(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池の劣化防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明に係る燃料電池システムは、循環装置の駆動量を制御し、燃料オフガス循環路を介して循環する循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、燃料電池システムのシステム起動時において、循環量調整手段によって循環ガスの循環量が燃料ガスと循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大された状態で、パージ弁を開弁させて第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、第１起動パージ後であって循環量調整手段によりガス循環量が混合促進量よりも低減された状態で、パージ弁を開弁させて第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有していることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、
前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、
前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、
前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、
起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記循環装置の駆動量を制御し、前記燃料オフガス循環路を介して循環する循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、
前記循環量調整手段によって前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大された状態において、前記パージ弁を開弁させ、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、
前記第１起動パージ後であって前記循環量調整手段によって前記ガス循環量が前記混合促進量よりも低減された状態で前記パージ弁を開弁させ、前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、
を有していることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記循環装置は、前記燃料オフガス循環路上に配置される循環ポンプを備え、
前記循環量調整手段は、前記循環ポンプの駆動回転数を制御して前記循環ガスの循環量を調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記循環装置は、
前記燃料ガス供給路と前記燃料オフガス循環路との接続点に配置されるエゼクタと、
前記燃料ガス供給路上であって前記エゼクタよりも上流側に配置され、前記燃料ガスの供給量を制御する第１燃料供給手段と、
前記燃料ガス供給路から分岐し、前記第１燃料供給手段と前記エゼクタとをバイパスして前記燃料ガス供給路に接続するバイパス供給路と、
前記バイパス供給路上に配置される第２燃料供給手段と、を備え、
前記循環量調整手段は、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段との駆動を制御し、前記循環ガスの循環量を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記燃料電池に発電開始させる発電開始手段を有し、
前記発電開始手段は、前記第１起動パージの完了後に前記燃料電池に発電を開始させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池とエアポンプとを接続して前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給路と、
前記燃料電池から排出された酸化剤オフガスが流れる酸化剤オフガス排出路と、
前記酸化剤オフガスによって前記燃料オフガスを希釈する希釈部と、を備え、
前記制御装置は、
前記エアポンプの駆動回転数を制御し、前記酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給量調整手段を有し、
前記酸化剤ガス供給量調整手段は、前記燃料電池の発電の開始から前記第２起動パージの完了時までの前記酸化剤ガスの供給量を、前記燃料電池の負荷状態に応じた負荷相当量よりも増大させていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記燃料電池に供給された前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段を有し、
前記圧力調整手段は、前記第２起動パージの実行時の前記燃料ガスの圧力を前記第１起動パージの実行時よりも低減させていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、
前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、
前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、
前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、
起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、
を備えている燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御装置は、前記循環装置の駆動量を制御して循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、前記第１起動パージ後に前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有し、
前記燃料電池の起動信号を検出するステップと、
前記起動信号の検出後に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大させるステップと、
前記循環ガスの循環量の増大後に、前記第１起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第１起動パージを実行するステップと、
前記第１起動パージの完了後に、前記第２起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第２起動パージを実行するステップと、
前記第１起動パージの完了後であって前記第２起動パージの完了前に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記ガス循環量を前記混合促進量よりも低減させるステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、
前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、
前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、
前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、
起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、
を備えている燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御装置は、前記循環装置の駆動量を制御して循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、前記第１起動パージ後に前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有し、
前記燃料電池の起動信号を検出するステップと、
前記起動信号の検出後に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大させるステップと、
前記循環ガスの循環量の増大後に、前記燃料電池の燃料ガス流路の圧力が発電許可できる所定圧となるまで待機するステップと、
前記待機するステップ後に、前記燃料電池のソーク時間が前記第１起動パージの実行を不要とする所定時間以内であるか否かを判定するステップと、
前記所定時間以内である判定した場合に、前記第１起動パージを実行することなく、前記燃料電池の発電を許可するステップと、
前記発電を許可するステップ後に、前記第２起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第２起動パージを実行するステップと、
前記発電許可後であって前記第２起動パージの完了前に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記ガス循環量を前記混合促進量よりも低減させるステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から燃料電池システムの起動時には、循環ポンプ等の循環装置によって、燃料電池のアノード流路上に滞留する空気が、アノード系の循環流路上を循環するような流れを作っている。これにより、供給する水素とアノード流路に滞留していた空気との混合が促進され、燃料電池のアノード流路の入口側と出口側との水素濃度勾配の解消が図られている。
また、燃料電池システムの起動時には、循環装置による循環中に、アノード流路に滞留する空気を排除するためのパージ（以下、「起動パージ」という。）が行われている（下記の特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６５０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の起動パージによれば、循環装置による循環中に行われているため、パージ弁を開弁しても排出されるガスが少なく、パージ効率が低かった。
一方で、パージ効率を高めるために循環装置によるガス循環量を減少させると、アノード流路の入口側と出口側との水素濃勾配を解消できず、燃料電池が劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、燃料電池の劣化防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置は、前記循環装置の駆動量を制御し、前記燃料オフガス循環路を介して循環する循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、前記循環量調整手段によって前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大された状態において、前記パージ弁を開弁させ、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、前記第１起動パージ後であって前記循環量調整手段によって前記ガス循環量が前記混合促進量よりも低減された状態で前記パージ弁を開弁させ、前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有していることを特徴とする。
【０００７】
前記する発明によれば、燃料電池システムの起動時において、循環ガスの循環量が燃料ガスと循環ガスとの混合が促進される混合促進量に増大される。
そのため、第１起動パージの実行時において、燃料電池システムの起動時にアノード流路に滞留する空気が燃料ガスと十分に混合された状態となっており、燃料電池のアノード流路の燃料ガスの濃度勾配が解消し、燃料電池の劣化が回避される。
また、第２起動パージの実行時において、循環ガスの循環量が低減しているため、燃料オフガス排出路上のガスにおいてパージ弁側に向かうガス量を増加させてパージ効率が向上し、比較的短い時間でガス置換することができる。
以上、本願発明によれば、循環ガスの循環量を調整しながら、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行するため、燃料電池の劣化の防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる。
【０００８】
また、前記循環装置は、前記燃料オフガス循環路上に配置される循環ポンプを備え、前記循環量調整手段は、前記循環ポンプの駆動回転数を制御して前記循環ガスの循環量を調整することが好ましい。
【０００９】
前記する構成によれば、循環ポンプを用いているため、循環ガスの循環量を混合促進量に設定することが容易となる。
【００１０】
また、前記循環装置は、
前記燃料ガス供給路と前記燃料オフガス循環路との接続点に配置されるエゼクタと、前記燃料ガス供給路上であって前記エゼクタよりも上流側に配置され、前記燃料ガスの供給量を制御する第１燃料供給手段と、前記燃料ガス供給路から分岐し、前記第１燃料供給手段と前記エゼクタとをバイパスして前記燃料ガス供給路に接続するバイパス供給路と、前記バイパス供給路上に配置される第２燃料供給手段と、を備え、前記循環量調整手段は、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段との駆動を制御し、前記循環ガスの循環量を調整することが好ましい。
【００１１】
前記する構成によれば、第１燃料供給手段により供給される燃料ガスを調整することで、エゼクタを介して吐き出される循環ガスの循環量を混合促進量に設定することができる。
【００１２】
また、前記制御装置は、前記燃料電池に発電開始させる発電開始手段を有し、前記発電開始手段は、前記第１起動パージの完了後に前記燃料電池に発電を開始させることが好ましい。
【００１３】
前記する構成によれば、起動パージにおける第１起動パージの完了後に燃料電池が発電を開始するため、システム起動時から電力供給までの時間を短縮することができる。
なお、第１起動パージの完了時においては、アノード流路に滞留する空気が燃料ガスと十分に混合されて、燃料電池のアノード流路に新しい燃料ガスが拡散されている。そのため、第１起動パージの完了後に、発電開始してもストイキ不足となるおそれがない。
【００１４】
また、前記燃料電池とエアポンプとを接続して前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給路と、前記燃料電池から排出された酸化剤オフガスが流れる酸化剤オフガス排出路と、前記酸化剤オフガスによって前記燃料オフガスを希釈する希釈部と、を備え、前記制御装置は、前記エアポンプの駆動回転数を制御し、前記酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給量調整手段を有し、前記酸化剤ガス供給量調整手段は、前記燃料電池の発電の開始から前記第２起動パージの完了時までの前記酸化剤ガスの供給量を、前記燃料電池の負荷状態に応じた負荷相当量よりも増大させていることが好ましい。
【００１５】
前記する構成によれば、燃料電池の負荷状態に応じた負荷相当量よりも増大した酸化剤ガスが供給されているため、前記燃料電池の発電の開始後に第２起動パージを実行したとしても、希釈部により希釈化された排ガス中の燃料オフガスの濃度が高くなることが回避される。
【００１６】
また、前記制御装置は、前記燃料電池に供給された前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段を有し、前記圧力調整手段は、前記第２起動パージの実行時の前記燃料ガスの圧力を前記第１起動パージの実行時よりも低減させていることが好ましい。
【００１７】
前記する構成によれば、第２起動パージを実行する場合のパージ効率をさらに高めることができる。
【００１８】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、を備えている燃料電池システムの制御方法であって、前記制御装置は、前記循環装置の駆動量を制御して循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、前記第１起動パージ後に前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有し、前記燃料電池の起動信号を検出するステップと、前記起動信号の検出後に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大させるステップと、前記循環ガスの循環量の増大後に、前記第１起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第１起動パージを実行するステップと、前記第１起動パージの完了後に、前記第２起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第２起動パージを実行するステップと、前記第１起動パージの完了後であって前記第２起動パージの完了前に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記ガス循環量を前記混合促進量よりも低減させるステップと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
前記する発明によれば、混合促進量に増大させるステップにより、燃料電池システムの起動時にアノード流路に滞留する空気が燃料ガスと十分に混合された状態となる。そのため、アノード流路の燃料ガスの濃度勾配が解消し、燃料電池の劣化が回避される。
また、混合促進量を低減させるステップにより循環ガスが低減する。よって、循環ガスが低減された状態で第２起動パージが実行されるため、燃料オフガス排出路上のガスにおいてパージ弁側に向かうガス量を増加させることができ、パージ効率が向上する。
よって、本願発明によれば、燃料電池の劣化の防止とパージ効率の向上との両立が図れる。
【００２０】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池と燃料タンクとを接続する燃料ガス供給路と、前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス排出路と、前記燃料オフガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続する燃料オフガス循環路と、前記燃料オフガス排出路上であって前記燃料オフガス循環路との接続点よりも下流側に配置され、開弁により前記燃料オフガスを排出するパージ弁と、前記燃料オフガス循環路を介して前記燃料オフガスを循環させる循環装置と、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する制御装置と、を備えている燃料電池システムの制御方法であって、前記制御装置は、前記循環装置の駆動量を制御して循環ガスの循環量を調整する循環量調整手段と、前記第１起動パージを実行する第１起動パージ手段と、前記第１起動パージ後に前記第２起動パージを実行する第２起動パージ手段と、を有し、前記燃料電池の起動信号を検出するステップと、前記起動信号の検出後に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記循環ガスの循環量が前記燃料ガスと前記循環ガスとの混合を促進させることができる混合促進量に増大させるステップと、前記循環ガスの循環量の増大後に、前記燃料電池の燃料ガス流路の圧力が発電許可できる所定圧となるまで待機するステップと、前記待機するステップ後に、前記燃料電池のソーク時間が前記第１起動パージの実行を不要とする所定時間以内であるか否かを判定するステップと、前記所定時間以内である判定した場合に、前記第１起動パージを実行することなく、前記燃料電池の発電を許可するステップと、前記発電を許可するステップ後に、前記第２起動パージ手段が前記パージ弁を開弁して、前記第２起動パージを実行するステップと、前記発電許可後であって前記第２起動パージの完了前に、前記循環量調整手段が前記循環装置を制御して、前記ガス循環量を前記混合促進量よりも低減させるステップと、を含むことを特徴とする。
【００２１】
前記する発明によれば、混合促進量に増大させるステップにより、燃料電池システムの起動時にアノード流路に滞留する空気が燃料ガスと十分に混合された状態となる。そのため、アノード流路の燃料ガスの濃度勾配が解消し、燃料電池の劣化が回避される。
また、第２起動パージの実行時において、混合促進量を低減させるステップにより循環ガスが低減しているため、燃料オフガス排出路上のガスにおいてパージ弁側に向かうガス量を増加させることができ、パージ効率が向上する。
よって、本願発明によれば、燃料電池の劣化の防止とパージ効率の向上との両立が図れる。
さらに、燃料電池のソーク時間が所定時間以内であると判定した場合、第１起動パージを実行することなく発電許可するため、発電開始まで時間を短縮化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の劣化防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】ソーク時間と起動パージの全パージ量及び第１起動パージのパージ量との対応関係を示すマップである。
【図３】第１実施形態のシステム起動時において、燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態のシステム起動時において、燃料電池システムの動作例を示すタイムチャートである。
【図５】第１実施形態の変形例に係る燃料電池システムの動作例を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図７】第２実施形態のシステム起動時において、燃料電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態のシステム起動時において、燃料電池システムの動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池車に搭載されている。燃料電池車とは、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車などである。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。または、家庭用や業務用の定置式のものに適用してもよい。
【００２５】
図１に示すように、第１実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を供給及び排出するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を供給及び排出するカソード系と、燃料電池スタック１０の発電を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２６】
燃料電池スタック１０は、複数の固体高分子型の単セル１１が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１が電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜などからなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノードおよびカソード（電極）とを備えている。
【００２７】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素または空気を供給するための溝や、単セル１１に水素または空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝および貫通孔がアノード流路１２（燃料ガス流路）、カソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１３を介して各カソードに空気が供給されると、各単セル１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０とモータ４１などの外部回路とが電気的に接続されて電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
【００２８】
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給源）、常閉型の遮断弁２２、第１インジェクタ２３Ａ（燃料ガス調圧供給手段：図面ではＩＮＪＡと表記）、パージ弁２６、水素ポンプ２７、圧力センサ２８を主に備えている。
また、アノード系には、水素タンク２１からアノード流路１２の入口１２ａまでを接続する燃料ガス供給路として、配管２１ａと、配管２２ａと、配管２４ａとが設けられている。
【００２９】
水素タンク２１は、水素が高圧で封入されるタンクである。
また、遮断弁２２は、配管２１ａを介して水素タンク２１と接続されるとともに、ＥＣＵ６０からの指令に従って開閉する電磁作動式の弁である。
【００３０】
第１インジェクタ２３Ａは、ＥＣＵ６０により電子制御されることで、通常時に水素を間欠的（断続的）に噴射するものであり、高圧起動時に水素を短時間連続的に噴射することができるものである。第１インジェクタ２３Ａは、ハウジング、ソレノイド、プランジャ、圧縮コイルばね、ノズルなど公知の部品を組み合わせて構成されている。
また、第１インジェクタ２３Ａは、配管２２ａを介して遮断弁２２ａと接続し、配管２４ａを介して燃料電池１０のアノード流路１２に接続している。そして、遮断弁２２が開いた状態で、第１インジェクタ２３Ａが水素を噴射すると、水素タンク２１の水素が配管２１ａなどを通って、アノード流路１２に供給されるようになっている。
【００３１】
また、燃料電池のアノード流路１２の出口１２ｂには、配管２６ａが接続されている。配管２６ａは、パージ弁２６、配管２６ｂを介して、後記する希釈部３４に接続されている。
パージ弁２６は、燃料電池スタック１０の発電時に、アノード循環流路（アノード流路１２、配管２６ａ，２７ａ、２４ａ）を循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素など）を排出（パージ）する場合や、システム起動時にアノード流路１２を水素に置換する場合、ＥＣＵ６０によって開かれる。
【００３２】
水素ポンプ２７は、アノード流路１２の出口１２ｂから排出されたアノードオフガス（燃料オフガス）をアノード流路１２の入口１２ａに戻して循環させる水素ポンプ（循環量調整手段）であり、ＥＣＵ６０からの指令により制御される。
なお、水素ポンプ２７の導入口は、配管２７ａを介して配管２６ａに接続され、水素ポンプ２７の導出口は、配管２７ｂを介して配管２４ａに接続されている。
【００３３】
圧力センサ２８は、アノード流路１２の入口１２ａの近傍の配管２４ａに取り付けられている。また、圧力センサ２８は、配管２４ａ内の圧力（アノード流路１２のアノード圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。なお、圧力センサ２８は、アノード流路１２の出口１２ｂの近傍の配管２６ａであってもよい。
【００３４】
カソード系は、エアポンプ３１、加湿器３２、背圧弁３３、希釈部３４、圧力センサ３５などを備えている。
【００３５】
エアポンプ３１の吐出口は、配管３１ａ、加湿器３２、配管３２ａを介してカソード流路１３の入口に接続されている。また、エアポンプ３１は、モータ（不図示）で駆動されるものであり、ＥＣＵ６０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１３に向けて供給するようになっている。
【００３６】
カソード流路１３の出口は、配管３２ｂ、加湿器３２、配管３３ａ、背圧弁３３、配管３３ｂを介して、希釈部３４に接続されている。
【００３７】
加湿器３２は、水分が透過可能な中空糸膜（図示せず）を備え、この中空糸膜を介して、エアポンプ３１からの新規空気と、カソード流路１３の出口からの多湿なカソードオフガスとの間で水分交換させ、新規空気を加湿するものである。
【００３８】
背圧弁３３は、常開型のバタフライ弁などで構成され、ＥＣＵ６０の指令に従って、その背圧（カソード流路１３の圧力）を制御するようになっている。ちなみに、アノードとカソードの極間差圧が大きくなり過ぎないように、背圧弁３３を制御することで、カソードの圧力を上昇／低下させることができる。
【００３９】
希釈部３４は、配管３３ｂと配管２６ｂとが接続する部位である。よって、この希釈部３４で、配管２６ｂを流れるアノードオフガスと配管３３ｂを流れるカソードオフとが合流し、アノードオフガスがカソードオフガスにより希釈化される。そして、希釈化されたアノードオフガスが配管３４ａを介して車外に排出される。
【００４０】
圧力センサ３５は、カソード流路１３の入口近傍の配管３２ａに取り付けられている。また、圧力センサ３５は、配管３２ａ内の圧力（カソード流路１３の圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。なお、圧力センサ３５は、カソード流路１３の出口近傍の配管３２ｂであってもよい。
【００４１】
電力制御系は、モータ４１、ＰＤＵ４２（Power Drive Unit）、電力制御器４３、コンタクタ４４などを備えている。モータ４１は、ＰＤＵ４２、電力制御器４３、コンタクタ４４を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。
【００４２】
モータ４１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。
【００４３】
ＰＤＵ４２は、ＥＣＵ６０の指令に従って、電力制御器４３からの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ４１に供給するインバータである。
【００４４】
電力制御器４３は、ＥＣＵ６０の指令に従って、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路などの各種電子回路を備え、燃料電池スタック１０の出力（発電電力、電流値、電圧値）を制御する機能を備えている。
【００４５】
コンタクタ４４は、燃料電池スタック１０と電力制御器４３との間に配設され、モータ４１などの外部負荷と燃料電池スタック１０との接続／遮断を行う開閉器を備えて構成され、ＥＣＵ６０によって開閉される。
【００４６】
ＩＧ５１は、燃料電池システム１（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ５１はＥＣＵ６０と接続されており、ＥＣＵ６０はＩＧ５１のＯＮ信号（システム起動信号）、ＯＦＦ信号（システム停止信号）を検知するようになっている。
【００４７】
タイマ５２は、ＩＧ５１のＯＦＦ信号を検知してからＯＮ信号を検知するまでの燃料電池スタック１０のソーク時間（停止時間）を計測するものであり、計測したソーク時間をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００４８】
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００４９】
ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３ＡをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する機能を備えている。そして、ＥＣＵ６０は、インターバル（開弁開始から次の開弁開始までの間隔、基準周期）に対する第１インジェクタ２３Ａに出力する開指令（開弁時間［Ｔｉ値］、ＯＮデューティ）の比率を可変することで、第１インジェクタ２３Ａから噴射して、アノード流路１２に供給される水素の流量を制御する機能を備えている。
【００５０】
ＥＣＵ６０は、エアポンプ３１の駆動とその駆動回転数とを制御し、カソードに供給される酸素の流量を調整する機能（酸化剤ガス供給量調整手段）を備えている。なお、この酸化剤ガス供給量調整手段によって、カソードに供給される酸素の流量については後述する。
【００５１】
ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７の駆動とその駆動回転数とを制御し、アノード循環流路（アノード流路１２、配管２６ａの一部、配管２７ａ，２７ｂおよび配管２４ａの一部）を循環する循環ガスの循環量を調整する機能（循環量調整手段）を備えている。
また、ＥＣＵ６０は、ＩＧ５１のＯＮ信号の検知した場合、水素ポンプ２７を駆動させて、ガスがアノード循環流路を循環するような流れを作るとともに、その循環するガスの循環量が混合促進量となるように、水素ポンプ２７の駆動回転数を制御する機能を備えている。なお、混合促進量とは、循環するガスの流れに水素を供給した場合に、その水素が短時間でアノード循環流路を循環し、水素と空気（主に窒素）との混合を促進させることができる流量であり、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側との間での水素の濃度勾配を解消するための流量である。
さらに、ＥＣＵ６０は、後述する発電許可フラグが立った場合に、水素ポンプ２７の駆動を停止させて、又は駆動回転数を低減させて、アノード系を循環する循環量を混合促進量よりも少ない循環量（以下、「減少循環量」という。）となるように、制御する機能を備えている。
また、この減少循環量とは、混合促進量よりも少なければ特に限定されない。また、減少循環量は、水素ポンプ２７が駆動せずに循環ガスの循環量が全くない状態（以下、単に「循環量がゼロ」という。）を含む。
なお、本実施形態においては、減少循環量に関し、水素ポンプ２７の駆動を停止させ、循環量がゼロとなるように設定した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明は、循環量がゼロの状態となることで、ストイキ不足となるおそれがある場合には、水素ポンプ２７の駆動回転数を低減させて、ストイキ不足を解消できる必要最小限の循環量となるように設定してもよいものである。
【００５２】
ＥＣＵ６０は、ＩＧ５１のＯＮ信号の検知後であって、圧力センサ２８で検知されたアノード圧力が所定値以上の場合に、パージ弁２６を連続開弁させて起動パージを実行する機能を備えている。ここで、起動パージによるパージ量は、燃料電池スタック１０のアノード流路１２上に滞留する空気を排出して水素に置換するために必要な排出量である。
また、本実施形態では、図２に示すように、予め試験等により得られたマップに基づき、タイマ５２が計測したソーク時間に応じたパージ量を導出できるようになっている。なお、図２に示すように、ソーク時間が長くなるにつれて、アノード流路１２に滞留する空気が増加するため、起動パージ量も増大するようになっている。
なお、本実施形態では、起動パージを実行する場合に、パージ弁２６が連続開弁するように構成されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、所定のパージ量をパージできれば、パージ弁２６が開閉するように構成してもよい。
【００５３】
また、ＥＣＵ６０は、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行する機能（第１起動パージ手段、第２起動パージ手段）を備えている。
この第１起動パージは、ＩＧ５１のＯＮ信号の検知後であってアノード圧力が所定圧になった場合に実行する起動パージである。なお、ここでいう所定圧については後述する。
また、第１起動パージによるパージ量は、燃料電池のストイキ不足を解消できる量であって、予め試験等により得られたマップに基づき、タイマ５２が計測したソーク時間に応じて導出されるようになっている（図２参照）。
なお、ＥＣＵ６０は、この第１起動パージを完了した場合に、発電許可フラグを立てて、発電許可する機能（発電許可手段）を備えている。
ただし、図２に示すように、ソーク時間が所定時間Ｔよりも短い場合、言い換えれば、燃料電池１０のアノード流路１２内に残留する水素が多く、一方でカソード流路１３から電解質膜を介してアノード流路１２に透過する空気が少ない場合には、燃料電池１０の発電を開始してもストイキ不足となるおそれが低い。そのため、ＥＣＵ６０は、ソーク時間が所定時間Ｔよりも短い場合には、第１起動パージを実行せず、発電許可フラグを立てて発電許可するようになっている。
【００５４】
一方、第２起動パージは、発電許可フラグが立った後に実行される起動パージである。
本実施形態では、発電許可フラグが立ってから所定待機時間経過後に、第２起動パージが実行するようになっている。なお、この所定待機時間については後述する。
また、第２起動パージによるパージ量は、起動パージ量（全部）から第１起動パージ量を差し引いた量である（図２参照）。
なお、ＥＣＵ６０は、この第２起動パージの実行中において、第１インジェクタ２３Ａから噴射されてアノード流路１２に供給される水素の流量を低減させて、アノード流路１２の圧力を低減させる機能（圧力調整手段）を備えている。
【００５５】
次に、ＥＣＵ６０がＩＧ５１のＯＮ信号（システム起動信号）を検知し、燃料電池システム１が起動する際の動作について、図３、図４を参照して説明する。
なお、燃料電池システム１の運転停止時（ＩＧ−ＯＦＦ時）は、燃料電池スタック１０への水素および空気の供給が停止され、燃料電池スタック１０の発電が停止している。また、パージ弁２６は閉弁している。
【００５６】
図３に示すように、ＥＣＵ６０は、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知した場合（ＳＴＲＡＴ）、ステップＳ１０１において、遮断弁２２を開く（図４の「ｔ０」時参照）。なお、この時点では、第１インジェクタ２３Ａが閉じているので、水素タンク２１内の水素は、図示しない減圧弁で減圧された後に、第１インジェクタ２３Ａの上流側の位置で停止している。
【００５７】
また、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、エアポンプ３１を作動（ＯＮ）させカソード流路１３に空気を供給する（図４の「ｔ０」時を参照）。
なお、この場合に、エアポンプ３１を所定回転速度以上（通常発電時よりも高い）の回転速度で駆動させて、通常発電時よりも増量した酸素を供給するようになっている。
【００５８】
さらに、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７の駆動を開始（ＯＮ）するとともに、水素ポンプ２７の駆動回転数が混合促進量となるように制御する（図４の「ｔ０」時を参照）。
これにより、ソーク時にアノード流路１２に滞留していた空気が、アノード循環流路（アノード流路１２、配管２６ａの一部、配管２７ａ，２７ｂおよび配管２４ａの一部）内を循環し始める。
【００５９】
そして、ステップＳ１０２に進み、ＥＣＵ６０は、所定時間が経過したか否かを判定する。なお、この所定時間とは、水素ポンプ２７の駆動を開始してからアノード循環流路を循環する空気が混合促進量となるまでに必要な時間を指し、事前の試験などに基づいて決定される。
【００６０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、所定時間が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進み、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。
【００６１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａを開弁する。これにより、供給された水素がアノード循環流路を循環し、水素と空気とが混合し始める。
【００６２】
ステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ６０は、圧力センサ２８で検知されたアノード圧力が所定値以上であるか否かを判定する。なお、所定値（目標圧力）は、燃料電池スタック１０の発電開始（コンタクタ４４のＯＮによる燃料電池スタック１０の発電電流の取り出し）を行っても、ストイキ不足とならないと判断できる圧力値であり、事前の試験などに基づいて決定される。
【００６３】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６０は、アノード圧力が所定値未満であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返しながらアノード圧力が所定値以上となるまで待機する。一方で、アノード圧力が所定値以上であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進む。
【００６４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、ソーク時間が所定時間Ｔ（図２参照）よりも長い否かを判定する。
【００６５】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、ソーク時間が所定時間Ｔよりも長いと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進み、ソーク時間が所定時間Ｔよりも長くないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０８に進む。
なお、ステップＳ１０８に進む場合とは、燃料電池１０のアノード流路１２内に残留する水素が多く、燃料電池１０の発電を開始してもストイキ不足となるおそれがない場合である。
【００６６】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ６０は、パージ弁２６を連続開弁させて第１起動パージを実行する（図４の「ｔ１」時を参照）。これにより、起動パージの全パージ量のうち、第１起動パージのパージ量が排出される。
また、ここでパージ弁２６を開弁したとしても、エアポンプ３１の駆動回転数が通常発電時よりも高く、通常発電時よりも増量した酸素が供給されているため（Ｓ１０１参照）、高濃度の水素が車外に排出されることはない。
【００６７】
ステップＳ１０７に進み、ＥＣＵ６０は、所定量のパージ量がパージされて第１起動パージが完了したか否かを判定する。所定量のパージ量がパージされたか否かは、例えば、パージ弁２６の開弁時間などに基づいて判定することができる。
【００６８】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ６０は、第１起動パージが完了していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０７の処理に戻り、第１起動パージが完了したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。
【００６９】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ６０は、発電許可フラグを立てる（図４の「ｔ２」時を参照）。なお、この時点では、第１起動パージのみが実行されて、起動パージにより排出すべき全部のパージ量を排出していないが、既に燃料電池スタック１０のアノード流路１２に新しい燃料ガスが拡散されているため、第１起動パージの完了後に、発電開始してもストイキ不足となるおそれがない。
【００７０】
そして、ステップＳ１０９に進み、ＥＣＵ６０は、コンタクタ４４をＯＮ（燃料電池スタック１０と外部負荷との接続）にして、燃料電池スタック１０からの発電電流の取り出しを開始する。
また、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ６０は、エアポンプ３１の駆動回転数に関し、所定回転速度以上（通常発電時よりも高い）の状態を維持し、通常発電時よりも増量した酸素を供給する（図４の「ｔ２」時を参照）。
さらに、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７の駆動を停止させる（図４の「ｔ２」時を参照）。
そのほか、ＥＣＵ６０ａは、第１インジェクタ２３ＡをＰＷＭ制御して、負荷に応じた負荷に応じた供給量の供給を開始する。
【００７１】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７の駆動停止から所定待機時間が経過したか否かを判定する。
なお、この所定待機時間は、水素ポンプ２７の駆動停止又は駆動回転数の低減を開始し、アノード循環流路を循環する循環ガスの循環量が混合促進量から減少循環量となるために必要な時間（本実施形態のように、水素ポンプ２７を駆動停止させた場合には、循環量がゼロとなるために必要な時間）であり、事前の試験などに基づいて設定される。
【００７２】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ６０は、所定待機時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０の処理に戻り、所定待機時間が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１に進む。
【００７３】
また、ステップＳ１１１において、ＥＣＵ６０は、パージ弁２６を連続開弁させて、第２起動パージを実行する（図４の「ｔ３」時を参照）。
ここで、第２起動パージの実行時における循環ガスの循環量は、混合促進量よりも低減された減少循環量（本実施形態では循環量がゼロの状態）となっており、パージ弁２６を開弁させた場合に多くのガスを排出できる状態となっている。そのため、第２起動パージは、第１起動パージよりもパージ効率が高い状態で実行されることとなる。なお、ステップＳ１１１において、パージ弁２６を開弁しているが、エアポンプ３１の駆動回転数が通常発電時よりも高いため（Ｓ１０９参照）、高濃度の水素が車外に排出されることはない。
【００７４】
また、ステップＳ１１１において、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａから供給される水素量を低減させて、アノード圧力を低下させる。これによれば、第２起動パージのパージ効率を向上させることができる。
【００７５】
ステップＳ１１２に進み、ＥＣＵ６０は、所定量のパージ量がパージされて第２起動パージが完了したか否かを判定する。第２起動パージが完了したか否かは、例えば、パージ弁２６の開弁時間などに基づいて判定することができる。
【００７６】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ６０は、第２起動パージが完了したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１２の処理を繰り返す。
【００７７】
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７を停止させる（本実施形態では、停止状態を維持させる）とともに、エアポンプ３１及び第１インジェクタ２３Ａの駆動状態を通常の状態となるように制御して、負荷に応じた供給量の供給を開始し（図４の「ｔ４」時を参照）、通常発電を行う（Ｅｎｄ）。
【００７８】
以上、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、循環ガスの循環量を調整しながら、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行するため、燃料電池の劣化の防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる。
【００７９】
また、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、起動パージにおける第１起動パージの完了後に燃料電池が発電を開始するため、システム起動時から電力供給までの時間を短縮することができる。
【００８０】
また、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、循環ガスの循環量を調整するために水素ポンプ２７を用いているため、循環ガスの循環量を混合促進量に設定することが容易となる。
【００８１】
以上、第１実施形態に係る燃料電池システム１について説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
本実施形態において、第２起動パージの実行前に、循環ガスの循環量を混合促進量から減少循環量に減少させているが（図４の「ｔ２」、「ｔ３」を参照）、本発明はこれに限定されない。
たとえば、図５に示すように、第２起動パージ中に（図５の「ｔ３〜ｔ４」を参照）、循環ガスの循環量を混合促進量から減少循環量に減少させてもよい。この変形例によっても、第２起動パージ中に循環ガスの循環量が低減し、パージ効率の高い状態で第２起動パージを実行することができる。
【００８２】
また、第１実施形態では、第２起動パージの実行時の循環量が一定量である減少循環量としているが、本発明はこれに限定されるものでない。
たとえば、図５に示す変形例によれば、第２起動パージの実行（図５の「ｔ３〜ｔ４」を参照）により水素濃度が上昇することとなるが、その水素濃度の上昇に併せて、水素ポンプ２７の駆動回転数を逓減するように構成してもよい。これによれば、パージ効率の向上のほかに、水素ポンプ駆動に伴う電力消費量を削減しつつ、ストイキを確保することができる。
【００８３】
以上、第１実施形態に係る燃料電池システム１では、水素ポンプ２７により循環ガス量を調整する場合を説明したが、つぎに、エゼクタ２４を備えるとともに第１インジェクタ２３Ａにより循環ガス量を調整する第２実施形態の燃料電池システム１ａについて説明する。
【００８４】
（第２実施形態）
まず、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａの構成について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａは、水素ポンプ２７と、配管２７ａ及び２７ｂを有していない。その代わりに、燃料ガス供給路の一部（２３ａ、２４ａ）と、燃料オフガス排出路の一部（配管２６ａ）とを接続する循環路（配管２５ａと配管２５ｂ）が設けられ、その接続点にエゼクタ２４が設けられている。以下、詳細に説明する。
【００８５】
エゼクタ２４は、エゼクタ２４は、燃料ガス供給路（２３ａ、２４ａ）と、配管２５ｂとの接続点に設けられている。
そして、エゼクタ２４は、水素（第１インジェクタ２３Ａからの水素）を噴射することで負圧を発生させるノズル２４ｂと、水素と前記負圧で吸引された配管２５ａおよび配管２５ｂのアノードオフガス（燃料オフガス）を混合し、配管２４ａ（アノード流路１２）に向けて供給するディフューザ２４ｃと、を備えている。そして、エゼクタ２４により、アノード流路１２から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスが循環するようになっている。
そのほか、循環路（配管２５ａと配管２５ｂ）の中間には、アノードオフガスの逆流を防止する逆止弁２５が設けられている。また、配管２６ａには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００８６】
また、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａには、燃料ガス供給路の一部（２２ａ）から分岐し、第１インジェクタ２３Ａとエゼクタ２４とをバイパスして燃料ガス供給路の一部（２４ａ）に接続するバイパス供給路（２２ｂ、２３ｂ）と、そのバイパス供給路上に配置される第２インジェクタ２３Ｂとが設けられている。
なお、本実施形態における第２インジェクタ２３Ｂは、第１インジェクタ２３Ａと同種のもの（同一性能を有するもの）を使用しているが、本発明においては第２インジェクタ２３Ｂが第１インジェクタ２３Ａよりも大流量の水素を噴射できるものを使用してもよく、特に限定されない。
【００８７】
また、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａのＥＣＵ６０ａは、第１実施形態に係るＥＣＵ６０と同等の処理を行うように構成されている。ただし、ＥＣＵ６０ａが循環ガスの循環量を調整する機能（循環量調整手段）に関し、以下の処理を実行するように構成されている。
【００８８】
ＥＣＵ６０ａは、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知した場合、第１インジェクタ２３Ａを駆動させて、アノード循環流路を循環ガスの循環量が混合促進量となるように制御する機能を備えている。
また、ＥＣＵ６０ａは、発電許可フラグが立ったことを検知した場合に、第１インジェクタ２３Ａの駆動を停止させる機能を備えている。
さらに、ＥＣＵ６０ａは、第２起動パージを実行する場合に、第２インジェクタ２３Ｂを駆動させる機能を備えている。
【００８９】
次に、ＥＣＵ６０ａがＩＧ５１のＯＮ信号を検知し、燃料電池システム１ａが起動する際の動作について、図７、図８を参照して説明する。
【００９０】
図７に示すように、ＥＣＵ６０ａは、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知した場合（ＳＴＲＡＴ）、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ６０ａは、遮断弁２２を開くとともに、エアポンプ３１を駆動（ＯＮ）させカソード流路１３に空気を供給する。なお、この場合に、エアポンプ３１を所定回転速度以上（通常発電時よりも高い）の回転速度で駆動させて、通常発電時よりも増量した酸素を供給するようになっている。
【００９１】
また、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ６０ａは、第１インジェクタ２３Ａの駆動を開始（ＯＮ）する。なお、ＥＣＵ６０ａは、アノード循環流路を循環する循環量が混合促進量となるようにＰＷＭ制御を行い、第１インジェクタ２３Ａから供給される水素量を調整している。
【００９２】
そして、ステップＳ２０２に進み、ＥＣＵ６０ａは、所定時間が経過したか否かを判定する。なお、所定時間は、第１インジェクタ２３Ａの駆動を開始してからアノード循環流路を循環する空気が混合促進量となるまでに必要な時間を指し、事前の試験などに基づいて決定される。
【００９３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ６０ａは、所定時間が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３に進み、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０２の処理を繰り返す。
【００９４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ６０ａは、燃料電池スタック１０のアノード圧力を所定値とするために、第１インジェクタ２３Ａの駆動量を制御し、供給される水素を増大させる。なお、所定値（目標圧力）は、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側との間での水素濃度勾配の解消に必要な圧力であり、事前の試験などに基づいて決定される。
【００９５】
ステップＳ２０４に進み、ＥＣＵ６０ａは、圧力センサ２８で検知されたアノード圧力が所定値以上であるか否かを判定する。
【００９６】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ６０ａは、アノード圧力が所定値未満であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０４の処理を繰り返しながらアノード圧力が所定値以上となるまで待機する。一方で、アノード圧力が所定値以上であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進む。
【００９７】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ６０ａは、ソーク時間が所定時間Ｔよりも長い否かを判定する。
【００９８】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ６０ａは、ソーク時間が所定時間Ｔよりも長いと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０６に進み、ソーク時間が所定時間Ｔよりも長くないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０８に進む。
【００９９】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ６０ａは、パージ弁２６を連続開弁させて、第１起動パージを実行する。なお、ここでパージ弁２６を開弁したとしても、エアポンプ３１の駆動回転数が通常発電時よりも高く、通常発電時よりも増量した酸素が供給されているため（Ｓ２０１参照）、高濃度の水素が車外に排出されることはない。
【０１００】
ステップＳ２０７に進み、ＥＣＵ６０ａは、所定量のパージ量がパージされて第１起動パージが完了したか否かを判定する。
【０１０１】
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ６０ａは、第１起動パージが完了していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０７の処理に戻り、第１起動パージが完了したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０８に進む。
【０１０２】
ステップＳ２０８において、ＥＣＵ６０ａは、発電許可フラグを立てる。
【０１０３】
ステップＳ２０９において、ＥＣＵ６０ａは、コンタクタ４４をＯＮにし、燃料電池スタック１０と外部負荷とを接続させ、燃料電池スタック１０からの発電電流の取り出しを開始する。
また、ステップＳ２０９において、ＥＣＵ６０ａは、エアポンプ３１の駆動回転数に関し、通常発電時よりも増大した状態を維持する。
さらに、ステップＳ２０９において、ＥＣＵ６０ａは、第１インジェクタ２３Ａの駆動を停止させ、アノード循環流路の循環量を減少循環量にさせる。
【０１０４】
ステップＳ２１０に進み、ＥＣＵ６０ａは、所定時間が経過したか否かを判定する。
なお、この所定時間とは、第１インジェクタ２３Ａの駆動が停止してから、アノード循環流路の循環量が減少循環量となるまでの時間であり、事前の試験などに基づいて決定される。
【０１０５】
ステップＳ２１０において、ＥＣＵ６０ａは、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２１０の処理に戻り、所定時間が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１１に進む。
【０１０６】
また、ステップＳ２１１において、ＥＣＵ６０ａは、パージ弁２６を連続開弁させて第２起動パージを実行する。ここで、循環ガスの循環量は、第１起動パージの実行時の混合促進量よりも低減された減少循環量となっているため、第２起動パージは、第１起動パージよりもパージ効率が高い状態で実行されることとなる。
また、ここでパージ弁２６を開弁したとしても、エアポンプ３１の駆動回転数が通常発電時よりも高められているので、高濃度の水素が車外に排出されることはない。
【０１０７】
ステップＳ２１２に進み、ＥＣＵ６０ａは、第２起動パージが完了したか否かを判定する。パージ弁２６を開弁してから所定量のガスがパージされたと判定された場合である。所定量のガスがパージされたか否かは、例えば、パージ弁２６の開弁時間などに基づいて判定することができる。
【０１０８】
ステップＳ２１２において、ＥＣＵ６０ａは、第２起動パージが完了したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１２に進み、所定時間が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２１１の処理を繰り返す。
【０１０９】
ステップＳ２１３において、ＥＣＵ６０ａは、エアポンプ３１、第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂの駆動状態を通常の状態となるように制御して、負荷に応じた供給量の供給を開始し（図４の「ｔ４」参照）、通常発電を行う（Ｅｎｄ）。
【０１１０】
以上、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａによれば、第１インジェクタ２３Ａの駆動を制御することで循環ガスの循環量を調整しつつ、起動パージを第１起動パージと第２起動パージとに分けて実行するため、燃料電池の劣化の防止とパージ効率の向上との両立を図ることができる。
また、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａによっても、システム起動時から電力供給までの時間を短縮することができる。
【０１１１】
以上、第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂ、エゼクタ２４を備えた第２実施形態の燃料電池システム１ａについて説明したが、本発明は、上記説明した例に限定されるものでない。
たとえば、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａの構成に、第１実施形態で説明した水素ポンプ２７及び循環路（２７ａ、２７ｂ）を加え（図１参照）、ＥＣＵ６０ａが第１インジェクタ２３Ａと水素ポンプ２７との駆動を制御して、循環量を調整するように構成してもよい。
【０１１２】
また、実施形態では、ソーク時間が所定時間Ｔよりも短い場合には、第１起動パージを実行しないように構成されているが、本発明はこれに限定されない。
たとえば、燃料電池システムが掃気を行うように構成されている場合においては、ソーク時間が所定時間Ｔよりも短い場合であっても掃気された場合には、燃料電池スタック１０のアノード流路１２内に空気が存在することとなる。
そのため、掃気を実行したか否かをＥＣＵが判定し、掃気したと判定した場合には、ソーク時間が所定時間Ｔよりも短いか否かに関わらず、第１起動パージを実行するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１ａ  燃料電池システム
１０    燃料電池スタック
２３Ａ  第１インジェクタ（循環装置）
２３Ｂ  第２インジェクタ
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ  配管（燃料ガス供給路）
２６ａ  配管（燃料オフガス排出路）
２５ａ、２５ｂ  配管（燃料オフガス循環路）
２７ａ、２７ｂ  配管（燃料オフガス循環路）
２４    エゼクタ
２６    パージ弁
２７    水素ポンプ（循環装置）
３１    エアポンプ
６０、６０ａ  ＥＣＵ（制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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