 10-C, for example, the voltage value of the single cell located farthest from the gas inlet, which is considered to be the least accessible for gas You may use.
  • Example 4 a fourth embodiment which is a specific example of the fuel cell system according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 12 and FIG.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the flow of gas when the gas is not discharged to the outside in the fuel cell system of Example 4 of the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the flow of gas when discharging the gas to the outside in the fuel cell system of Example 4 of the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the fourth embodiment shows an example where the amount of power generation of the fuel cell stack 10-2 to be the first-stage fuel cell stack 10-D is half of that of the other fuel cell stacks 10-4 and 10-5.
  • the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 are generated in the fuel cell stacks 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 and 10-5.
  • the fuel cell stack 10-2 is a first-stage fuel cell stack 10-D
  • the fuel cell stack 10-5 is a final-stage fuel cell stack 10-C.
  • the control unit 11 When the voltage value at the time of power generation of the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) becomes 60 V or less, the control unit 11 is instructed to discharge the impurity gas to the outside.
  • the average fuel utilization factor Uf of the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to generate power is set to 80%.
  • the fuel cell stacks 10-2 and 10-4 that generate power other than the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C)
  • the corresponding first two-way valves 12-2 and 12-4 are closed, and the other first two-way valves 12-1, 12-3 and 12-5 are opened.
  • the transport units 7-1, 7-2, 7-3 corresponding to the stacks 10-1, 10-3 do not supply gas.
  • the amounts of fuel gas at the inlets of the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 that generate electric power are 5 L / min, 10 L / min, and 10 L / min, respectively.
  • the amounts of fuel gas consumed by the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to generate power are 4 L / min, 8 L / min and 8 L / min, respectively.
  • the amounts of unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to generate power become 1 L / min, 2 L / min and 2 L / min, respectively.
  • the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply units 2-2, 2-4, 2-5 corresponding to the fuel cell stacks 10-2, 10-4, 10-5 to generate power is 5 L / min in order, It will be 9 L / min and 6 L / min.
  • the amounts of unreacted fuel gas transported by the transport units 7-2, 7-4 and 7-5 corresponding to the fuel cell stacks 10-2, 10-4 and 10-5 to generate power are 0 L / min and 1 L / min, respectively. min, 4 L / min.
  • the first-stage fuel cell stack 10-D fuel cell stack 10-2
  • the last-stage fuel cell stack 10 in the fuel cell stacks 10-2, 10-4, and 10-5 which are operated by power generation.
  • the fuel gas supply amount of the fuel cell stack 10-4 to be the middle stage fuel cell stack excluding C is as follows.
  • the amount of fuel gas supplied from the fuel cell stack 10-4 is set to 9 L / min, which is higher than the amount of fuel gas consumed 8 L / min, in order to prevent the fuel utilization factor Uf of the fuel cell stack from being greater than Uf80.
  • the increase of the fuel gas supply amount of 1 L / min is supplied to the fuel cell stack (fuel cell stack 10-5) of the next stage as unreacted fuel gas. Therefore, the fuel supply amount of the fuel cell system (fuel cell stack 10-5) of the next stage is reduced by 1 L / min to 6 L / min to adjust the fuel gas supply amount of the entire fuel cell system. Thereby, the average fuel utilization factor Ufs of the fuel cell system 600 can be increased.
  • the control unit 11 discharges the impurity gas to the outside when the voltage value at the time of power generation of the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10-C) that is sent becomes 60 V or less. That is, the control unit 11 switches the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (the final stage fuel cell stack 10-C) from the closed state to the open state, and the fuel cell stack 10- 5. Exhaust the unreacted fuel gas discharged from 5 (last stage fuel cell stack 10-C) to the outside. At the same time, the control unit 11 switches the first two-way valve 12-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C) from the open state to the closed state.
  • the control unit 11 simultaneously switches the first two-way valve 12-5 and the second two-way valve 13-5 corresponding to the fuel cell stack 10-5 (final stage fuel cell stack 10-C). 10-5 (last stage fuel cell stack 10-C)
  • the unreacted fuel gas of the fuel cell stack is combined with the fuel gas from the fuel gas supply source and then supplied to the other fuel cell stack.
  • the present invention is useful as a fuel cell system or the like that generates electric power by supplying fuel gas to a plurality of fuel cell stacks.

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Abstract

燃料電池システム（１００）は、燃料ガス供給部（２－１～２－Ｎ）と燃料電池スタック（１０－１～１０－Ｎ）とを接続する燃料ガス供給経路（３－１～３－Ｎ）と、搬送部（７－１～７－Ｎ）の上流側に第１二方弁（１２－１～１２－Ｎ）を有する未反応燃料ガス循環経路（５－１～５－Ｎ）とを備えている。燃料電池システム（１００）は、第２二方弁（１３－１～１３－Ｎ）を有する外部排出経路（９－１～９－Ｎ）と、いずれの燃料電池スタック（１０－１～１０－Ｎ）を初段燃料電池スタックとしても、初段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック（１０－１～１０－Ｎ）に順番に流すように設けられた接続経路（６－１～６－Ｎ）と、制御部（１１）とを備える。

Description

燃料電池システム
　本開示は、複数の燃料電池スタックに燃料ガスを供給して発電する燃料電池システムに関する。
　電解質層を燃料極と空気極とで挟持してセル（単電池）を構成し、燃料極に燃料として水素を含む燃料ガスを、空気極に酸素を含む空気を、それぞれ供給すると、電気化学反応により、電気エネルギーが得られる。１個の単電池で得られる発生電圧は１Ｖ未満であることが多いため、実用の燃料電池では、単電池を積層して、高い電圧を得ている。
　また近年、燃料電池システムは、一般家庭用途だけでなく、車載、および、業務用途としても用いられるようになっており、車載および業務用途では、一般家庭用途の燃料電池システムよりも、より高出力化が求められている。
　高出力を実現するために、単電池を積層して構成した燃料電池スタックを、複数個、並列して構成しているものが、一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００－４０５１８号公報
　本開示は、未反応燃料ガスを無駄に排出せず、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを向上でき、高い発電効率で運転できる燃料電池システムを提供するものである。
　本開示の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックと、複数の燃料ガス供給部と、複数の燃料ガス供給経路と、複数の未反応燃料ガス循環経路と、複数の搬送部と、複数の第１二方弁と、複数の外部排出経路と、複数の第２二方弁と、複数の接続経路と、を備えている。
　複数の燃料電池スタックそれぞれは、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　複数の燃料ガス供給部それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数の燃料電池スタックそれぞれに燃料ガスを供給する。
　複数の燃料ガス供給経路それぞれは、複数の燃料ガス供給部それぞれの出口と、複数の燃料電池スタックそれぞれの入口とを接続する。
　複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口と、複数の燃料ガス供給経路それぞれとを連通させる。
　複数の搬送部それぞれは、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを複数の燃料ガス供給経路それぞれに搬送する。
　複数の第１二方弁それぞれは、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、複数の搬送部それぞれよりも上流側の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれを開閉する。
　複数の外部排出経路それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口と複数の第１二方弁それぞれとの間で、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれから分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出する。
　複数の第２二方弁それぞれは、複数の外部排出経路それぞれに個別に設けられ、複数の外部排出経路それぞれを開閉する。
　複数の接続経路それぞれは、一端が、複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれの、複数の外部排出経路それぞれへの分岐点と、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口との間の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通する。複数の接続経路それぞれは、他端が、次の段の複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する、複数の搬送部それぞれと複数の第１二方弁それぞれとの間の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通する。
　複数の燃料ガス供給部それぞれは、供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、複数の燃料ガス供給部それぞれを通過できないように構成されている。
　複数の搬送部それぞれは、搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、複数の搬送部それぞれを通過できないように構成されている。
　このような構成によれば、未反応燃料ガスを無駄に排出せず、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを向上でき、高い発電効率で運転できる燃料電池システムを提供することができる。
図１は、本開示の第１の実施の形態および第２の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。 図２は、本開示の第１の実施の形態の実施例１および第２の実施の形態の実施例２の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。 図３は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。 図４は、本開示の第１の実施の形態の実施例１における、燃料電池システムの経過時間と要求負荷との関係を示した特性図である。 図５は、本開示の第１の実施の形態の実施例１における燃料電池システムにおいて、発電動作している燃料電池スタックの経過時間による状況を、図４の特性図に合わせて示した説明図である。 図６は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおいて、各燃料電池スタックの発電状況を示したタイムチャートである。 図７は、本開示の第２の実施の形態の実施例２の燃料電池システムにおいて、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。 図８は、本開示の第３の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。 図９は、本開示の第３の実施の形態の実施例３の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。 図１０は、本開示の第３の実施の形態の実施例３の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。 図１１は、本開示の第４の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。 図１２は、本開示の第４の実施の形態の実施例４の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。 図１３は、本開示の第４の実施の形態の実施例４の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。 図１４は、従来の燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
　（本開示の基礎となる知見）
　図１４は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムのブロック図である。
　図１４に示すように、従来の燃料電池システム７００は、燃料ガス供給源１に接続された、複数の燃料ガス供給経路３－１～３－３と、複数の燃料ガス流量調整弁８－１～８－３と、複数の燃料電池スタック１０－１～１０－３とで構成されている。
　複数の燃料ガス流量調整弁８－１～８－３は、それぞれ、複数の燃料ガス供給経路３－１～３－３に、燃料ガスの流量が調整可能なように設けられている。
　複数の燃料電池スタック１０－１～１０－３は、それぞれ、燃料ガス供給経路３－１～３－３から燃料ガスが供給されて発電し、未反応燃料ガスを未反応燃料ガス排出経路４－１～４－３に排出する。
　従来の燃料電池システム７００は、複数の燃料電池スタック１０－１～１０－３が並列に接続されて構成されている。燃料ガス供給源１から燃料ガス供給経路３－１～３－３を流通した燃料ガスが、燃料ガス流量調整弁８－１～８－３にて流量調整されてから燃料電池スタック１０－１～１０－３へ供給され、燃料電池スタック１０－１～１０－３で使用されなかった燃料ガスは、未反応燃料ガス排出経路４－１～４－３を経由して、燃料電池システム７００外へ排出される。
　特許文献１に開示された従来の燃料電池システム７００は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－３を並列に接続した構成とすることで、高出力を得ることができる。
　一般に、燃料電池システムでは、燃料電池スタックの信頼性を守るために、発電に必要な燃料ガス量よりも、１割から２割程度多い量の燃料ガスを燃料電池スタックへ供給して、燃料電池スタック内の燃料ガス欠乏を防ぐ必要がある。
　ここで、燃料電池スタックの平均燃料利用率Ｕｆは、以下の（数１）で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓは、以下の（数２）で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　しかしながら、特許文献１に開示された従来の燃料電池システム７００では、燃料電池システム７００の燃料利用率Ｕｆｓは、燃料電池スタック１０－１～１０－３の平均燃料利用率Ｕｆと同一の値しか得られない。
　また、燃料電池スタック１０－１～１０－３の平均燃料利用率Ｕｆを高く設定し過ぎると、燃料電池スタック１０－１～１０－３の燃料出口付近での燃料ガス欠乏が生じ、燃料電池スタック１０－１～１０－３の信頼性を保つことが難しい。
　そのため、燃料電池システム７００の燃料利用率Ｕｆｓは、燃料電池スタック１０－１～１０－３の信頼性を守れる範囲での値しか設定できない。そのため、所定量以上の燃料ガスを、未反応燃料ガスとして燃料電池システム７００外へ排出することとなり、高い発電効率で燃料電池システム７００を運転できないという問題を有している。
　本開示は、上述したような知見に基づいてなされたものである。
　（本開示の態様の一例）
　本開示の第１の態様の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックと、複数の燃料ガス供給部と、複数の燃料ガス供給経路と、複数の未反応燃料ガス循環経路と、複数の搬送部と、複数の第１二方弁と、複数の外部排出経路と、複数の第２二方弁と、複数の接続経路と、を備えている。
　複数の燃料電池スタックそれぞれは、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　複数の燃料ガス供給部それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数の燃料電池スタックそれぞれに燃料ガスを供給する。
　複数の燃料ガス供給経路それぞれは、複数の燃料ガス供給部それぞれの出口と、複数の燃料電池スタックそれぞれの入口とを接続する。
　複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口と、複数の燃料ガス供給経路とを連通させる。
　複数の搬送部それぞれは、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを複数の燃料ガス供給経路それぞれに搬送する。
　複数の第１二方弁それぞれは、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、複数の搬送部それぞれよりも上流側の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれを開閉する。
　複数の外部排出経路それぞれは、複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口と複数の第１二方弁それぞれとの間で、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれから分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出する。
　複数の第２二方弁それぞれは、複数の外部排出経路それぞれに個別に設けられ、複数の外部排出経路それぞれを開閉する。
　複数の接続経路それぞれは、一端が、複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれの、複数の外部排出経路それぞれへの分岐点と、複数の燃料電池スタックそれぞれの出口との間の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通する。複数の接続経路それぞれは、その他端が、次の段の複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する、複数の搬送部それぞれと複数の第１二方弁それぞれとの間の、複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通する。
　複数の燃料ガス供給部それぞれは、供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、複数の燃料ガス供給部それぞれを通過できないように構成されている。
　複数の搬送部それぞれは、搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、複数の搬送部それぞれを通過できないように構成されている。
　このような構成において、下記のような動作を行わせてもよい。
　要求される発電量が、１台の燃料電池スタックで賄える発電量であって、１台の燃料電池スタックのみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させると共に、発電運転する燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させる。そして、発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態にする（または、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする）。そして、発電運転する燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　また、要求される発電量が、１台の燃料電池スタックでは賄えず、要求される発電量に応じて、複数台の燃料電池スタックが発電運転する場合は、発電運転する複数台の燃料電池スタックの中のいずれか一つを初段燃料電池スタックとする。そして、初段燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させず、発電運転する複数台の燃料電池スタックの中で、初段燃料電池スタックを除いた他の燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させる。また、発電運転する全ての燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部には供給動作させる。また、初段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタックを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタックに供給されるようにするために、最終段燃料電池スタックを除いた燃料電池スタックに対応する第２二方弁を閉状態とし、最終段燃料電池スタックを除いた発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁を閉状態とする。また、発電運転しない燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態とし、最終段燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態とする（または、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする）。そして、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　上記構成の燃料電池システムを、以上のように動作させると、１台の燃料電池スタックのみが発電運転する場合には、発電運転する燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。そして、周期的に未反応燃料ガスを外部へ排出することができる。
　また、２台の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する２台の燃料電池スタックの中の初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電し、発電運転する２台の燃料電池スタックの中の最終段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。この未反応燃料ガスは、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックとから排出された未反応燃料ガスである。そして、周期的に最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　また、３台以上の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電する。発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックとを除いた中段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。ここで未反応燃料ガスは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の最終段燃料電池スタックは、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。ここで、未反応燃料ガスは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。そして、周期的に最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　これによって、発電量に合わせて、適切な数の燃料電池スタックを選択して発電させ、発電用に選択した燃料電池スタックの中で、消費されなかった未反応燃料ガスを利用しながら発電させることができる。
　また、高発電量運転時には高出力を得ると共に、未反応燃料ガスを発電に利用することができ、高効率発電が可能となる。また、発電量に合わせた適切な数の燃料電池スタックを連結させて、未反応燃料ガスを発電に利用することができ、低発電量運転においても、高い発電効率と安定した発電が可能となる。
　また、発電用に選択した燃料電池スタックの中の、未反応燃料ガスの流れの最も下流側に位置する最終段燃料電池スタックでは、排出された未反応燃料ガスを、最終段燃料電池スタックの入口へ循環させて発電させ、さらに周期的に不純物を含有した未反応燃料ガスを外部へ排出することができる。
　この不純物は、各々の燃料電池スタックで燃料ガス中へ混じる。このため、上流から下流へ向けて徐々に不純物の濃度が上昇し、最下流の最終段燃料電池スタックにおいて最も高い濃度の不純物が存在する。
　したがって、最下流側に位置する最終段燃料電池スタックで、周期的に不純物を含有した未反応燃料ガスを外部に排出することにより、最小量の未反応燃料ガスで最大量の不純物を排出することができる。
　また、燃料電池システムの中で、最も不純物濃度が高い箇所（最終段燃料電池スタック）の未反応燃料ガスを外部に排出することができる。
　このようにして、燃料電池システムとして排出する未反応燃料ガス量を低減し、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを高め、高い発電効率で燃料電池システムを運転することができる。
　また、第１の態様によれば、発電量に合わせて、適切な数の燃料電池スタックを選択して発電させ、発電用に選択した燃料電池スタックの中で、消費されなかった未反応燃料ガスを利用しながら発電させることができる。
　本開示の第１の態様の燃料電池システムによれば、発電量に合わせた適切な数の燃料電池スタックを直列に連結させて、未反応燃料ガスを発電に利用することにより、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを燃料電池スタックの平均燃料利用率Ｕｆとは独立して高めることが可能となる。
　また、外部へ排出する未反応燃料ガスの量を低減して、燃料電池システムで使用する燃料ガス利用率を高くできるので、高い発電効率で燃料電池システムを運転することが可能となる。
　さらに、発電量に合わせて任意の数の燃料電池スタックを発電したり、各燃料電池スタックの発電時間が均等になるように制御して燃料電池システムを運転したり、任意の燃料電池スタックを最下流の燃料電池スタックとしてガスを流す。
　これにより、電圧の低下してきた燃料電池スタックを燃料ガス濃度の高い上段で発電させるよう制御して燃料電池システムを運転できる。
　これより、燃料電池スタックの耐久性を伸ばし、燃料電池システムとしての耐久性も向上させることが可能となる。
　本開示の第２の態様は、さらに、以下の構成であってもよい。
　燃料電池システムは、第１の態様に加えて、複数の燃料ガス供給部と、複数の搬送部と、複数の第１二方弁と、複数の第２二方弁とを制御する制御部をさらに備えている。
　制御部は、複数の燃料電池スタックの中で、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させる。
　制御部は、複数の燃料電池スタックの中で、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させない。
　制御部は、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の搬送部のうち、一または複数の搬送部を搬送動作させない。
　制御部は、発電運転する一または複数の燃料電池スタックが１台の場合は、発電運転する燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させる。制御部は、発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態にする。制御部は、発電運転する燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合は、制御部は、発電運転する複数の燃料電池スタックの中の、いずれか一つを初段燃料電池スタックとし、初段燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させない。
　制御部は、発電運転する複数の燃料電池スタックの中で、初段燃料電池スタックを除いた、他の燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させる。制御部は、初段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、他の発電運転する燃料電池スタックすべてを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタックに供給されるように制御する。制御部は、複数の燃料電池スタックのうち、最終段燃料電池スタックを除いた燃料電池スタックに対応する第２二方弁を閉状態とする。制御部は、最終段燃料電池スタックを除いた、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する第１二方弁を閉状態とし、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する第１二方弁と、最終段燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態とする。制御部は、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを、外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　上記構成において、１台の燃料電池スタックのみが発電運転する場合には、発電運転する燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。
　そして、周期的（または一時的）に、発電運転する燃料電池スタックに対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第２二方弁が開状態になっている間に、未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　また、２台の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する２台の燃料電池スタックの中の、初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電する。発電運転する２台の燃料電池スタックの中の、最終段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。ここで未反応燃料ガスは、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。
　そして、周期的（または一時的）に、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第２二方弁が開状態になっている間に、最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　また、３台以上の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の、初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電する。発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックとを除いた中段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。ここで、未反応燃料ガスは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。そして、発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の、最終段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。ここで、未反応燃料ガスとは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。
　そして、周期的（または一時的）に、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第２二方弁が開状態になっている間に、最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　本構成により、低発電量運転時には、発電量に合わせた適切な数の任意の燃料電池スタックを連結させて、未反応燃料ガスを発電に利用することができる。
　１台の燃料電池スタックのみを発電させる場合は、発電する燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを再び循環し、発電に利用する。
　複数台の燃料電池スタックを発電させる場合は、初段以外の発電する燃料電池スタックでは、各燃料電池スタックの燃料ガス供給部から供給される燃料ガスに加えて、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを発電に利用する。最終段燃料電池スタックでは、燃料ガス供給部から供給される燃料ガスと、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスに加えて、さらに最終段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを循環して発電に利用する。
　初段から最終段の燃料電池スタックにかけて不純物ガスが徐々に混入し、最下流である最終段燃料電池スタックでは、不純物ガスが最高濃度となる。最終段燃料電池スタックの、不純物ガスの混じった未反応燃料ガスを排出するときには、大量の不純物ガスの排出と少量の未反応燃料ガスの排出とを行うことで、低発電量運転においても、高い発電効率が得られる。また、発電台数を減らすことで安定した発電ができる。
　また、発電量に合わせて任意の燃料電池スタックを発電させることができるので、各燃料電池スタックの発電時間が均等になるように制御して燃料電池システムを運転したり、任意に、初段または最終段の燃料電池スタックを決定することができる。
　これにより、電圧が低下してきた燃料電池スタックを、燃料濃度の低い最終段燃料電池スタックにしないように運転させ、燃料電池スタックの耐久性を伸ばすことができる。
　また、未反応燃料ガスを外部へ排出するために周期的（または一時的）に開状態になる第２二方弁に対応する第１二方弁は、第２二方弁が開状態になっている間も開状態を維持する。これにより、第２二方弁が開状態になっている間は、閉状態になる場合に比べて、二方弁としての寿命が長くなる。
　また、本開示の第３の態様は、さらに以下の構成であってもよい。
　燃料電池システムは、第１の態様に加えて、複数の燃料ガス供給部と、複数の搬送部と、複数の第１二方弁と、複数の第２二方弁とを制御する制御部をさらに備えている。
　制御部は、複数の燃料電池スタックの中で、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させる。
　制御部は、複数の燃料電池スタックの中で、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させない。制御部は、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、複数の搬送部のうち、一または複数の搬送部を搬送動作させない。
　制御部は、発電運転する一または複数の燃料電池スタックが１台の場合は、発電運転する燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させ、発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを、外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする。制御部は、発電運転する燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを、外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　制御部は、発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合は、発電運転する複数の燃料電池スタックの中の、いずれか一つを初段燃料電池スタックとし、初段燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させない。制御部は、発電運転する複数の燃料電池スタックの中で、初段燃料電池スタックを除いた、他の燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させる。制御部は、初段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、他の発電運転する燃料電池スタックすべてを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタックに供給されるように制御する。制御部は、発電運転する複数の燃料電池スタックのうち、最終段燃料電池スタックを除いた燃料電池スタックに対応する第２二方弁を閉状態とし、最終段燃料電池スタックを除いた、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する第１二方弁を閉状態とする。制御部は、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態とする。制御部は、最終段燃料電池スタックに対応する第１二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを、外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする。制御部は、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁を、未反応燃料ガス循環経路の未反応燃料ガスを外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　このような構成によれば、１台の燃料電池スタックのみが発電運転する場合には、発電運転する燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。
　そして、周期的（または一時的）に、発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁が開状態から閉状態になると共に、対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第１二方弁が閉状態で第２二方弁が開状態になっている間に、未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　また、２台の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する２台の燃料電池スタックの中の初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電し、発電運転する２台の燃料電池スタックの中の最終段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。未反応燃料ガスは、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。
　そして、周期的（または一時的）に、最終段燃料電池スタックに対応する第１二方弁が開状態から閉状態になると共に、対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第１二方弁が閉状態で第２二方弁が開状態になっている間に、最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　また、３台以上の燃料電池スタックが発電運転する場合には、発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の初段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスを用いて発電する。発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックとを除いた中段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。未反応燃料ガスは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。発電運転する３台以上の燃料電池スタックの中の最終段燃料電池スタックが、燃料ガス供給部から供給された燃料ガスと、搬送部により未反応燃料ガス循環経路を経て燃料ガス供給経路に搬送された未反応燃料ガスとを用いて発電する。未反応燃料ガスは、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスである。
　そして、周期的（または一時的）に、最終段燃料電池スタックに対応する第１二方弁が開状態から閉状態になると共に、対応する第２二方弁が閉状態から開状態になって、第１二方弁が閉状態で第２二方弁が開状態になっている間に、最終段燃料電池スタックから排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　本構成により、低発電量運転時には、発電量に合わせた適切な数の任意の燃料電池スタックを連結させて、未反応燃料ガスを発電に利用することができる。
　１台の燃料電池スタックのみを発電させる場合は、発電する燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを再び循環し、発電に利用する。
　複数台の燃料電池スタックを発電させる場合は、初段以外の、発電する燃料電池スタックでは、各燃料電池スタックの燃料ガス供給部から供給される供給される燃料ガスに加えて、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを発電に利用する。そして、最終段燃料電池スタックでは、燃料ガス供給部から供給される燃料ガスと、発電運転する燃料電池スタックの中の上流側に隣接する前段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスとに加えて、さらに最終段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを循環して発電に利用する。
　初段から最終段の燃料電池スタックにかけて不純物ガスが徐々に混入し、最下流である最終段燃料電池スタックでは、不純物ガスが最高濃度となる。最終段燃料電池スタックの、不純物ガスの混じった未反応燃料ガスを排出するときには、大量の不純物ガスの排出と、少量の未反応燃料ガスの排出とを行うことで、低発電量運転においても、高い発電効率が得られる。また、発電台数を減らすことで安定した発電ができる。
　また、発電量に合わせて任意の燃料電池スタックを発電させることができる。よって、各燃料電池スタックの発電時間が均等になるように制御して燃料電池システムを運転したり、任意に初段または最終段の燃料電池スタックを決定することができる。
　これにより、電圧が低下してきた燃料電池スタックを、燃料濃度の低い最終段燃料電池スタックにしないように運転させ、燃料電池スタックの耐久性を伸ばすことができる。
　また、未反応燃料ガスを外部へ排出する第２二方弁が開状態になっている間は、対応する第１二方弁が閉状態になっているので、燃料電池システムの中で、最も不純物濃度が高い箇所の未反応燃料ガスを、効率良く外部に排出することが可能となる。これにより、短時間かつ最小量で未反応燃料ガスの排出ができ、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを最大限に高め、燃料電池システムの発電効率を上げることが可能となる。
　本開示の第４の態様は、以下の構成であってもよい。
　制御部は、発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合に、初段燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量よりも多くする。制御部は、初段燃料電池スタックおよび最終段燃料電池スタックを除いた、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタックと最終段燃料電池スタックとを除いた、発電運転する一または複数の燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量と同量にする。
　制御部は、最終段燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を、最終段燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量に、初段燃料電池スタックの消費量を足し算して、初段燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を減算した量とする。
　このような構成によれば、複数台の燃料電池スタックが発電運転して、発電する燃料電池スタックそれぞれの発電量が異なる場合であっても、初段と最終段の燃料電池スタックとを除いた中段燃料電池スタックに供給する燃料ガスの量は、各中段燃料電池スタックの燃料ガス消費量と同量でよい。よって、簡単に供給量を決定することができる。
　一方で、初段燃料電池スタックに供給する燃料ガスの量を、初段燃料電池スタックの燃料ガス消費量よりも多くすれば、各燃料電池スタックの燃料利用率Ｕｆは下がるので安定した運転ができる。
　また、最終段燃料電池スタックに供給する燃料ガスの量は、最終段燃料電池スタックの燃料ガス消費量から初段燃料電池スタックに過剰に供給した燃料ガスの量、すなわち、初段燃料電池スタックに供給した燃料ガス供給量から初段燃料電池スタックの燃料ガス消費量を減算した燃料ガスの量を減算して供給する。これにより、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを高めることができ、燃料電池システムの発電効率を高めることが可能となる。
　本開示の第５の態様は、以下の構成であってもよい。
　燃料電池システムは、第１の態様から第４の態様までのいずれかの態様に加えて、さらに、複数の燃料電池スタックの発電電圧を検知する電圧検知器を備えている。
　制御部は、最終段燃料電池スタックの発電電圧が所定電圧値に低下するまでは、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁を閉状態とする。
　制御部は、最終段燃料電池スタックの発電電圧が所定電圧値以下に低下したことを電圧検知器によって検知すると、最終段燃料電池スタックに対応する第２二方弁を開く。
　このような構成により、長時間の運転においても、高出力を保ちながら、燃料電池スタックの劣化を防ぎ、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓを高め、燃料電池システムの発電効率を高めることができる。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、これらの実施の形態によって、本開示が限定されるものではない。
　（第１の実施の形態）
　図１は、本開示の第１の実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。
　図１に示すように、第１の実施の形態の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎと、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎと、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、搬送部７－１～７－Ｎと、接続経路６－１～６－Ｎと、第１ニ方弁１２－１～１２－Ｎと、第２二方弁１３－１～１３－Ｎと、外部排出経路９－１～９－Ｎと、制御部１１とで構成されている。Ｎは２以上の整数である。
　ここで、複数の同一要素について付与された符号について説明しておく。例えば、燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－Ｎの場合は、符号のハイフン（－）の次の１，２，Ｎは同一要素を互いに区別するために付与されたものであり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の燃料電池スタックがある場合に、その燃料電池スタックの通し番号を表している。他の構成要素、例えば、燃料ガス供給部、および燃料ガス供給経路についても同様である。
　また、複数の同一要素を連続的に記載する符号について説明しておく。例えば、燃料電池スタック１０－１～１０－３と記載した場合は、燃料電池スタック１０－１、燃料電池スタック１０－２、および燃料電池スタック１０－３を全て指し示していることを意味する。他の構成要素についても同様である。
　燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎは、所定の圧力の供給圧を有する燃料ガスインフラから、燃料ガスを、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎへそれぞれ供給する配管経路である。燃料ガスとしては水素ガスが利用され、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎ上に、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎがそれぞれ設置されている。
　燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、流量計とガスを送るポンプとによって構成されており、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎのポンプは、燃料ガスを昇圧して、それぞれ、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎを介して、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎへ燃料ガスを供給する。
　燃料ガス供給部２－１～２－Ｎの流量計は、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎの燃料ガスの流量を計測し、過不足があれば、制御部１１へ流量情報を返す。制御部１１の指示で、ポンプの能力値を制御され、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎの燃料ガス量が調整される。
　制御部１１は、制御機能を有するものであれば、その構成は、特に制限されないが、本実施の形態では、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を用いる。記憶部としては、メモリーを用いる。メモリーに記憶された制御プログラムが、演算処理部で実行されることで、制御部の機能が実現される。
　燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎは、燃料ガスと、酸化ガス供給器（図示せず）により供給される酸化ガスとを用いて発電する。燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの燃料電池の方式は、特に制限されないが、本実施の形態では、固体高分子型燃料電池を用いる。
　未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは、未反応燃料ガスが排出される燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口を一端（上流端）とし、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎとの合流部を他端（下流端）として、未反応燃料ガスを、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口から入口に運ぶ配管経路である。未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎ上には、未反応燃料ガスを送るための搬送部７－１～７－Ｎが設けられている。
　搬送部７－１～７－Ｎは、流量計とガスを送るポンプとによって構成されており、搬送部７－１～７－Ｎのポンプは、未反応燃料ガスを昇圧して、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎへ供給する。
　搬送部７－１～７－Ｎの流量計は、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎの未反応燃料ガスの流量を計測し、過不足があれば、制御部１１へ流量情報を返す。制御部１１の指示で、ポンプの能力値が制御され、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎの搬送部７－１～７－Ｎを通過する未反応燃料ガスの流量が調整される。
　接続経路６－１～６－Ｎは、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、その未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと隣り合う、一つ番号の大きな燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎとを接続する配管経路である。ここで、隣接する未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎ同士は、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎにおける搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の経路において、接続経路６－１～６－Ｎによって接続される。
　つまり、接続経路６－Ｋ（Ｋは、１≦Ｋ≦Ｎ－１の全ての整数）は、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋと、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１とを接続する。ただし、接続経路６－Ｎは、未反応燃料ガス循環経路５－Ｎと未反応燃料ガス循環経路５－１とを接続する。
　隣接する未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎ同士が、接続経路６－１～６－Ｎによって上記のように接続されることによって、搬送部７－１～７－Ｎと、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎとが、交互に、順番に連接された環状の経路が形成される。
　第１ニ方弁１２－１～１２－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎを開閉するための二方弁である。なお、第１二方弁１２－１～１２－Ｎは、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと接続経路６－１～６－Ｎとの分岐点と、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、一つ上段の燃料電池スタックに対応する接続経路６－１～６－Ｎとの分岐点との間に配置される。つまり、第１ニ方弁１２－１～１２－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎの一部と、接続経路６－１～６－Ｎとによって、環状に連接されている。
　燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と第１二方弁１２－１～１２－Ｎとの間に、外部へ未反応燃料ガスを排出するための外部排出経路９－１～９－Ｎが設けられている。外部排出経路９－１～９－Ｎは、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎにおける、接続経路６－１～６－Ｎと共に環状の経路を形成する部分から分岐している。外部排出経路９－１～９－Ｎ上に、外部排出経路９－１～９－Ｎを開閉するための第２二方弁１３－１～１３－Ｎが設けられている。
　つまり、接続経路６－Ｋは、一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋの、外部排出経路９－Ｋへの分岐点と、燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通する。そして、接続経路６－Ｋは、他端が、燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する、搬送部７－Ｋ＋１と第１二方弁１２－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　ただし、接続経路６－Ｎは、一端が、燃料電池スタック１０－Ｎに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｎの、外部排出経路９－Ｎへの分岐点と、燃料電池スタック１０－Ｎの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｎに連通する。そして、接続経路６－Ｎは、他端が、燃料電池スタック１０－１に対応する、搬送部７－１と第１二方弁１２－１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－１に連通する。
　本実施の形態の燃料電池システム１００は、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスが排出される出口とを有している。
　燃料電池システム１００は、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎと、複数の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数の燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎと、複数の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、複数の搬送部７－１～７－Ｎと、複数の第１二方弁１２－１～１２－Ｎと、複数の外部排出経路９－１～９－Ｎと、複数の第２二方弁１３－１～１３－Ｎと、複数の接続経路６－Ｋ（６－１～６－Ｎ）と、を備える。
　燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎは、燃料ガスを用いて発電する。
　複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに燃料ガスを供給する。
　複数（Ｎ個）の燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎは、複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎの出口と、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの入口とを接続する。
　複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎとを連通させる。
　複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎは、複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎそれぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎに搬送する。
　複数（Ｎ個）の第１二方弁１２－１～１２－Ｎは、複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎそれぞれに個別に設けられ、搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎを開閉する。
　複数（Ｎ個）の外部排出経路９－１～９－Ｎは、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎにそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と第１二方弁１２－１～１２－Ｎとの間で、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから分岐する経路であり、未反応燃料ガスを未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから外部に排出する。
　複数（Ｎ個）の第２二方弁１３－１～１３－Ｎは、複数（Ｎ個）の外部排出経路９－１～９－Ｎのそれぞれに個別に設けられ、外部排出経路９－１～９－Ｎを開閉する。
　複数（Ｎ個）の接続経路６－Ｋ（６－１～６－Ｎ）は、いずれの燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを初段燃料電池スタック１０－Ｄとしても、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに順番に流す流路を形成することができるように、設けられている。複数（Ｎ個）の接続経路６－Ｋ（６－１～６－Ｎ）は、一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の外部排出経路９－Ｋへの分岐点と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通している。複数（Ｎ個）の接続経路６－Ｋ（６－１～６－Ｎ）は、他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と第１二方弁１２－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通している。
　燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを供給動作させない時に、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを通過できないように構成されている。
　搬送部７－１～７－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎを搬送動作させない時に、未反応燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、搬送部７－１～７－Ｎを通過できないように構成されている。
　本実施の形態の燃料電池システム１００は、制御部１１を備える。制御部１１は、複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎと、複数（Ｎ個）の第１二方弁１２－１～１２－Ｎと、複数（Ｎ個）の第２二方弁１３－１～１３－Ｎとを制御する。
　制御部１１は、複数の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、発電運転する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させる。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させず、発電運転しない燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させないように構成されている。
　制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦Ｎ）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させ、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第１二方弁１２－Ｅを開状態にする。
　制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第２二方弁１３－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にするように構成されている。
　制御部１１は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが発電運転する場合は、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中のいずれか一つを初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。
　制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する搬送部７－Ｄについては搬送動作させず、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄを除いた、他の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎ（１０－Ｄ除く）に対応する搬送部７－１～７－Ｎ（７－Ｄ除く）については搬送動作させる。
　制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給されるように制御する。
　具体的には、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎ（１０－Ｃ除く）に対応する第２二方弁１３－１～１３－Ｎ（１３－Ｃ除く）を閉状態とする。
　制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎ（１０－Ｃ除く）に対応する第１二方弁１２－１～１２－Ｎ（１２－Ｃ除く）を閉状態とし、発電運転しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する第１二方弁１２－１～１２－Ｎ、および、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第１二方弁１２－Ｃを開状態とする。
　制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｃの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｃによって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　制御部１１は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが発電運転する場合は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄからの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費される燃料ガスの消費量よりも多くするように制御する。
　制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する燃料ガス供給部２－１～２－Ｎからの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで消費する燃料ガスの消費量と同量に制御する。
　制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃからの燃料ガスの供給量を、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで消費する燃料ガスの消費量に、初段燃料電池スタック１０－Ｄの消費量を足し算して、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄからの燃料ガスの供給量を減算した量とするよう制御する。
　以上のように構成された、第１の実施の形態の燃料電池システム１００について、以下、その動作、および作用を説明する。
　燃料電池システム１００が発電運転を行うとき、制御部１１の制御によって、燃料電池システム１００は、次のような動作を行う。
　まず、要求される発電量に合わせて、発電動作させるべき最適な燃料電池スタック数が決められる。
　制御部１１は、発電動作させる燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部には、燃料ガスを所定供給量で供給動作させる。制御部１１は、発電動作させない燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部に、燃料ガスの供給動作をさせない（燃料ガスを燃料ガス供給部で止める）よう制御する。
　例えば、少なくとも２台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで発電する場合は、まず、制御部１１は、発電動作させる燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄを決める。
　発電動作させる燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎと、そのうちの初段燃料電池スタック１０－Ｄとが決まると、最終段燃料電池スタック１０－Ｃが、次のように決まる。
　初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出される未反応燃料ガスを、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに順番に流した時に、最下流になる燃料電池スタックが、最終段燃料電池スタック１０－Ｃとなる。ここで、１≦Ｄ≦Ｎ、１≦Ｃ≦Ｎとする。
　このとき、第２二方弁１３－１～１３－Ｎは、全て閉状態となり、発電しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する第１二方弁１２－１～１２－Ｎと、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第１二方弁１２－Ｃとは開状態となる。発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する第１二方弁１２－１～１２－Ｎは、閉じるように制御部１１により制御される。
　次に、制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部で供給する燃料ガスの供給量を、それぞれの燃料電池スタックで消費される燃料ガスの量と同量にする。
　制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガスの消費量よりも多くする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃで供給する燃料ガスの供給量が、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで消費される燃料ガスの量に、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費する燃料ガスの量を加算した量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄでの燃料ガス供給量を減算した量となるように制御する。
　制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する搬送部７－Ｄと、発電しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する搬送部７－１～７－Ｎとには搬送動作をさせない。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する搬送部７－１～７－Ｎに、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費される燃料ガスの量を減算した量を搬送させる。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬送部７－Ｃに、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費する燃料ガスの量を減算した量よりも多い量を搬送するように制御する。
　このように制御することにより、初段燃料電池スタック１０－Ｄは、純粋な燃料ガスのみを用いて発電を行う。発電する全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎから排出された未反応燃料ガスは、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから接続流路６－１～６－Ｎでつながる、他の発電する燃料電池スタックの未反応燃料ガス循環経路に設置された搬送部により、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄを除く燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの、燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎに供給される。そして、未反応燃料ガスは、他の発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの発電に利用される。
　一方、１台の燃料電池スタック１０－Ｅで発電する場合は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅから排出される未反応燃料ガスは、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅを通って、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給経路２－Ｅに供給されるように制御される。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給部２－Ｅが、発電する燃料電池スタック１０－Ｅで消費される燃料ガスの量よりも多い燃料ガスを供給するように制御する。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅが、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給部２－Ｅで供給する量から、発電する燃料電池スタック１０－Ｅで消費される燃料ガスの量を減算した量を搬送するように、制御する。ここで、１≦Ｅ≦Ｎとする。
　燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの入口部分での燃料ガス量を、１０Ｌ／ｍｉｎとし、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎにおける、燃料電池スタックの平均燃料利用率ＵｆをＰ％とした場合、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで消費される燃料ガス量は、（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。このため、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口部分での未反応燃料ガス量は、１０－（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。
　上記の考え方から、少なくとも２台の燃料電池スタックで運転する場合、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中の、初段燃料電池スタック１０－Ｄでは、供給される未反応燃料ガスがないため、燃料ガス供給部２－Ｄが供給する量は１０Ｌ／ｍｉｎとなる。
　発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中から、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、それぞれの燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで消費される燃料ガスの量を供給する。よって、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎが供給する量は、（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。
　最終段燃料ガス供給部２－Ｃが供給する量は、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガス消費量と、最終段燃料電池スタック１０－Ｃの燃料ガス消費量とを加算した量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガス供給量を減算した量なので、以下のようになる。
　（Ｐ／１０）＋（Ｐ／１０）－１０＝２×（Ｐ／１０）－１０Ｌ／ｍｉｎ
　したがって、不純物ガス排出操作をしていないとき、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの数がＱ台の場合、発電する全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに供給される燃料ガスの量は、以下のようになる。
　１０＋（Ｑ－２）×（Ｐ／１０）＋２×（Ｐ／１０）－１０＝Ｑ×（Ｐ／１０）
　不純物ガス排出操作をしていないときの燃料電池システムのＵｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝Ｑ×（Ｐ／１０）／Ｑ×（Ｐ／１０）×１００＝１００％となる。
　次に、不純物ガス排出操作時の、燃料電池システム１００の運転方法について説明する。燃料電池システム１００を長い時間発電していると、循環している未反応燃料ガス中に不純物ガスが混じり、徐々に不純物ガスの濃度が上がって、燃料ガスの濃度低下により、電圧が徐々に低下する。
　この場合は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで最も不純物ガスが濃縮された状態となる。最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出された未反応燃料ガスを外部へ排出することで、少ない量の燃料ガスの排出で、最も多い不純物ガスの排出を行うことができる。
　制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを開状態にすると同時に、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を減らす。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を、搬出部７－Ｃで減らした搬出量の分だけ増やすように制御し、不純物を含む未反応燃料ガスを、外部へ一定時間排出した後、先の切り替えを元に戻す。
　すなわち、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを閉状態にし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を元の量に増やし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を、元の量に減らすよう制御する。
　上述した不純物排出操作をした時に、最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出される未反応燃料ガスの半分が外部へ排出される。
　未反応燃料ガスの残り半分が、未反応ガス循環経路５－Ｃを循環する場合、外部へ排出されるガスの量は、（（１０－（Ｐ／１０））／２）Ｌ／ｍｉｎであり、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給される燃料ガスの量は、外部へ排出されたガスの量の分だけ増える。よって、燃料電池システム１００全体の燃料ガス供給量も、外部へ排出されたガスの量の分だけ増える。
　燃料電池システム１００全体の燃料ガス供給量は、
（Ｑ×（Ｐ／１０）＋（１０－（Ｐ／１０））／２）Ｌ／ｍｉｎとなり、不純物排出操作時のシステム全体の燃料利用率は、
Ｕｆｓ＝（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋（１０－（Ｐ／１０））／２｝×１００となる。
　不純物ガスを外部へ排出する時間について、Ａ分毎にＢ分間排出処理を行うと仮定すると、燃料電池システム１００の燃料利用率Ｕｆｓは（数３）で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、燃料電池システム１００において発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの数がＱ台の場合、燃料電池システムの燃料利用率は、
Ｕｆｓ＝１００×（１－（Ｂ／Ａ））＋［Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋（１０－（Ｐ／１０））／２｝］×（Ｂ／Ａ）×１００となる。
　以上のように、燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの排出した未反応燃料ガスを再び燃料として利用する。このため、燃料電池システム１００の燃料利用率Ｕｆｓは１００％に近くなり、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの燃料利用率Ｕｆの値に影響されることなく、高い燃料利用率Ｕｆｓを実現し、発電効率の高い燃料電池システム１００を提供することができる。
　なお、燃料電池システム１００を運転させるとき、全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが同時間ずつ発電できるように、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを選択して、一定時間ごとに、発電させる燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを切り替えるなどの運用をしてもよい。これにより、特定の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎだけが劣化することを防ぐことができ、燃料電池システム１００の長寿命化につながる。
　また、燃料電池システム１００を運転させるとき、運転する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎそれぞれの発電量を変化させてもよく、例えば、フラッディング気味の燃料電池スタックの発電量を小さくしたり、Ｕｆを下げて、より多い燃料ガスを流したりするような運転をすることができる。
　また、任意の燃料電池スタック（１０－１～１０－Ｎのいずれか）を、初段または最終段の燃料電池スタック１０－Ｄまたは１０－Ｃとして選定できる。これにより、燃料ガスの濃度が低くなる最終段燃料電池スタック１０－Ｃとして、比較的劣化していない燃料電池スタックを選択すれば、特定の燃料電池スタックの劣化が早まることを防ぎ、燃料電池システム１００の長寿命化につながる。
　（実施例１）
　次に、第１の実施の形態の燃料電池システムの具体例である実施例１について、図２から図６を用いて説明する。
　図２は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおいて、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。図３は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおいて、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。図４は、本開示の第１の実施の形態の実施例１において、燃料電池システムの経過時間と要求負荷との関係を示した特性図である。図５は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおいて、発電動作している燃料電池スタックの経過時間による状況を、図４の特性図に合わせて示した説明図である。図６は、本開示の第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システムにおいて、各燃料電池スタックの発電状況を示したタイムチャートである。
　図２、および図３に示すように、実施例１の燃料電池システム２００は、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５を有している。本実施例では、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５のうち、燃料電池スタック１０－２が初段燃料電池スタック１０－Ｄであり、燃料電池スタック１０－５が最終段燃料電池スタック１０－Ｃである。
　図２、および図３に示す実施例１の燃料電池システム２００において、図１に示す第１の実施の形態の燃料電池システム１００と同一の構成要素については、同一符号を付与して、重複する説明は省略する。
　燃料電池システム２００は、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有している。
　燃料電池システム２００は、燃料ガスを用いて発電する５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５と、燃料ガス供給部２－１～２－５と、燃料ガス供給経路３－１～３－５と、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５と、搬送部７－１～７－５と、第１二方弁１２－１～１２－５と、外部排出経路９－１～９－５と、第２二方弁１３－１～１３－５と、接続経路６－１～６－５と、を備える。
　５つの燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５にそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－５に燃料ガスを供給する。
　５つの燃料ガス供給経路３－１～３－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５の出口と燃料電池スタック１０－１～１０－５の入口とを接続する。
　５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５の出口と、燃料ガス供給経路３－１～３－５とを連通する。
　５つの搬送部７－１～７－５は、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５それぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを、燃料ガス供給経路３－１～３－５に搬送する。
　５つの第１二方弁１２－１～１２－５は、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５のそれぞれに個別に設けられ、搬送部７－１～７－５よりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５を開閉する。
　５つの外部排出経路９－１～９－５は、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５にそれぞれに個別に対応するように設けられ、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５の出口と第１二方弁１２－１～１２－５との間で未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５から分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出するための経路である。
　５つの第２二方弁１３－１～１３－５は、５つの外部排出経路９－１～９－５それぞれに個別に設けられ、外部排出経路９－１～９－５を開閉する。
　５つの接続経路６－１～６－５は、いずれの燃料電池スタック１０－１～１０－５を初段燃料電池スタック１０－Ｄとしても、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－５に順番に流す流路を形成することができるように設けられている。５つの各接続経路６－Ｋは、一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の、外部排出経路９－Ｋへの分岐点と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通している。５つの各接続経路６－Ｋは、その他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と第１二方弁１２－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５を供給動作させない時に、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、燃料ガス供給部２－１～２－５を通過できないように構成されている。
　搬送部７－１～７－５は、搬送部７－１～７－５を搬送動作させない時に、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、搬送部７－１～７－５を通過できないように構成されている。
　本実施例の燃料電池システム２００は、５つの燃料ガス供給部２－１～２－５と、５つの搬送部７－１～７－５と、５つの第１二方弁１２－１～１２－５と、５つの第２二方弁１３－１～１３－５とを制御する制御部１１を備える。
　制御部１１は、図２、および図３に示す例では、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５の中で、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５に対応する燃料ガス供給部２－２，２－４，２－５を供給動作させる。制御部１１は、それと共に、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３を供給動作させず、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する搬送部７－１，７－３を搬送動作させない。
　また、制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦５）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させ、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第１二方弁１２－Ｅを開状態にする。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第２二方弁１３－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときは閉状態に、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　また、制御部１１は、図２、および図３に示す例では、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中の、燃料電池スタック１０－２を初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する搬送部７－２については搬送動作させず、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中で、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）を除いた他の燃料電池スタック１０－４，１０－５に対応する搬送部７－４，７－５については搬送動作させる。制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－４，１０－５を順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に供給されるように制御する。具体的には、制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）を除いた燃料電池スタック１０－１～１０－４に対応する第２二方弁１３－１～１３－４を閉状態とする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）を除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４に対応する第１二方弁１２－２，１２－Ｎを閉状態とし、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する第１二方弁１２－１，１２－３と、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第１二方弁１２－５とを開状態とする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第２二方弁１３－５を、未反応燃料ガス循環経路５－５の未反応燃料ガスを外部排出経路９－５によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　なお、発電運転しない燃料電池スタック１０－１に対応する第１二方弁１２－１は、閉状態でも構わない。
　ここで、第１二方弁１２－１が閉状態でも構わない理由は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に流れる未反応燃料ガスの経路に、燃料電池スタック１０－１に対応する第１二方弁１２－１が存在しないからである。もう１台の発電運転しない燃料電池スタック１０－３に対応する第１二方弁１２－３については、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に流れる未反応燃料ガスの経路に、第１二方弁１２－３が存在するので、第１二方弁１２－３は開状態にする必要がある。
　また、燃料電池スタック１０－２が初段燃料電池スタック１０－Ｄであるために、搬送部７－２が搬送動作しておらず、第１二方弁１２－２が閉状態になっており、さらに燃料電池スタック１０－１が発電運転しない。このため、搬送部７－１が搬送動作しておらず、燃料ガス供給部２－１が供給動作していない。これにより、第１二方弁１２－１が開状態であっても、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが、接続経路６－５および第１二方弁１２－１を流れない。よって、本実施例においては、発電運転しない燃料電池スタック１０－１に対応する第１二方弁１２－１が閉状態であっても問題はない。
　また、制御部１１は、図２、および図３に示す例では、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する燃料ガス供給部２－２からの燃料ガスの供給量を、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）で消費される燃料ガスの消費量よりも多くするように制御する。制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）と燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）とを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－４に対応する燃料ガス供給部２－４からの燃料ガスの供給量を、以下のように制御する。すなわち、制御部１１は、前述の供給量を、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）と燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）とを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－４で消費される燃料ガスの消費量と同量になるように制御する。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する燃料ガス供給部２－５からの燃料ガスの供給量を、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）で消費される燃料ガスの消費量に、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）の消費量を足し算して、燃料電池スタック１０－２に対応する燃料ガス供給部２－２の燃料ガスの供給量を減算した量とする。
　図２を参照しながら、外部へのガスの排出をしていないときの、燃料電池システム２００の運転について説明を行う。
　燃料電池システム２００の５台の燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の中で、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の平均燃料利用率Ｕｆを８０％とする。
　第２二方弁１３－１～１３－５は全て閉状態とし、第１二方弁１２－２，１２－４は閉状態とし、第１二方弁１２－１，１２－３，１２－５は開状態とする。
　また、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３、および搬送部７－１，７－３ではガスを供給せず、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の入り口部分での燃料ガス量を１０Ｌ／ｍｉｎとする。
　このとき、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５で消費される燃料ガス量は８Ｌ／ｍｉｎとなるため、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５から排出される未反応燃料ガスの量は２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）の燃料ガス供給部２－２で、燃料ガスを１０Ｌ／ｍｉｎ供給したときの、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）の出口から排出された未反応燃料ガスは２Ｌ／ｍｉｎとなる。未反応燃料ガスは、未反応燃料ガス循環経路５－２から接続経路６－２，６－３を通り、未反応燃料ガス循環経路５－４を通り、搬送部７－４により、２Ｌ／ｍｉｎの未反応燃料ガスが、燃料電池スタック１０－４の燃料ガス供給経路３－４に供給される。
　燃料ガス供給部２－４は、燃料ガスを８Ｌ／ｍｉｎ供給する。これより、未反応燃料ガス２ｍｌ／ｍｉｎと合わせて、１０ｍｌ／ｍｉｎの燃料ガスを、燃料電池スタック１０－４に供給することができる。
　燃料電池スタック１０－４から排出された未反応燃料ガス２Ｌ／ｍｉｎは、未反応燃料ガス循環経路５－４を通り、接続経路６－４を通り、未反応燃料ガス循環経路５－５へ供給される。
　一方、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する燃料ガス供給部２－５で供給される燃料ガスの量は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）の消費量と、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）の消費量とを足し算して、燃料電池スタック１０－２に対応する燃料ガス供給量を減算した量なので、８＋８－１０＝６Ｌ／ｍｉｎである。
　燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に供給される燃料ガスの量は、１０Ｌ／ｍｉｎであるので、搬送部７－５で供給される未反応燃料ガスの量は１０－６＝４Ｌ／ｍｉｎとなる。
　このようにすると、燃料電池スタック１０－５の排出する未反応燃料ガスの量は２Ｌ／ｍｉｎであり、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）もＵｆ８０で発電することができる。
　なお、初段燃料電池スタック１０－２から排出された未反応燃料ガスは、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－４，１０－５を順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタック１０－５から排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタック１０－５に供給される。このように、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－５を除いた燃料電池スタック１０－１～１０－４に対応する第２二方弁１３－１～１３－４を閉状態とし、最終段燃料電池スタック１０－５を除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４に対応する第１二方弁１２－２，１２－４を閉状態とする。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する第１二方弁１２－１，１２－３と、最終段燃料電池スタック１０－５に対応する第１二方弁１２－５とを開状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－５に対応する第２二方弁１３－５について、未反応燃料ガス循環経路５－５の未反応燃料ガスを外部排出経路９－５によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　次に、図３を参照しながら、外部へのガスの排出をするときの燃料電池システム２００の運転について説明を行う。
　燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第２二方弁１３－５は通常発電時は閉状態になっている。これを開状態にすると、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。
　このとき、未反応燃料ガスが外部へ排出される量は、第２二方弁１３－５に接する未反応燃料ガス循環経路５－５側のガス圧と、外部側のガス圧との圧力差に影響される。本実施例では、未反応燃料ガスの半分の量が外部へ排出される。
　すると、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出される２Ｌ／ｍｉｎの未反応燃料ガスのうち、１Ｌ／ｍｉｎが外部へ排出され、１Ｌ／ｍｉｎのガスが未反応燃料ガス循環経路５－５を流れる。搬出部７－５で搬送する未反応燃料ガスの量は、燃料電池スタック１０－４から排出された未反応燃料ガスの量２Ｌ／ｍｉｎと合わせて２＋１＝３Ｌ／ｍｉｎとなる。
　燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する燃料ガス供給部２－５の供給量は、外部へ排出された未反応燃料ガスの量１Ｌ／ｍｉｎの分を増やすので６＋１＝７Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、外部へのガスの排出をするときは、制御部１１は、不純物ガスの第２二方弁１３－５を開状態にすると同時に、搬出部７－５での搬出量を４Ｌ／ｍｉｎから３Ｌ／ｍｉｎに減らし、燃料ガス供給部２－５での供給量を６Ｌ／ｍｉｎから７Ｌ／ｍｉｎに増やし、ガスの排出が終われば、第２二方弁１３－５、搬送部７－５および燃料ガス供給部２－５を元の状態に戻すように制御する。
　本実施例では、３０分毎に５分間、不純物ガスの排出を行った場合の、燃料電池システム２００の燃料利用率Ｕｆｓを計算する。
　不純物ガスの排出を行わないときの、燃料電池システム２００への燃料ガス供給量は、１０＋８＋６＝２４Ｌ／ｍｉｎであり、このときの燃料ガス消費量は８＋８＋８＝２４Ｌ／ｍｉｎであり、２５分／３０分の割合でこの状態となる。
　次に、不純物ガスの排出を行った時の燃料電池システム２００への燃料ガス供給量は、１０＋８＋７＝２５Ｌ／ｍｉｎであり、このときの燃料ガス消費量は８＋８＋８＝２４Ｌ／ｍｉｎであり、５分／３０分の割合でこの状態となる。
　したがって、燃料電池システム２００の燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）＝｛２４／２４×（２５／３０）＋２４／２５×（５／３０）｝×１００＝９９．３％となり、
燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の平均燃料利用率Ｕｆである８０％と比較すると、燃料電池システム２００として、燃料電池システム２００の燃料利用率Ｕｆｓは１９．３％高くなる。
　以上のように本実施例では、燃料電池システム２００の燃料利用率Ｕｆｓを、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の燃料利用率Ｕｆよりも高くし、発電効率を高くすることができる。
　また、図４に示すように、要求負荷が時間とともに変化することに対応して、燃料電池システム２００を構成する燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５を、少ない台数で発電する場合に、発電する燃料電池スタックを発電時間に基づいて切り替えるように運転する。これにより、複数の燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の発電時間を、ほぼ均一にすることができる。
　その燃料電池システム２００の出力の経時変化を図５に示し、各燃料電池スタック１０－１～１０－５の運転状況をタイムチャートにして図６に示す。
　図５には、出力に合わせて、発電させる燃料電池スタック１０－１～１０－５の台数を変えること、および、どの時間にどの燃料電池スタックに発電させるかが表示されている。
　図６には、燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５がどの時間に発電を行うかが示されている。
　このように、合計の発電量が変化する４０時間の運転において、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５を切り替えながら発電させると、燃料電池システム２００を構成する燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の発電時間が、それぞれ２０時間と均一になり、燃料電池システム２００として耐久性を向上させることができる。
　（第２の実施の形態）
　本開示の第２の実施の形態の燃料電池システムのブロック図は、図１に示す第１の実施の形態の燃料電池システム１００と同じである。
　本実施の形態では、第１の実施の形態で用いた図１の燃料電池システム１００の構成を用いて、第１の実施の形態とは異なる運転を行う。
　本実施の形態の燃料電池システム１００は、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎと、複数の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数の燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎと、複数の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎとを備える。燃料電池システム１００は、複数の搬送部７－１～７－Ｎと、複数の第１二方弁１２－１～１２－Ｎと、複数の外部排出経路９－１～９－Ｎと、複数の第２二方弁１３－１～１３－Ｎと、複数の接続経路６－１～６－Ｎと、を備える。
　複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎは、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎにそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに燃料ガスを供給する。
　燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎは、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎの出口と燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの入口とを接続する。
　複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎとを連通させる。
　複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎは、複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎのそれぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎに搬送する。
　複数（Ｎ個）の第１二方弁１２－１～１２－Ｎは、複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎのそれぞれに個別に設けられ、搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎを開閉する。
　複数（Ｎ個）の外部排出経路９－１～９－Ｎは、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎそれぞれに個別に対応するように設けられ、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と第１二方弁１２－１～１２－Ｎとの間で未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから分岐する、未反応燃料ガスを外部に排出するための経路である。
　第２二方弁１３－１～１３－Ｎは、複数（Ｎ個）の外部排出経路９－１～９－Ｎのそれぞれに個別に設けられ、外部排出経路９－１～９－Ｎを開閉する。
　複数（Ｎ個）の接続経路６－１～６－Ｎは、複数（Ｎ個）のいずれの燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを初段燃料電池スタックとしても、初段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに順番に流す流路を形成することができるように設けられている。複数（Ｎ個）のうちの各接続経路６－Ｋは、一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の外部排出経路９－Ｋへの分岐点と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通する。各接続経路６－Ｋは、他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と第１二方弁１２－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを通過できないように構成されている。搬送部７－１～７－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎを搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが搬送部７－１～７－Ｎを通過できないように構成されている。
　本実施の形態の燃料電池システム１００は、複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎと、複数（Ｎ個）の第１二方弁１２－１～１２－Ｎと、複数（Ｎ個）の第２二方弁１３－１～１３－Ｎとを制御する制御部１１を備える。
　制御部１１は、複数の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、発電運転する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させる。制御部１１は、これと共に、発電運転しない燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させない。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させない。
　制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦Ｎ）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させる。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第１二方弁１２－Ｅを開状態にする。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第２二方弁１３－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　制御部１１は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが発電運転する場合は、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中のいずれか一つを初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する搬送部７－Ｄについては搬送動作させない。制御部１１は、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄを除いた、他の燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させる。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給されるように制御する。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた燃料電池スタックに対応する第２二方弁を閉状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた発電運転する燃料電池スタックに対応する第１二方弁を閉状態とする。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタックに対応する第１二方弁を開状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第１二方弁１２－Ｃを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｃの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｃによって外部に排出しないときは開状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｃの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｃによって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　制御部１１は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが発電運転する場合は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄからの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費する燃料ガスの消費量よりも多くする。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電運転する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部２－１～２－Ｎからの燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電運転する燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量と同量にする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃからの燃料ガスの供給量を、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで消費される燃料ガスの消費量に、初段燃料電池スタック１０－Ｄの消費量を足し算して、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄからの燃料ガスの供給量を減算した量とする。
　まず、外部へのガスの排出をしていないときの燃料電池システム１００の運転は、第１の実施の形態の運転方法と同じである。
　次に、不純物ガス排出操作時の燃料電池システム１００の運転方法について、説明する。燃料電池システム１００を長い時間発電していると、循環している未反応燃料ガス中に不純物ガスが混じり、徐々に不純物ガスの濃度が上がって、燃料ガスの濃度低下により、電圧が徐々に低下する場合がある。
　この場合は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで、最も不純物ガスが濃縮された状態となる。最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出された未反応燃料ガスを外部へ排出することで、少ない量の燃料ガスの排出で、最も多い不純物ガスの排出を行うことができる。
　制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを開状態にすると同時に、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第１二方弁１２－Ｃを閉状態にし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を減らす。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を、搬出部７－Ｃで減らした搬出量の分だけ増やすように制御し、不純物を含む未反応燃料ガスを、外部へ一定時間排出した後、先の切り替えを元に戻す。
　すなわち、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを閉状態にし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第１二方弁１２－Ｃを開状態にし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を元の量に増やし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を元の量に減らすよう制御する。
　上述した不純物排出操作をしたときに、最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出される未反応燃料ガスの全量が外部へ排出される。その量は、（１０－（Ｐ／１０））Ｌ／ｍｉｎであり、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給される燃料ガスの量は、外部へ排出されたガスの量の分だけ増える。燃料電池システム１００全体の燃料ガス供給量も、外部へ排出されたガスの量の分だけ増えて、燃料電池システム１００全体の燃料ガス供給量は、
（Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０））Ｌ／ｍｉｎとなり、不純物排出操作時の燃料電池システム全体の燃料利用率は、
Ｕｆｓ＝（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０）｝×１００である。
　燃料電池システム１００において、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの数がＱ台で、不純物ガスを外部へ排出する時間について、Ａ分毎にＢ分間排出処理を行うと仮定する。このときの、燃料電池システム１００の燃料利用率Ｕｆｓは、（数３）より、
Ｕｆｓ＝（不純物ガス排出操作をしないときのＵｆｓ）×（１－（Ｂ／Ａ））＋（不純物ガス排出操作をするときのＵｆｓ）×（Ｂ／Ａ）＝１００×（１－（Ｂ／Ａ））＋［Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０）｝］×（Ｂ／Ａ）×１００となる。
　以上のように、燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの排出した未反応燃料ガスを、再び燃料として利用する。このため、燃料電池システム１００の燃料利用率Ｕｆｓは、より１００％に近くなり、燃料電池スタックの燃料利用率Ｕｆの値に影響されることなく、高い燃料利用率Ｕｆｓを実現し、発電効率の高い燃料電池システムを提供することができる。
　（実施例２）
　次に第２の実施の形態の燃料電池システムの具体例である実施例２について、図２および図７を用いて説明する。
　本開示の第２の実施の形態の実施例２の燃料電池システム２００において、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図は、図２に示した実施例１の燃料電池システム２００における、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図と同じである。
　図７は、本開示の第２の実施の形態の実施例２の燃料電池システムにおいて、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。
　図７に示した実施例２の燃料電池システム２００において、図１に示した第１の実施の形態の燃料電池システム１００、または、図２、図３に示された第１の実施の形態の実施例１の燃料電池システム２００と同一の構成要素については、同一符号を付与して、重複する説明は省略する。
　実施例２の燃料電池システム２００は、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５と、５つの燃料ガス供給部２－１～２－５と、５つの燃料ガス供給経路３－１～３－５と、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５と、５つの搬送部７－１～７－５と、５つの第１二方弁１２－１～１２－５と、５つの外部排出経路９－１～９－５と、５つの第２二方弁１３－１～１３－５と、５つの接続経路６－１～６－５と、を備える。
　５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５は、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　５つの燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５にそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－５に燃料ガスを供給する。
　５つの燃料ガス供給経路３－１～３－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５の出口と燃料電池スタック１０－１～１０－５の入口とを接続する。
　５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５の出口と燃料ガス供給経路３－１～３－５とを連通させる。
　５つの搬送部７－１～７－５は、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５のそれぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路３－１～３－５に搬送する。
　５つの第１二方弁１２－１～１２－５は、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５のそれぞれに個別に設けられ、搬送部７－１～７－５よりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５を開閉する。
　５つの外部排出経路９－１～９－５は、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５にそれぞれに個別に対応するように設けられ、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５の出口と第１二方弁１２－１～１２－５との間で、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５から分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出するための経路である。
　５つの第２二方弁１３－１～１３－５は、５つの外部排出経路９－１～９－５のそれぞれに個別に設けられ、外部排出経路９－１～９－５を開閉する。
　５つの接続経路６－１～６－５は、いずれの燃料電池スタック１０－１～１０－５を初段燃料電池スタックとしても、初段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－５に順番に流す流路を形成することができるように設けられている。５つの接続経路のうちの各接続経路６－Ｋは、その一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の外部排出経路９－Ｋへの分岐点と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通する。各接続経路６－Ｋは、その他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と第１二方弁１２－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５を供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、燃料ガス供給部２－１～２－５を通過できないように構成されている。搬送部７－１～７－５は、搬送部７－１～７－５を搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、搬送部７－１～７－５を通過できないように構成されている。
　本実施例の燃料電池システム２００は、５つの燃料ガス供給部２－１～２－５と、５つの搬送部７－１～７－５と、５つの第１二方弁１２－１～１２－５と、５つの第２二方弁１３－１～１３－５とを制御する制御部１１を備える。
　制御部１１は、図２、図７に示す例では、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５の中で、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５に対応する燃料ガス供給部２－２，２－４，２－５を供給動作させる。制御部１１は、これと共に、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３を供給動作させず、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する搬送部７－１，７－３を搬送動作させない。
　制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦５）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させる。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第１二方弁１２－Ｅを開状態にする。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する第２二方弁１３－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　制御部１１は、図２、図７に示す例では、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中の、燃料電池スタック１０－２を初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する搬送部７－２については搬送動作させず、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中で燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）を除いた他の燃料電池スタック１０－４，１０－５に対応する搬送部７－４，７－５については搬送動作させる。
　制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から排出された未反応燃料ガスが、発電運転する、他の全ての燃料電池スタック１０－４，１０－５を順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に供給されるように制御する。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）を除いた燃料電池スタック１０－１～１０－４に対応する第２二方弁１３－１～１３－４を閉状態とし、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）を除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４に対応する第１二方弁１２－２，１２－４を閉状態とする。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する第１二方弁１２－１，１２－３を開状態とし、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第１二方弁１２－５を、未反応燃料ガス循環経路５－５の未反応燃料ガスを外部排出経路９－５によって外部に排出しないときは開状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第２二方弁１３－５を、未反応燃料ガス循環経路５－５の未反応燃料ガスを外部排出経路９－５によって外部に排出しないときは閉状態にし、未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする。
　なお、発電運転しない燃料電池スタック１０－１に対応する第１二方弁１２－１は、閉状態でも構わない。ここで、第１二方弁１２－１が閉状態でも構わない理由は、実施例１で説明した、第１二方弁１２－１が閉状態でも構わない理由と同じである。
　また、制御部１１は、図２、および図７に示す例では、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する燃料ガス供給部２－２からの燃料ガスの供給量を、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）で消費する燃料ガスの消費量よりも多くする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）と燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）とを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－４に対応する燃料ガス供給部２－４からの燃料ガスの供給量を以下のように制御する。すなわち、制御部１１は、上述の供給量を、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）と燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）とを除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－４で消費される燃料ガスの消費量と同量にする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－５に対応する燃料ガス供給部２－５からの燃料ガスの供給量を、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）で消費される燃料ガスの消費量に、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）の消費量を足し算して、燃料電池スタック１０－２（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する燃料ガス供給部２－２からの燃料ガスの供給量を減算した量とする。
　まず、外部へのガスの排出をしていないときの燃料電池システムの運転は、実施例１の図２を参照した運転方法と同様である。
　すなわち、燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の中で、発電させる燃料電池スタックを１０－２，１０－４，１０－５とし、燃料電池スタック１０－２を初段燃料電池スタックとし、燃料電池スタック１０－５を最終段燃料電池スタックとする。
　発電させる燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の平均燃料利用率Ｕｆを８０％とする。第２二方弁１３－１～１３－５は全て閉状態とし、第１二方弁１２－２，１２－４は閉状態とし、第１二方弁１２－１，１２－３，１２－５は開状態とする。
　燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３および搬送部７－１，７－２，７－３でガスを供給せず、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の入り口部分での燃料ガス量を１０Ｌ／ｍｉｎとする。
　このとき、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５で消費される燃料ガス量は８Ｌ／ｍｉｎとなるため、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５から排出される未反応燃料ガスの量は２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の順に、燃料ガス供給部２－２，２－４，２－５で供給する燃料ガスの量は、それぞれ、１０Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎ、６Ｌ／ｍｉｎとなり、搬送部７－２，７－４，７－５で搬送する未反応燃料ガスの量は、それぞれ、０Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎ、４Ｌ／ｍｉｎとなる。
　外部へのガスの排出をしていないときの燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（８＋８＋８）／（１０＋８＋６）×１００＝１００％となる。
　次に、図７を参照しながら、外部への不純物ガスの排出をするときの燃料電池システム２００の運転について説明を行う。
　燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第２二方弁１３－５は通常発電時は閉状態になっている。これを開状態にすると、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが外部へ排出される。それと同時に、第１二方弁１２－５を開状態から閉状態へ切り替える。
　第１二方弁１２－５を閉じることにより、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスは、全ての量が外部へ排出される。これにより、外部へ排出される量は２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　第１二方弁１２－５および第２二方弁１３－５の切り替えと同時に、搬送部７－５での搬送量を、外部へ排出された量の分減らして、４－２＝２Ｌ／ｍｉｎとし、燃料ガス供給部２－５で供給される燃料ガスの量を、外部へ排出された量の分増やし、６＋２＝８Ｌ／ｍｉｎとする。
　したがって、外部へ不純物ガスを排出しているときの燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（８＋８＋８）／（１０＋８＋８）×１００＝９２．３％となる。
　以上より、３０分毎に２分間、外部への排出を行うと仮定した場合、燃料電池システム２００の燃料利用率Ｕｆｓは、
（不純物ガス排出操作をしないときのＵｆｓ）×（１－（Ｂ／Ａ））＋（不純物ガス排出操作をするときのＵｆｓ）×（Ｂ／Ａ）＝１００×２８／３０＋９２．３×２／３０＝９９．５％となる。
　燃料電池システム２００の平均燃料利用率Ｕｆである８０％と比較すると、燃料電池システム２００として、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓは１９．５％高くなる。
　本実施例２では、最も不純物ガスの濃度の高いガスを、未反応燃料ガス循環経路５－５へ戻さずに全て排出する。よって、短時間で不純物ガスの排出を行うことができる。また、不純物ガスの排出時に一緒に排出される未反応燃料ガスの量が少なくて済み、燃料利用率Ｕｆｓを実施例１の運転方法よりも高く保つことができ、発電効率もさらに向上する。
　（第３の実施の形態）
　図８は、本開示の第３の実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。
　図８では、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明した燃料電池システム１００、および、実施例１および実施例２の燃料電池システム２００の構成要素のうち、第１二方弁１２－１～１２－Ｎおよび第２二方弁１３－１～１３－Ｎが、三方弁１４－１～１４－Ｎに置き換わった構成が示されている。
　この三方弁１４－１～１４－Ｎは、第１の状態と、第２の状態と、第３の状態とを切り替える働きを持つ。
　第１の状態は、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口から排出された未反応燃料ガスを、搬送部７－１～７－Ｎへ流す未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－１～１４－Ｎから外部排出経路９－１～９－Ｎへ流す出口が閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と搬送部７－１～７－Ｎとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは開通しているが、三方弁１４－１～１４－Ｎの外部排出経路９－１～９－Ｎ側の出口が閉塞している状態である。
　第２の状態は、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－１～９－Ｎへ流す経路は開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－１～１４－Ｎから搬送部７－１～７－Ｎへ流す出口が閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と外部排出経路９－１～９－Ｎとを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－１～１４－Ｎの搬送部７－１～７－Ｎ側の出口が閉塞している状態である。
　第３の状態は、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－１～７－Ｎへ流す未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－１～９－Ｎへ流す経路の両方が閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と搬送部７－１～７－Ｎとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、三方弁１４－１～１４－Ｎの外部排出経路９－１～９－Ｎ側の出口との両方が閉塞している状態である。
　図８の燃料電池システム３００は、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎからなる。
　図８において、図１～図７に示した燃料電池システム１００，２００と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
　本実施の形態の燃料電池システム３００は、複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎと、複数の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数の燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎと、複数の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎと、複数の搬送部７－１～７－Ｎと、複数の外部排出経路９－１～９－Ｎと、複数の三方弁１４－１～１４－Ｎと、複数の接続経路６－１～６－Ｎと、を備える。
　複数（Ｎ個）の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎは、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎにそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに燃料ガスを供給する。
　複数（Ｎ個）の燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎは、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎの出口と燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの入口とを接続する。
　複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎとを連通させる。
　複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎは、複数（Ｎ個）の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎのそれぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎに搬送する。
　複数（Ｎ個）の外部排出経路９－１～９－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎよりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出するための経路である。
　複数（Ｎ個）の三方弁の各三方弁１４－Ｅ（１≦Ｅ≦Ｎ）は、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅから外部排出経路９－Ｅが分岐する分岐点に配置され、第１の状態、第２の状態および第３の状態を切り替える。
　第１の状態では、各三方弁１４－Ｅは、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅを開閉する機能と、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅから外部排出経路９－Ｅに未反応燃料ガスが流出するのを許可するか禁止するかを切り替える機能を併せ持つ。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－Ｅへ流す、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、未反応燃料ガスを、三方弁１４－Ｅから外部排出経路９－Ｅへ流す出口は閉塞している。すなわち、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と搬送部７－Ｅとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、三方弁１４－Ｅの外部排出経路９－Ｅ側の出口は閉塞している。
　第２の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅへ流す経路は開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－Ｅから搬送部７－Ｅへ流す出口が閉塞している。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と外部排出経路９－Ｅとを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－Ｅの搬送部７－Ｅ側の出口が閉塞している。
　第３の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－Ｅへ流す未反応燃料ガス循環経路５－Ｅ、および、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅへ流す経路の両方が閉塞している。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と搬送部７－Ｅとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅ、および、三方弁１４－Ｅの外部排出経路９－Ｅ側の出口の両方が閉塞している。
　複数（Ｎ個）の接続経路６－１～６－Ｎは、いずれの燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを初段燃料電池スタックとしても、初段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに順番に流す流路を形成することができるように設けられている。複数（Ｎ個）の接続経路の各接続経路６－Ｋは、その一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の、外部排出経路９－Ｋへの分岐点（三方弁１４－Ｋ）と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通している。各接続経路６－Ｋは、その他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と三方弁１４－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　燃料ガス供給部２－１～２－Ｎは、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、燃料ガス供給部２－１～２－Ｎを通過できないように構成されている。
　搬送部７－１～７－Ｎは、搬送部７－１～７－Ｎを搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、搬送部７－１～７－Ｎを通過できないように構成されている。
　本実施の形態の燃料電池システム３００は、複数（Ｎ個）の燃料ガス供給部２－１～２－Ｎと、複数（Ｎ個）の搬送部７－１～７－Ｎと、複数（Ｎ個）の三方弁１４－１～１４－Ｎとを制御する制御部１１を備える。
　制御部１１は、複数の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、発電運転する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させる。制御部１１は、これと共に、発電運転しない燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部を供給動作させず、発電運転しない燃料電池スタックに対応する搬送部を搬送動作させない。
　制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦Ｎ）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させる。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する三方弁１４－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときには、第１の状態に、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出するときには、第２の状態にするように構成されている。
　制御部１１は、複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎが発電運転する場合は、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中のいずれか一つを初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する搬送部７－Ｄについては搬送動作させず、発電運転する複数台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄを除いた他の燃料電池スタックに対応する搬送部については搬送動作させる。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎを順番に流れ、最後に未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出された未反応燃料ガスが、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給されるように制御する。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する三方弁１４－１～１４－Ｎを、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの出口と搬送部７－１～７－Ｎとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎは開通しているが、三方弁１４－１～１４－Ｎの外部排出経路９－１～９－Ｎ側の出口が閉塞している第１の状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた、発電運転する燃料電池スタックに対応する三方弁を、燃料電池スタックの出口と搬送部とを接続する未反応燃料ガス循環経路、および、三方弁の外部排出経路側の出口の両方が閉塞している第３の状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する三方弁１４－Ｃを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｃの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｃによって外部に排出しないときには以下の制御を行う。制御部１１は、燃料電池スタック１０－Ｃの出口と搬送部７－Ｃとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｃは開通しているが、三方弁１４－Ｃの外部排出経路９－Ｃ側の出口は閉塞している第１の状態にする。制御部１１は、未反応燃料ガス循環経路５－Ｃの未反応燃料ガスを、外部排出経路９－Ｃによって外部に排出するときには、燃料電池スタック１０－Ｃの出口と外部排出経路９－Ｃとを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－Ｃの搬送部７－Ｃ側の出口が閉塞している第２の状態にする。
　以上のように構成された燃料電池システム３００について、以下その動作、および作用を説明する。
　燃料電池システム３００は、運転を行うとき、次のような動作を行う。制御部１１は、発電量に合わせて最適な燃料電池スタック数を決める。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する燃料ガス供給部２－１～２－Ｎで、ガスを所定量供給する。制御部１１は、これと共に、発電しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する燃料ガス供給部７－１～７－Ｎでガスを止めるよう制御する。
　少なくとも２台の燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで発電する場合、制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタックを決める。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄから排出される未反応燃料ガスを、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに順番に流したときに、最下流になる燃料電池スタック１０－Ｃを、最終段燃料電池スタックとする。
　制御部１１は、未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｃによって外部に排出しないときの最終段燃料電池スタック１０－Ｃ、および、発電しない燃料電池スタックに対応する三方弁を、第１の状態にする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた、発電する燃料電池スタックの三方弁を第３の状態とするよう制御する。
　次に、制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄと最終段燃料電池スタック１０－Ｃとを除いた、発電する燃料電池スタックに対応する燃料ガス供給部で供給する燃料ガスの供給量を、それぞれの燃料電池スタックで消費される燃料ガスの量と同量にする。制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量を、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガスの消費量よりも多くする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃで供給する燃料ガスの供給量を、最終段燃料電池スタック１０－Ｃで消費される燃料ガスの量に、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費される燃料ガスの量を足し算して、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄでの燃料ガス供給量を減算した量となるように制御する。
　また、制御部１１は、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する搬送部７－Ｄ、および、発電しない燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに対応する搬送部７－１～７－Ｎに搬送動作をさせない。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄおよび最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた燃料電池スタックに対応する搬送部を制御する。すなわち、制御部１１は、搬送部が、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費される燃料ガスの量を減算した量を搬送するように制御する。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬送部７－Ｃが、初段燃料電池スタック１０－Ｄに対応する燃料ガス供給部２－Ｄで供給する燃料ガスの供給量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄで消費される燃料ガスの量を減算した量よりも多い量を搬送するように制御する。
　このように制御することにより、初段燃料電池スタック１０－Ｄは、純粋な燃料ガスのみを供給して発電を行う。発電する全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎから排出された未反応燃料ガスは、搬送部７－１～７－Ｎによって、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガス供給経路３－Ｄを除く、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの燃料ガス供給経路３－１～３－Ｎに供給される。この搬送部７－１～７－Ｎは、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎから接続流路６－１～６－Ｎでつながる、他の発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－Ｎに設置された搬送部７－１～７－Ｎである。未反応燃料ガスは、他の発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの発電に利用される。
　一方、１台の燃料電池スタック１０－Ｅで発電する場合は、制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅから排出される未反応燃料ガスは、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅを通って、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給経路３－Ｅに供給されるように制御する。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給部２－Ｅでは、発電する燃料電池スタック１０－Ｅで消費される燃料ガスの量よりも多い燃料ガスを供給する。制御部１１は、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅに、発電する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する燃料ガス供給部２－Ｅで供給する量から、発電する燃料電池スタック１０－Ｅで消費される燃料ガスの量を減算した量を搬送させる。制御部１１は、三方弁１４－Ｅを、未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときは、第１の状態となるように制御する。ここで１≦Ｅ≦Ｎとする。
　ここで、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの入口部分での燃料ガス量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎにおける、燃料電池スタックの平均燃料利用率ＵｆをＰ％とした場合、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎで消費される燃料ガス量は（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。このため、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎ出口部分での未反応燃料ガス量は、１０－（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。
　第１の実施の形態と同様に、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中の初段燃料電池スタック１０－Ｄでは、供給される未反応燃料ガスがないために、燃料ガス供給部２－Ｄで供給する量は１０Ｌ／ｍｉｎとなる。
　発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中で、初段燃料電池スタック１０－Ｄおよび最終段燃料電池スタック１０－Ｃを除いた燃料電池スタックの燃料ガス供給部は、それぞれの燃料電池スタックで消費される燃料ガスの量を供給する。よって、燃料ガス供給部で供給する量は、（Ｐ／１０）Ｌ／ｍｉｎとなる。
　最終段燃料ガス供給部２－Ｃが供給する量は、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガス消費量と最終段燃料電池スタック１０－Ｃの燃料ガス消費量とを加算した量から、初段燃料電池スタック１０－Ｄの燃料ガス供給量を減算した量となり、
（Ｐ／１０）＋（Ｐ／１０）－１０＝２×（Ｐ／１０）－１０Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、不純物ガス排出操作をしていないとき、発電する燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの数がＱ台の場合、発電する全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎに供給される燃料ガスの量は、
１０＋（Ｑ－２）×（Ｐ／１０）＋２×（Ｐ／１０）－１０＝Ｑ×（Ｐ／１０）となる。
　不純物ガス排出操作をしていないときの燃料電池システムのＵｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝Ｑ×（Ｐ／１０）／Ｑ×（Ｐ／１０）×１００＝１００％となる。
　次に、不純物ガス排出操作時の燃料電池システム３００の運転方法について説明する。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する三方弁１４－Ｃを、第１の状態から第２の状態に切り替えると同時に、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を減らす。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を、搬出部７－Ｃで減らした搬出量の分だけ増やすように制御する。制御部１１は、不純物を含む未反応燃料ガスを、外部へ一定時間排出した後、前述の切り替えを元に戻す。
　すなわち、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する三方弁１４－Ｃを、第２の状態から第１の状態にし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する搬出部７－Ｃでの搬出量を元の量に増やす。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する燃料ガス供給部２－Ｃでの供給量を、元の量に減らすよう制御する。
　上述した不純物排出操作をしたときに、最終段燃料電池スタック１０－Ｃから排出される未反応燃料ガスの全量が外部へ排出される。その量は、（１０－（Ｐ／１０））Ｌ／ｍｉｎであり、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに供給される燃料ガスの量は、外部へ排出されたガスの量の分だけ増える。よって、燃料電池システム３００全体の燃料ガス供給量も、外部へ排出されたガスの量の分だけ増える。
　燃料電池システム３００全体の燃料ガス供給量は、
（Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０））Ｌ／ｍｉｎとなり、不純物排出操作時のシステム全体の燃料利用率は、
Ｕｆｓ＝（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０）｝×１００となる。
　不純物ガスを外部へ排出する時間において、Ａ分毎にＢ分間排出処理を行うと仮定したときの燃料電池システム３００の燃料利用率Ｕｆｓは、（数３）より、
Ｕｆｓ＝（不純物ガス排出操作をしないときのＵｆｓ）×（１－（Ｂ／Ａ））＋（不純物ガス排出操作をするときのＵｆｓ）×（Ｂ／Ａ）＝１００×（１－（Ｂ／Ａ））＋［Ｑ×（Ｐ／１０）／｛Ｑ×（Ｐ／１０）＋１０－（Ｐ／１０）｝］×（Ｂ／Ａ）×１００となる。
　以上のように、燃料電池システム３００では、燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの排出した未反応燃料ガスを再び燃料として利用する。このため、燃料電池システム３００の燃料利用率Ｕｆｓは１００％に近くなり、燃料電池スタックの燃料利用率Ｕｆの値に影響されることなく、高い燃料利用率Ｕｆｓを実現し、発電効率の高い燃料電池システムを提供することができる。
　（実施例３）
　次に第３の実施の形態の燃料電池システムの具体例である実施例３について、図９および図１０を用いて説明する。
　図９は、本開示の第３の実施の形態の実施例３の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。図１０は、本開示の第３の実施の形態の実施例３の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。
　図９および図１０に示す実施例３の燃料電池システム４００において、図８に示す第３の実施の形態の燃料電池システム３００と同一の構成要素については、同一符号を付与して、重複する説明は省略する。
　実施例３の燃料電池システム４００は、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５と、５つの燃料ガス供給部２－１～２－５と、５つの燃料ガス供給経路３－１～３－５と、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５と、５つの搬送部７－１～７－５と、５つの外部排出経路９－１～９－５と、５つの三方弁１４－１～１４－５と、５つの接続経路６－１～６－５と、を備える。
　５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５は、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、燃料ガスを用いて発電する。
　５つの燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５にそれぞれに個別に対応するように設けられ、燃料電池スタック１０－１～１０－５に燃料ガスを供給する。
　５つの燃料ガス供給経路３－１～３－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５の出口と燃料電池スタック１０－１～１０－５の入口とを接続する。
　５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５は、燃料電池スタック１０－１～１０－５の出口と燃料ガス供給経路３－１～３－５とを連通させる。
　５つの搬送部７－１～７－５は、５つの未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５のそれぞれに個別に設けられ、未反応燃料ガスを燃料ガス供給経路３－１～３－５に搬送する。
　５つの外部排出経路９－１～９－５は、搬送部７－１～７－５よりも上流側の未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５から分岐する経路であって、未反応燃料ガスを外部に排出するための経路である。
　５つの三方弁１４－１～１４－５は、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５から外部排出経路９－１～９－５が分岐する分岐点に配置されており、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５を開閉する機能と、未反応燃料ガス循環経路５－１～５－５から外部排出経路９－１～９－５に未反応燃料ガスが流出するのを許可するか禁止するかを切り替える機能を併せ持つ。
　５つのうちの各三方弁１４－Ｅ（１≦Ｅ≦５）は、第１の状態、第２の状態および第３の状態を切り替える。
　第１の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－Ｅへ流す未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－Ｅから外部排出経路９－Ｅへ流す出口が閉塞している状態である。すなわち、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と搬送部７－Ｅとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、三方弁１４－Ｅの外部排出経路９－Ｅ側の出口が閉塞している状態である。
　第２の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅへ流す経路は開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－Ｅから搬送部７－Ｅへ流す出口が閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と外部排出経路９－Ｅとを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－Ｅの搬送部７－Ｅ側の出口は閉塞している状態である。
　第３の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－Ｅへ流す未反応燃料ガス循環経路５－Ｅ、および、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅへ流す経路の両方が閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と搬送部７－Ｅとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅと、三方弁１４－Ｅの外部排出経路９－Ｅ側の出口との両方が閉塞している状態である。
　５つの接続経路６－１～６－５は、いずれの燃料電池スタック１０－１～１０－５を初段燃料電池スタックとしても、初段燃料電池スタックから排出される未反応燃料ガスを、他の全ての燃料電池スタック１０－１～１０－５に順番に流す流路を形成することができるように設けられている。５つのうちの各接続経路６－Ｋは、その一端が、燃料電池スタック１０－Ｋに対応する未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ上の外部排出経路９－Ｋへの分岐点（三方弁１４－Ｋ）と燃料電池スタック１０－Ｋの出口との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋに連通する。各接続経路６－Ｋは、その他端が、次の段の燃料電池スタック１０－Ｋ＋１に対応する搬送部７－Ｋ＋１と三方弁１４－Ｋ＋１との間の、未反応燃料ガス循環経路５－Ｋ＋１に連通する。
　燃料ガス供給部２－１～２－５は、燃料ガス供給部２－１～２－５を供給動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが、燃料ガス供給部２－１～２－５を通過できないように構成されている。搬送部７－１～７－５は、搬送部７－１～７－５を搬送動作させないときに、燃料ガスまたは未反応燃料ガスが搬送部７－１～７－５を通過できないように構成されている。
　本実施例３の燃料電池システム４００は、５つの燃料ガス供給部２－１～２－５と、５つの搬送部７－１～７－５と、５つの三方弁１４－１～１４－５とを制御する制御部１１を備える。
　この制御部１１は、図９、および図１０に示す例では、５台の燃料電池スタック１０－１～１０－５の中で、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５に対応する燃料ガス供給部２－２，２－４，２－５を供給動作させる。制御部１１は、これと共に、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３を供給動作させず、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する搬送部７－１，７－３を搬送動作させない。
　また、制御部１１は、１台の燃料電池スタック１０－Ｅ（１≦Ｅ≦５）のみが発電運転する場合は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する搬送部７－Ｅを搬送動作させる。制御部１１は、発電運転する燃料電池スタック１０－Ｅに対応する三方弁１４－Ｅを、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出しないときには、第１の状態にする。
　第１の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを搬送部７－Ｅへ流す、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－Ｅから外部排出経路９－Ｅへ流す出口は閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と搬送部７－Ｅとを接続する未反応燃料ガス循環経路５－Ｅは開通しているが、三方弁１４－Ｅの外部排出経路９－Ｅ側の出口が閉塞している状態である。
　制御部１１は、未反応燃料ガス循環経路５－Ｅの未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅによって外部に排出するときには、以下説明する第２の状態となるように制御する。
　第２の状態は、燃料電池スタック１０－Ｅの出口から排出された未反応燃料ガスを外部排出経路９－Ｅへ流す経路は開通しているが、未反応燃料ガスを三方弁１４－Ｅから搬送部７－Ｅへ流す出口は閉塞している状態である。つまり、燃料電池スタック１０－Ｅの出口と外部排出経路９－Ｅとを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－Ｅの搬送部７－Ｅ側の出口が閉塞している状態である。
　制御部１１は、図９、および図１０に示す例では、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中の燃料電池スタック１０－４を初段燃料電池スタック１０－Ｄとする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－４（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）に対応する搬送部７－４については搬送動作させない。制御部１１は、発電運転する３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中で、燃料電池スタック１０－４（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）を除いた他の燃料電池スタック１０－２，１０－５に対応する搬送部７－２，７－５については搬送動作させる。制御部１１は、燃料電池スタック１０－４（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から排出された未反応燃料ガスが、発電運転する他の全ての燃料電池スタック１０－２，１０－５を、燃料電池スタック１０－５、燃料電池スタック１０－２の順番に流れるように制御する。制御部１１は、さらに、最後に未反応燃料ガスが流れる燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に供給されるよう制御する。制御部１１は、発電運転しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する三方弁１４－１，１４－３を第１の状態とする。第１の状態とは、燃料電池スタック１０－１，１０－３の出口と搬送部７－１，７－３とを接続する未反応燃料ガス循環経路５－１，５－３は開通しているが、三方弁１４－１，１４－３の外部排出経路９－１，９－３側の出口は閉塞している状態である。
　制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）を除いた、発電運転する燃料電池スタック１０－４，１０－５に対応する三方弁１４－４，１４－５を、第３の状態とする。第３の状態は、燃料電池スタック１０－４，１０－５の出口と搬送部７－４，７－５とを接続する未反応燃料ガス循環経路５－４，５－５と、三方弁１４－４，１４－５の外部排出経路９－４，９－５側の出口との両方が閉塞している状態である。
　制御部１１は、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する三方弁１４－２を、未反応燃料ガス循環経路５－２の未反応燃料ガスを外部排出経路９－２によって外部に排出しないときには、第１の状態とする。第１の状態は、燃料電池スタック１０－２の出口と搬送部７－２とを接続する未反応燃料ガス循環経路５－２は開通しているが、三方弁１４－２の外部排出経路９－２側の出口は閉塞している状態である。制御部１１は、未反応燃料ガス循環経路５－２の未反応燃料ガスを、外部排出経路９－２によって外部に排出するときには、燃料電池スタック１０－２の出口と外部排出経路９－２とを接続する経路は開通しているが、三方弁１４－２の搬送部７－２側の出口が閉塞している第２の状態にする。
　なお、発電運転しない燃料電池スタック１０－３に対応する三方弁１４－３は、燃料電池スタック１０－３の出口と搬送部７－３とを接続する未反応燃料ガス循環経路５－３と、三方弁１４－３の外部排出経路９－３側の出口との両方が閉塞している第３の状態であっても構わない。ここで、三方弁１４－３が第３の状態でも構わない理由は、燃料電池スタック１０－４（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に流れる未反応燃料ガスの経路に、燃料電池スタック１０－３に対応する三方弁１４－３が存在しないからである。もう１台の発電運転しない燃料電池スタック１０－１に対応する三方弁１４－１については、燃料電池スタック１０－４（初段燃料電池スタック１０－Ｄ）から燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に流れる未反応燃料ガスの経路に、三方弁１４－１が存在するので、三方弁１４－１は第１の状態にする必要がある。
　また、燃料電池スタック１０－４が初段燃料電池スタック１０－Ｄであるために、搬送部７－４が搬送動作しておらず、三方弁１４－４が第３の状態になっており、さらに燃料電池スタック１０－３が発電運転しない。このために、搬送部７－３が搬送動作しておらず、燃料ガス供給部２－３が供給動作していない。これにより、三方弁１４－３が第１の状態であっても、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが、接続経路６－２および三方弁１４－３を流れない。よって、本実施例においては、発電運転しない燃料電池スタック１０－３に対応する三方弁１４－３が第３の状態であっても問題はない。
　まず、外部へのガスの排出をしていないときの、燃料電池システム４００の運転について説明する。
　燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の中で発電運転させる３台の燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５のうち、初段燃料電池スタック１０－Ｄを燃料電池スタック１０－４とし、最終段燃料電池スタック１０－Ｃを燃料電池スタック１０－２とする。燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の平均燃料利用率Ｕｆを８０％とする。
　三方弁１４－４、１４－５は第３の状態であり、三方弁１４－１，１４－２，１４－３は第１の状態である。
　燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３、および、搬送部７－１，７－３，７－４はガスを供給しない。燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５入り口部分での燃料ガス量は、順に、５Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎである。
　このとき、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５で消費される燃料ガス量は、順に、４Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎとなる。このため、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５から排出される未反応燃料ガスの量は、それぞれ１Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の順に、燃料ガス供給部で供給する燃料ガスの量は、それぞれ２Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎとなり、搬送部で搬送する未反応燃料ガスの量は、それぞれ３Ｌ／ｍｉｎ、０Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎとなる。外部へのガスの排出をしていないときの燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（４＋８＋８）／（２＋１０＋８）×１００＝１００％となる。
　次に、図１０を参照しながら、外部への不純物ガスの排出をするときの燃料電池システム４００の運転について説明を行う。
　燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する三方弁１４－２は通常発電時は第１の状態になっている。これを第２の状態にすると、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスが外部へ排出され、燃料電池スタック１０－２（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスは、全ての量が外部へ排出される。よって、外部へ排出される量は１Ｌ／ｍｉｎとなる。
　三方弁１４－２の切り替えと同時に、搬送部７－２での搬送量を、外部へ排出されたガスの量の分減らし、３－１＝２Ｌ／ｍｉｎとする。また、燃料ガス供給部２－２で供給される燃料ガスの量を、外部へ排出されたガスの量の分増やし、２＋１＝３Ｌ／ｍｉｎとする。
　したがって、外部へ不純物ガスを排出しているときの燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（４＋８＋８）／（３＋１０＋８）×１００＝９５．２％となる。
　以上より、３０分毎に３分間の、外部へのガス排出を行うと仮定した場合、燃料電池システム４００の燃料利用率Ｕｆｓは、
（不純物ガス排出操作をしないときのＵｆｓ）×（１－（Ｂ／Ａ））＋（不純物ガス排出操作をするときのＵｆｓ）×（Ｂ／Ａ）＝１００×２７／３０＋９５．２×３／３０＝９９．５％となる。
　燃料電池スタックの平均燃料利用率Ｕｆである８０％と比較すると、燃料電池システム４００として、燃料電池システムの燃料利用率Ｕｆｓは、１９．５％高くなり、高い発電効率の燃料電池システムを得ることができる。
　本実施例３のように、燃料電池システム４００は、発電する燃料電池スタックの発電量を同じにしなくても運転が可能である。
　（第４の実施の形態）
　図１１は、本開示の第４の実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。図１１は、図１に示す燃料電池システム１００に対して、全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの発電電圧を検知する電圧検知器１５を設けたものである。図１１において、図１～図７に示した燃料電池システム１００，２００と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
　第４の実施の形態では、燃料電池システム５００に設けられた、全ての燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの発電電圧を検知して、その電圧情報を制御部１１に送る電圧検知器１５が設けられている。本実施の形態では、外部への不純物ガスの排出を行うタイミングを、発電運転をする燃料電池スタック１０－１～１０－Ｎの中の最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧の値により判断する運転方法を用いる。
　すなわち、制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧が所定の電圧値に低下するまでは、第２二方弁１３－１～１３－Ｎを閉状態とする。制御部１１は、最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧が所定電圧値以下に低下したことを電圧検知器１５によって検知すると、最終段燃料電池スタック１０－Ｃに対応する第２二方弁１３－Ｃを開くように制御する。
　これと同時に、制御部１１は、第１二方弁１２－Ｃの切り替えを行い、燃料ガス供給部２－Ｃの流量を増加させる。搬送部７－Ｃの流量を減少させる方法は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同じとする。
　以上のように、不純物ガス濃度が最も高くなり、燃料ガス濃度が最も低くなる最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧により、不純物ガスの排出のタイミングを判断する。これにより、長期発電などにより、不純物ガスの増加速度が速まった場合においても、燃料ガス不足を起こすことなく、不純物濃度の高いタイミングで不純物ガスの排出をすることができる。よって、長時間の発電運転においても、高出力を保ちながら、燃料電池スタックの劣化を防ぎ、燃料電池システム５００の燃料利用率Ｕｆｓを高め、燃料電池システム５００の発電効率を高めることができる。
　なお、外部への不純物ガスの排出タイミングを決定するための閾値としては、最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧値を用いてもよいし、不純物ガスの排出をした直後の最終段燃料電池スタック１０－Ｃの発電電圧値から、一定割合低下させた電圧値を用いてもよい。また、最終段燃料電池スタック１０－Ｃの中の、特定の単セルスタックの電圧値、例えば、ガスの最も届きにくいとされる、ガスの入口から最も遠い場所に位置する単セルの電圧値を用いてもよい。
　（実施例４）
　次に第４の実施の形態の燃料電池システムの具体例である実施例４について、図１２および図１３を用いて説明する。
　図１２は、本開示の第４の実施の形態の実施例４の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしていないときのガスの流れを示したブロック図である。図１３は、本開示の第４の実施の形態の実施例４の燃料電池システムにおける、外部へガスの排出をしているときのガスの流れを示したブロック図である。
　図１２および図１３に示す、実施例４の燃料電池システム６００において、図１１に示す第４の実施の形態の燃料電池システム５００と同一の構成要素については、同一符号を付与して、重複する説明は省略する。
　本実施例４では、初段燃料電池スタック１０－Ｄとなる燃料電池スタック１０－２の発電量が、その他の発電する燃料電池スタック１０－４，１０－５の半分である場合の一例を示す。
　まず、外部へのガスの排出をしていないときの燃料電池システム６００の運転について、図１２を参照しながら説明する。燃料電池スタック１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５の中で、燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５を発電させる。燃料電池スタック１０－２を初段燃料電池スタック１０－Ｄとし、燃料電池スタック１０－５を最終段燃料電池スタック１０－Ｃとする。
　制御部１１に、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）の発電時の電圧値が６０Ｖ以下になると、外部への不純物ガスの排出を行うよう指示を入力する。発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の平均燃料利用率Ｕｆを８０％とする。
　第２二方弁１３－１～１３－５を全て閉状態とし、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）以外の、発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４に対応する第１二方弁１２－２，１２－４を閉状態とし、他の第１二方弁１２－１，１２－３，１２－５を開状態とする。
　発電しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する燃料ガス供給部２－１，２－３と、初段燃料電池スタック１０－Ｄとなる燃料電池スタック１０－２、および、発電しない燃料電池スタック１０－１，１０－３に対応する搬送部７－１，７－２，７－３とはガスを供給しない。発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５入り口部分での燃料ガス量は、順に、５Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎ、１０Ｌ／ｍｉｎである。
　このとき、発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５で消費される燃料ガス量は、それぞれ４Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎとなる。このため、発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５から排出される未反応燃料ガスの量は、それぞれ１Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　したがって、発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５に対応する燃料ガス供給部２－２，２－４，２－５で供給する燃料ガスの量は、順に５Ｌ／ｍｉｎ、９Ｌ／ｍｉｎ、６Ｌ／ｍｉｎとなる。発電する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５に対応する搬送部７－２，７－４，７－５で搬送する未反応燃料ガスの量は、それぞれ０Ｌ／ｍｉｎ、１Ｌ／ｍｉｎ、４Ｌ／ｍｉｎとなる。
　外部へのガスの排出をしていないときの燃料電池システム６００の燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（４＋８＋８）／（５＋９＋６）×１００＝１００％となる。
　本実施例４において、発電運転する燃料電池スタック１０－２，１０－４，１０－５の中の、初段燃料電池スタック１０－Ｄ（燃料電池スタック１０－２）および最終段燃料電池スタック１０－Ｃ（燃料電池スタック１０－５）とを除いた、中段燃料電池スタックとなる燃料電池スタック１０－４の燃料ガス供給量を以下の通りとする。燃料電池スタック１０－４の燃料ガス供給量は、燃料電池スタックの燃料利用率ＵｆをＵｆ８０以上にしないようにするため、燃料ガス消費量８Ｌ／ｍｉｎよりも多い９Ｌ／ｍｉｎとする。
　１Ｌ／ｍｉｎの燃料ガス供給量の増加分は、未反応燃料ガスとして次の段の燃料電池スタック（燃料電池スタック１０－５）に供給される。よって、次の段の燃料電池スタック（燃料電池スタック１０－５）の燃料供給量を、１Ｌ／ｍｉｎ減らして６Ｌ／ｍｉｎとして、燃料電池システム全体として燃料ガス供給量を調整する。これにより、燃料電池システム６００の平均燃料利用率Ｕｆｓを高くすることができる。
　次に、外部への不純物ガスの排出をするときの燃料電池システム６００の運転について、図１３を参照しながら説明を行う。
　制御部１１は、送られてくる燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）の発電時の電圧値が６０Ｖ以下になると、外部への不純物ガスの排出を行う。すなわち、制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第２二方弁１３－５を、閉状態から開状態へ切り替えて、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスを外部へ排出する。制御部１１は、それと同時に、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第１二方弁１２－５を、開状態から閉状態へ切り替える。
　燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する第１二方弁１２－５を閉じることにより、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）から排出された未反応燃料ガスは、全ての量が外部へ排出される。これにより、外部へ排出される量は２Ｌ／ｍｉｎとなる。
　制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する、第１二方弁１２－５および第２二方弁１３－５の切り替えと同時に、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する搬送部７－５での搬送量を、外部へ排出されたガスの量の分減らし、４－２＝２Ｌ／ｍｉｎとする。制御部１１は、燃料電池スタック１０－５（最終段燃料電池スタック１０－Ｃ）に対応する燃料ガス供給部２－５で供給される燃料ガスの量を、外部へ排出されたガスの量の分増やし、６＋２＝８Ｌ／ｍｉｎとする。
　したがって、外部へ不純物ガスを排出しているときの燃料利用率Ｕｆｓは、
（燃料ガス消費量）／（燃料ガス供給量）×１００＝（４＋８＋８）／（５＋９＋８）×１００＝９０．９％となる。
　以上より、３０分毎に２分間の外部へのガス排出を行った場合、燃料電池システム６００の燃料利用率Ｕｆｓは、
（不純物ガス排出操作をしないときのＵｆｓ）×（１－（Ｂ／Ａ））＋（不純物ガス排出操作をするときのＵｆｓ）×（Ｂ／Ａ）＝１００×２８／３０＋９０．９×２／３０＝９９．４％となり、
燃料電池スタックの平均燃料利用率Ｕｆである８０％と比較すると、燃料電池システム６００の燃料利用率Ｕｆｓは１９．４％高くなり、発電効率の高い燃料電池システム６００を得ることができる。
　以上のように、本開示にかかる燃料電池システムは、燃料電池スタックの未反応燃料ガスを、燃料ガス供給源からの燃料ガスと合流させてから他の燃料電池スタックへ供給する。これにより、今まで排出していた未反応燃料ガスを他の燃料電池スタックの一部燃料ガスとして用いることが可能になり、発電に使用する燃料ガスの損失を削減し、高い発電効率で運転することが可能な燃料電池システムを提供できる。よって、複数の燃料電池スタックに燃料ガスを供給して発電する燃料電池システム等として有用である。
　　２－１～２－Ｎ　燃料ガス供給部
　　３－１～３－Ｎ　燃料ガス供給経路
　　５－１～５－Ｎ　未反応燃料ガス循環経路
　　６－１～６－Ｎ　接続経路
　　７－１～７－Ｎ　搬送部
　　９－１～９－Ｎ　外部排出経路
　　１０－１～１０－Ｎ　燃料電池スタック
　　１１　制御部
　　１２－１～１２－Ｎ　第１二方弁
　　１３－１～１３－Ｎ　第２二方弁
　　１４－１～１４－Ｎ　三方弁
　　１５　電圧検知器
　　１００、２００、３００、４００、５００、６００　燃料電池システム

Claims (5)

  1. 　複数の燃料電池スタックと、
    　複数の燃料ガス供給部と、
    　複数の燃料ガス供給経路と、
    　複数の未反応燃料ガス循環経路と、
    　複数の搬送部と、
    　複数の第１二方弁と、
    　複数の外部排出経路と、
    　複数の第２二方弁と、
    　複数の接続経路と、
    を備え、
    　前記複数の燃料電池スタックそれぞれは、燃料ガスが供給される入口と未反応燃料ガスを排出する出口とを有し、前記燃料ガスを用いて発電し、
    　前記複数の燃料ガス供給部それぞれは、前記複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、前記複数の燃料電池スタックそれぞれに前記燃料ガスを供給し、
    　前記複数の燃料ガス供給経路それぞれは、前記複数の燃料ガス供給部それぞれの出口と、前記複数の燃料電池スタックそれぞれの前記入口とを接続し、
    　前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれは、前記複数の燃料電池スタックそれぞれの前記出口と、前記複数の燃料ガス供給経路それぞれとを連通させ、
    　前記複数の搬送部それぞれは、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、前記未反応燃料ガスを前記複数の燃料ガス供給経路それぞれに搬送し、
    　前記複数の第１二方弁それぞれは、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに個別に設けられ、前記複数の搬送部それぞれよりも上流側の、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれを開閉し、
    　前記複数の外部排出経路それぞれは、前記複数の燃料電池スタックそれぞれに個別に対応するように設けられ、前記複数の燃料電池スタックそれぞれの前記出口と前記複数の第１二方弁それぞれとの間で、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれから分岐する経路であって、前記未反応燃料ガスを外部に排出し、
    　前記複数の第２二方弁それぞれは、前記複数の外部排出経路それぞれに個別に設けられ、前記複数の外部排出経路それぞれを開閉し、
    　前記複数の接続経路それぞれは、一端が、前記複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれの、前記複数の外部排出経路それぞれへの分岐点と、前記複数の燃料電池スタックそれぞれの前記出口との間の、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通し、他端が、次の段の前記複数の燃料電池スタックそれぞれに対応する、前記複数の搬送部それぞれと前記複数の第１二方弁それぞれとの間の、前記複数の未反応燃料ガス循環経路それぞれに連通し、
    　前記複数の燃料ガス供給部それぞれは、供給動作させないときに、前記燃料ガスまたは前記未反応燃料ガスが、前記複数の燃料ガス供給部それぞれを通過できないように構成され、
    　前記複数の搬送部それぞれは、搬送動作させないときに、前記燃料ガスまたは前記未反応燃料ガスが、前記複数の搬送部それぞれを通過できないように構成された、
    燃料電池システム。
  2. 　前記複数の燃料ガス供給部と、前記複数の搬送部と、前記複数の第１二方弁と、前記複数の第２二方弁とを制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、
    　前記複数の燃料電池スタックの中で、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させ、
    　前記複数の燃料電池スタックの中で、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させず、前記発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の搬送部のうち、一または複数の搬送部を搬送動作させず、
    　前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックが１台の場合は、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する前記搬送部を搬送動作させ、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を開状態にし、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを前記外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にし、
    　前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合は、前記発電運転する複数の燃料電池スタックの中の、いずれか一つを初段燃料電池スタックとし、前記初段燃料電池スタックに対応する前記搬送部については搬送動作させず、前記発電運転する複数の燃料電池スタックの中で、前記初段燃料電池スタックを除いた、他の燃料電池スタックに対応する前記搬送部については搬送動作させ、前記初段燃料電池スタックから排出された前記未反応燃料ガスが、前記他の燃料電池スタックすべてを順番に流れ、最後に前記未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタックから排出された前記未反応燃料ガスが、前記最終段燃料電池スタックに供給されるように、前記複数の燃料電池スタックのうち、前記最終段燃料電池スタックを除いた燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を閉状態とし、前記最終段燃料電池スタックを除いた、前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を閉状態とし、前記発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁と、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を開状態とし、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを、前記複数の外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態にし、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする、
    ように構成された
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記複数の燃料ガス供給部と、前記複数の搬送部と、前記複数の第１二方弁と、前記複数の前記第２二方弁とを制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、
    　前記複数の燃料電池スタックの中で、発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させ、
    　前記複数の燃料電池スタックの中で、発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の燃料ガス供給部のうち、一または複数の燃料ガス供給部を供給動作させず、前記発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する、前記複数の搬送部のうち、一または複数の搬送部を搬送動作させず、
    　前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックが１台の場合は、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する、前記搬送部を搬送動作させ、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを、前記外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態にし、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にし、前記発電運転する１台の燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを、前記外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にし、
    　前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合は、前記発電運転する複数の燃料電池スタックの中の、いずれか一つを初段燃料電池スタックとし、前記初段燃料電池スタックに対応する前記搬送部については搬送動作させず、前記発電運転する複数の燃料電池スタックの中で、前記初段燃料電池スタックを除いた、他の燃料電池スタックに対応する前記搬送部については搬送動作させ、前記初段燃料電池スタックから排出された前記未反応燃料ガスが、前記他の燃料電池スタックすべてを順番に流れ、最後に前記未反応燃料ガスが流れる最終段燃料電池スタックから排出された前記未反応燃料ガスが、前記最終段燃料電池スタックに供給されるように、前記複数の燃料電池スタックのうち、前記最終段燃料電池スタックを除いた燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を閉状態とし、前記最終段燃料電池スタックを除いた、前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を閉状態とし、前記発電運転しない一または複数の燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を開状態とし、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第１二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを、前記外部排出経路によって外部に排出しないときは開状態に、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは閉状態にし、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を、前記未反応燃料ガス循環経路の前記未反応燃料ガスを前記外部排出経路によって外部に排出しないときは閉状態に、前記未反応燃料ガスを外部に排出するときは開状態にする、
    ように構成された、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記制御部は、前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックが複数台の場合に、
    　前記初段燃料電池スタックに対応する前記燃料ガス供給部からの前記燃料ガスの供給量を、前記初段燃料電池スタックで消費される前記燃料ガスの消費量よりも多くし、
    　前記初段燃料電池スタックおよび前記最終段燃料電池スタックを除いた、前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックに対応する前記燃料ガス供給部からの前記燃料ガスの供給量を、前記初段燃料電池スタックと前記最終段燃料電池スタックとを除いた、前記発電運転する一または複数の燃料電池スタックで消費される前記燃料ガスの消費量と同量にし、
    　前記最終段燃料電池スタックに対応する前記燃料ガス供給部からの前記燃料ガスの供給量を、前記最終段燃料電池スタックで消費される前記燃料ガスの消費量に、前記初段燃料電池スタックの消費量を足し算して、前記初段燃料電池スタックに対応する前記燃料ガス供給部からの前記燃料ガスの供給量を減算した量とする、
    ように構成された
    請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記複数の燃料電池スタックの発電電圧を検知する電圧検知器を備え、
    　前記制御部は、
    　前記最終段燃料電池スタックの前記発電電圧が所定電圧値に低下するまでは、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を閉状態とし、
    　前記最終段燃料電池スタックの前記発電電圧が前記所定電圧値以下に低下したことを前記電圧検知器によって検知すると、前記最終段燃料電池スタックに対応する前記第２二方弁を開く、
    ように構成された
    請求項２または請求項３に記載の燃料電池システム。
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