(57)【要約】【課題】  燃料電池内の燃料ガスの不足を抑制しつつ、低負荷時の燃料オフガスの循環量を増加することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料電池と、蓄圧部から流れ込む燃料ガスをデューティ比に従って噴射する噴射装置と、噴射装置に流れ込む燃料ガスの第１圧力を調整する調圧弁と、燃料ガスに燃料オフガスを混合するエゼクタと、燃料電池に再循環される燃料オフガスの第２圧力を検出する検出部と、デューティ比と調圧弁を制御する制御部とを有し、エゼクタのディフューザ径とノズル径の比は、負荷が所定値より低く、かつ、第１圧力が所定の下限値である場合に循環流量比がピークとなるときの値より小さく、制御部は、負荷が所定値より低くなったとき、第１圧力が低下するように調圧弁を制御し、第２圧力が燃料電池の負荷の低下前の圧力に維持されるようにデューティ比を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスにより発電する燃料電池と、
前記燃料ガスを蓄圧する蓄圧部と、
前記蓄圧部から流れ込む前記燃料ガスを、制御信号のデューティ比に従って噴射する噴射装置と、
前記蓄圧部から前記噴射装置に流れ込む前記燃料ガスの第１圧力を調整する調圧弁と、
前記噴射装置から噴射された前記燃料ガスに、前記燃料電池に再循環される燃料オフガスを混合して前記燃料電池に導入するエゼクタと、
前記燃料電池に再循環される前記燃料オフガスの第２圧力を検出する検出部と、
前記デューティ比と前記調圧弁を制御する制御部とを有し、
前記エゼクタは、
前記燃料ガスが噴出するノズルと、
前記ノズルを収容し、前記ノズルから噴出する前記燃料ガスにより生ずる負圧により前記燃料オフガスが吸入される吸入室と、
前記吸入室から前記燃料電池に向かう前記燃料ガス及び前記燃料オフガスが流れるディフューザとを有し、
前記ディフューザの径に対する前記ノズルの径の比は、前記燃料電池の負荷が所定値より低く、かつ、前記第１圧力が所定の下限値である場合に、前記ノズルを流れる前記燃料ガスの流量に対する、前記ディフューザを流れる前記燃料ガス及び前記燃料オフガスの流量の比がピークとなるときの値より小さく、
前記制御部は、前記燃料電池の負荷が前記所定値より低くなったとき、前記第１圧力が低下するように前記調圧弁を制御し、前記第２圧力が前記燃料電池の負荷の低下前の圧力に維持されるように前記デューティ比を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の負荷が低いとき、燃料ガスの循環系において例えば排水や掃気を行うには、燃料ガスの供給量を増加させると燃費が悪化するため、燃料オフガスの循環量を増やすことが望ましい。循環量の増加に関し、例えば、燃費を改善するため、燃料ガスの循環系においてエゼクタの循環路入口の圧力を低下させることによりエゼクタの循環流量比を高めることが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３９８７７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、循環路入口の圧力が低下すると、循環系全体の圧力が低下するため、燃料電池内の燃料ガスの分圧が低下することにより燃料ガスが不足するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池内の燃料ガスの不足を抑制しつつ、低負荷時の燃料オフガスの循環量を増加することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に記載の燃料電池システムは、燃料ガスにより発電する燃料電池と、前記燃料ガスを蓄圧する蓄圧部と、前記蓄圧部から流れ込む前記燃料ガスを、制御信号のデューティ比に従って噴射する噴射装置と、前記蓄圧部から前記噴射装置に流れ込む前記燃料ガスの第１圧力を調整する調圧弁と、前記噴射装置から噴射された前記燃料ガスに、前記燃料電池に再循環される燃料オフガスを混合して前記燃料電池に導入するエゼクタと、前記燃料電池に再循環される前記燃料オフガスの第２圧力を検出する検出部と、前記デューティ比と前記調圧弁を制御する制御部とを有し、前記エゼクタは、前記燃料ガスが噴出するノズルと、前記ノズルを収容し、前記ノズルから噴出する前記燃料ガスにより生ずる負圧により前記燃料オフガスが吸入される吸入室と、前記吸入室から前記燃料電池に向かう前記燃料ガス及び前記燃料オフガスが流れるディフューザとを有し、前記ディフューザの径に対する前記ノズルの径の比は、前記燃料電池の負荷が所定値より低く、かつ、前記第１圧力が所定の下限値である場合に、前記ノズルを流れる前記燃料ガスの流量に対する、前記ディフューザを流れる前記燃料ガス及び前記燃料オフガスの流量の比がピークとなるときの値より小さく、前記制御部は、前記燃料電池の負荷が前記所定値より低くなったとき、前記第１圧力が低下するように前記調圧弁を制御し、前記第２圧力が前記燃料電池の負荷の低下前の圧力に維持されるように前記デューティ比を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池内の燃料ガスの不足を抑制しつつ、低負荷時の燃料オフガスの循環量を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池システムの一例を示す構成図である。
【図２】エゼクタの一例を示す断面図である。
【図３】エゼクタのディフューザ径に対するノズル径の比に対する循環流量比の変化の例を示す図である。
【図４】燃料オフガスの循環量の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池システムの動作の一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】
【０００９】
図１は、燃料電池システムの一例を示す構成図である。燃料電池システムは、例えば燃料電池車に搭載されるが、これに限定されない。
【００１０】
燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料タンク２と、調圧弁３と、インジェクタ４と、エゼクタ５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６と、主止弁７０と、気液分離器７１と、パージ弁７２と、アノード供給路Ｒ２０〜Ｒ２２，Ｒ２１ａと、アノード排出路Ｒ２３〜Ｒ２５と、再循環路Ｒ２６とを有する。燃料電池システムは、さらに、コンプレッサ８０と、加湿器８１と、圧力センサ９０，９１と、温度センサ９２と、カソード供給路Ｒ１０，Ｒ１１と、カソード排出路Ｒ１２，Ｒ１３とを有する。
【００１１】
燃料電池１は、固体高分子型燃料電池であり、膜電極接合体をそれぞれ備えた複数の単セルが積層されることにより構成され、カソードには酸化剤ガスの一例として酸素を含む空気が供給され、アノードには、燃料ガスの一例として水素ガスが供給される。燃料電池１は、各単セルにおいて酸化剤ガスと燃料ガスが化学反応することにより発電する。
【００１２】
酸化剤ガスは、カソード供給路Ｒ１０，Ｒ１１を介して燃料電池１に供給される。酸化剤オフガスは、カソード排出路Ｒ１２，Ｒ１３を介して燃料電池１から外部に排出される。
【００１３】
コンプレッサ８０は、外気から酸化剤ガスを導入して圧縮する。コンプレッサ８０は、カソード供給路Ｒ１０を介して酸化剤ガスを加湿器８１に送出する。
【００１４】
加湿器８１は、酸化剤ガスを加湿して、カソード供給路Ｒ１１を介して燃料電池１に送出する。加湿器８１には、燃料電池１からカソード排出路Ｒ１２を介して燃料オフガスが導入される。加湿器８１は、燃料オフガスに含まれる水分により燃料ガスを加湿する。加湿器８１は、燃料オフガスをカソード排出路Ｒ１３から外部に排出する。
【００１５】
また、燃料ガスは、アノード供給路Ｒ２０〜Ｒ２２を介して燃料電池１に供給される。燃料オフガスは、アノード排出路Ｒ２３〜Ｒ２５を介して燃料電池１から外部に排出される。
【００１６】
燃料タンク２は、蓄圧部の一例であり、燃料ガスを蓄圧する。燃料タンク２の出口には、主止弁７０が接続されている。主止弁７０は、ＥＣＵ６の制御に従って、通常、開放状態に維持されている。燃料ガスは、主止弁７０からアノード供給路Ｒ２０を流れて調圧弁３に入る。
【００１７】
調圧弁３は、燃料タンク２からインジェクタ４に流れ込む燃料ガスの圧力（以下、「インジェクタ元圧」と表記）を、ＥＣＵ６の制御に従って調整する。圧力センサ９０は、アノード供給路Ｒ２１に設けられ、インジェクタ元圧Ｐｏを検出してＥＣＵ６に通知する。なお、インジェクタ元圧は第１圧力の一例である。
【００１８】
インジェクタ４は、噴射装置の一例であり、燃料タンク２から流れ込む燃料ガスを、制御信号Ｓのデューティ比に従って噴射する。ＥＣＵ６は、制御信号Ｓのデューティ比を制御し、インジェクタ４に制御信号Ｓを出力する。
【００１９】
例えば、インジェクタ４は、制御信号Ｓの信号値（電圧レベル）が「１」である場合、電磁弁を開放することで燃料ガスを噴射し、制御信号Ｓの信号値が「０」である場合、電磁弁を閉塞することで噴射を停止する。このため、インジェクタ４は、単位時間当たりの燃料ガスの噴射量が制御信号Ｓのデューティ比により制御される。インジェクタ４から噴射された燃料ガスは、アノード供給路Ｒ２１ａを介しエゼクタ５に流れ込む。
【００２０】
エゼクタ５は、インジェクタ４から噴射された燃料ガスに、燃料電池１に再循環される燃料オフガスを混合して燃料電池１に導入する。エゼクタ５には、再循環路Ｒ２６から燃料オフガスが吸入される。燃料オフガスと混合された燃料ガスは、アノード供給路Ｒ２２から燃料電池１に供給される。
【００２１】
燃料オフガスは、燃料電池１からアノード排出路Ｒ２３を流れ気液分離器７１に入る。気液分離器７１は、燃料オフガスから液水を分離して貯留し、燃料オフガスを再循環路Ｒ２６に送出する。再循環路Ｒ２６には圧力センサ９１が設けられている。圧力センサ９１は、検出部の一例であり、燃料電池１に再循環される燃料オフガスの圧力（「循環系圧力」と表記）を検出する。なお、循環系圧力は第２圧力の一例である。また、圧力センサ９１は、アノード供給路Ｒ２２に設けられてもよく、エゼクタ５とインジェクタ元圧に基づいて燃料オフガスの圧力を算出することも可能である。
【００２２】
パージ弁７２は、アノード排出路Ｒ２４を介して気液分離器７１と接続されている。パージ弁７２は、ＥＣＵ６の制御により開閉される。パージ弁７２が開放されると、気液分離器７１内の燃料オフガス及び液水はアノード排出路Ｒ２４，Ｒ２５から外部に排出される。
【００２３】
ＥＣＵ６は、燃料電池システムの動作を制御する。ＥＣＵ６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリなどから構成され、ＣＰＵを駆動するプログラムに従って動作する。
【００２４】
ＥＣＵ６は、不図示のアクセルペダルの開度、バッテリの充電状態、及び室内エアコンなどの外部装置の状態による必要電力に応じて燃料電池１に要求される負荷（以下、単に「負荷」と表記）を決定する。ＥＣＵ６は、負荷に応じて各種の制御を行う。例えば、ＥＣＵ６は、低負荷時、制御部の一例として、制御信号Ｓのデューティ比と調圧弁３を制御する。なお、デューティ比と調圧弁３の制御については後述する。
【００２５】
温度センサ９２は、燃料電池１内の温度Ｔｍを検出してＥＣＵ６に通知する。ＥＣＵ６は、温度Ｔｍに基づき燃料電池システムが暖気中であるか否かを判定する。ＥＣＵ６は、燃料電池１が低負荷である場合、一例として暖気中であるときにアノード供給路Ｒ２２及びアノード排出路Ｒ２３の排水を行うため、エゼクタ５における燃料オフガスの循環流量比を増加させる制御を行う。
【００２６】
図２は、エゼクタ５の一例を示す断面図である。エゼクタ５は、ノズル５０と、吸入室５１と、ディフューザ５２とを有する。アノード供給路Ｒ２１を流れた燃料ガスは、ノズル５０から噴出する。ノズル５０は略円筒形状を有し、その先端部の径はｄで示されている。
【００２７】
また、吸入室５１は、ノズル５０を収容し、ノズル５０から噴出する燃料ガスにより生ずる負圧により燃料オフガスが吸入される。吸入室５１は略直方体形状を有し、１つの面には、燃料オフガスを吸入するための吸入孔５１ａが設けられている。燃料オフガスは、再循環路Ｒ２６から吸入孔５１ａを通り吸入室５１に吸入される。
【００２８】
ディフューザ５２には、吸入室５１から燃料電池１に向かう燃料ガス及び燃料オフガスが流れる。ディフューザ５２は、先細り部５２ａと、平行部５２ｂと、末広部５２ｃとを含む。先細り部５２ａは、吸入室５１から平行部５２ｂに向かって幅が狭くなる流路である。平行部５２ｂは、先細り部５２ａと末広部５２ｃを結ぶ一定幅の流路である。平行部５２ｂは略円筒形状を有し、その径はＤで示されている。末広部５２ｃは、平行部５２ｂからアノード供給路Ｒ２２に向かって幅が広がる流路である。
【００２９】
上記の構造により、燃料ガスはノズル５０から吸入室５１に導入され、燃料オフガスは燃料ガスの噴射による負圧により吸入孔５１ａから吸入室５１に吸入される。燃料ガス及び燃料オフガスは混合されディフューザ５２からアノード供給路Ｒ２２を介して燃料電池１に供給される。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
エゼクタ５の性能は循環流量比Ｒｃｙにより規定される。循環流量比とは、駆動気体である燃料ガスの流入量Ｑｉｎに対する、エゼクタ５から流出する燃料ガス及び燃料オフガスの流出量Ｑｏｕｔの比であり、ノズル５０の損失を考慮した場合、例えば上記の式（１）により算出される。すなわち、循環流量比は、ノズル５０を流れる燃料ガスの流量に対する、ディフューザ５２を流れる燃料ガス及び燃料オフガスの流量の比の一例である。
【００３２】
式（１）において、変数Ｐ０は、ノズル５０に流入する燃料ガスの圧力であり、変数Ｐ１は、吸入室５１に吸入される燃料オフガスの圧力であり、変数Ｐ２は、ディフューザ５２から流出する燃料ガス及び燃料オフガスの圧力である。また、Ｄ／ｄは、ディフューザ５２の径に対するノズル５０の径の比である。なお、αは、エゼクタ５の形状に応じたパラメータである。以下に、Ｄ／ｄと循環流量比の関係について述べる。
【００３３】
図３は、エゼクタ５のディフューザ径Ｄに対するノズル径ｄの比に対する循環流量比の変化の例を示す図である。符号Ｇａは、燃料電池１の負荷が所定の閾値ＴＨ（例えば２０％）より低い低負荷時における特性を示し、符号Ｇｂは、燃料電池１の負荷が所定の閾値ＴＨ以上である高負荷時における特性を示す。
【００３４】
符号Ｇａ，Ｇｂのグラフにおいて、横軸はＤ／ｄを示し、縦軸は循環流量比を示す。Ｄ／ｄに対する循環流量比の変化の特性はインジェクタ元圧Ｐｏにより異なる。特性Ｌ１，Ｈ１は、インジェクタ元圧Ｐｏが所定の上限値Ｐｍａｘである場合の循環流量比の変化を示し、特性Ｌ３，Ｈ３は、インジェクタ元圧Ｐｏが所定の下限値Ｐｍｉｎである場合の循環流量比の変化を示す。また、特性Ｌ２，Ｈ２は、インジェクタ元圧Ｐｏが上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎの中間値Ｐｍｉｄである場合の循環流量比の変化を示す。
【００３５】
エゼクタ５の設計を考慮する場合、低負荷時と特性Ｌ１〜Ｌ３と高負荷時の特性Ｈ１〜Ｈ３は相違するため、循環流量比が最大となるＤ／ｄも低負荷時と高負荷時の間で相違する。そこで、仮に、Ｄ／ｄが相違する低負荷時用のエゼクタ５と高負荷時用のエゼクタ５が別々に設けられれば、負荷に応じてエゼクタ５を切り替えて用いることにより、負荷によらず循環流量比が最大となる。しかし、複数のエゼクタ５が設けられると、燃料電池システムのコストが増加するため、好ましくない。
【００３６】
このため、エゼクタ５のＤ／ｄは、例えば高負荷時における循環流量比が最大となるように、特性Ｈ１の循環流量比のピークＰＨに応じた値Ｒａに決定される。また、インジェクタ元圧Ｐｏの規定値は、特性Ｈ１に対応する上限値Ｐｍａｘに定められる。
【００３７】
しかし、インジェクタ元圧Ｐｏを上限値Ｐｍａｘとした場合、低負荷時の循環流量比は、特性Ｌ１に従うため、Ｄ／ｄ＝Ｒａに応じた特性Ｌ１〜Ｌ３の循環流量比の中では最も小さい値となる。つまり、Ｄ／ｄ＝Ｒａの場合、高負荷時の循環流量比は、矢印ＡＨで示されるように、インジェクタ元圧Ｐｏが大きいほど大きくなり、低負荷時の循環流量比は、矢印ＡＬで示されるように、インジェクタ元圧Ｐｏが大きいほど小さくなる。
【００３８】
このため、ＥＣＵ６は、低負荷時、インジェクタ元圧Ｐｏが規定値より低下するように調圧弁３を制御する。このとき、ＥＣＵ６は、例えば、掃気に十分な燃料ガスの循環量が確保できる循環流量比が得られるように、インジェクタ元圧Ｐｏを下限値Ｐｍｉｎまたは下限値Ｐｍｉｎに近い値まで低下させる。これにより、ＥＣＵ６は、高負荷時と低負荷時の両方において、インジェクタ元圧Ｐｏを循環流量比の最大値が得られる値に制御することができる。
【００３９】
このように、高負荷時の循環流量比が最大となるようにＤ／ｄが決定されると、低負荷時のインジェクタ元圧Ｐｏと循環流量比の関係は、高負荷時の関係とは逆の関係となる。つまり、Ｄ／ｄは、インジェクタ元圧Ｐｏが増加するほど、循環流量比が低下する範囲から決定すればよい。
【００４０】
低負荷時の特性Ｌ１〜Ｌ３を参照すると、インジェクタ元圧Ｐｏと循環流量比の関係は、特性Ｌ３の循環流量比のピークＰＬとなるＤ／ｄ＝Ｒｏを境界として変化する。循環流量比は、Ｄ／ｄがＲｏ以上である場合、矢印ＡＬ’で示されるように、インジェクタ元圧Ｐｏが大きいほど大きくなり、Ｄ／ｄがＲｏより小さい場合、矢印ＡＬで示されるように、インジェクタ元圧Ｐｏが大きいほど小さくなる。
【００４１】
このため、Ｄ／ｄは、低負荷時、かつ、インジェクタ元圧Ｐｏが下限値Ｐｍｉｎである場合にエゼクタ５における燃料オフガスの循環流量比がピークＰＬとなるときの値Ｒｏより小さくなるように決定される。
【００４２】
上述したように、ＥＣＵ６は、低負荷時、インジェクタ元圧Ｐｏが規定値より低下するように調圧弁３を制御する。しかし、インジェクタ元圧Ｐｏが低下すると、循環系圧力Ｐｃが低下することにより燃料電池１内の燃料ガスの分圧が低下して燃料ガスが不足するおそれがある。このため、ＥＣＵ６は、低負荷時、循環系圧力Ｐｃが燃料電池１の負荷の低下前の圧力に維持されるようにデューティ比を制御する。
【００４３】
例えば、ＥＣＵ６は、圧力センサ９１から通知された循環系圧力Ｐｃの単位時間ごとの変化量に基づき、制御信号Ｓのデューティ比をフィードバック制御する。これにより、燃料電池１内の燃料ガスの分圧の低下が防止されるため、燃料ガスの不足が抑制される。
【００４４】
図４は、燃料オフガスの循環量の制御処理の一例を示すフローチャートである。本処理において、ＥＣＵ６は、一例として、低負荷時の暖気中にアノード供給路Ｒ２２及びアノード排出路Ｒ２３に生ずる液水を効率よく排水するため、燃料オフガスの循環量を増加させるが、これに限定されず、循環量の増加が必要となる他の状況下に循環量を増加させてもよい。
【００４５】
ＥＣＵ６は、アクセルペダルの開度などの外部装置の状態による必要電力に応じて燃料電池１の負荷を算出する（ステップＳｔ１）。次に、ＥＣＵ６は、負荷を所定の閾値ＴＨ（例えば２０％）と比較する（ステップＳｔ２）。ＥＣＵ６は、負荷が閾値ＴＨ以上である場合（ステップＳｔ２のＹｅｓ）、インジェクタ元圧Ｐｏを規定値（例えば上限値Ｐｍａｘ）に維持する（ステップＳｔ３）。
【００４６】
また、ＥＣＵ６は、負荷が閾値ＴＨより低い場合（ステップＳｔ２のＮｏ）、温度センサ９２から通知された冷却水の温度Ｔｍと所定値Ｔｗ（例えば３０℃）を比較する（ステップＳｔ４）。ＥＣＵ６は、冷却水の温度Ｔｍが所定値Ｔｗ以上である場合（ステップＳｔ４のＮｏ）、燃料電池システムが暖気中ではないと判断して、ステップＳｔ３の処理を実行する。
【００４７】
また、ＥＣＵ６は、冷却水の温度Ｔｍが所定値Ｔｗより低い場合（ステップＳｔ４のＹｅｓ）、燃料電池システムが暖気中であると判断して、各種の条件に基づいて燃料オフガスの必要な循環量を決定する（ステップＳｔ５）。次に、ＥＣＵ６は、調圧弁３を制御することにより、必要な循環量に応じてインジェクタ元圧Ｐｏを低下させる（ステップＳｔ６）。これにより、エゼクタ５の循環流量比が増加する。
【００４８】
このとき、ＥＣＵ６は、例えば、負荷及び循環流量比とインジェクタ元圧Ｐｏの対応関係がマッピングされたテーブルをメモリ内に予め記憶しておき、上記の式（１）に従い算出した循環流量比と負荷からテーブルを検索することでインジェクタ元圧Ｐｏの制御目標値を決定してもよい。ＥＣＵ６は、圧力センサ９０から通知されたインジェクタ元圧Ｐｏが制御目標値となるようにフィードバック制御を行う。このため、インジェクタ元圧Ｐｏが過剰に低下することにより、循環流量比の低下が抑制される。なお、インジェクタ元圧Ｐｏの規定値及び低下時の制御目標値は、制御信号Ｓのデューティ比が最大値である場合に必要な循環量が得られる圧力より大きいものとする。
【００４９】
次に、ＥＣＵ６は、循環系圧力Ｐｃの変化量を検出する（ステップＳｔ７）。このとき、ＥＣＵ６は、例えば、周期的に圧力センサ９１から循環系圧力Ｐｃを取得して、前回の循環系圧力Ｐｃと最新の循環系圧力Ｐｃの差分を算出することにより変化量を検出してもよい。
【００５０】
次に、ＥＣＵ６は、循環系圧力Ｐｃの変化量が補償されるように制御信号Ｓのデューティ比を制御する（ステップＳｔ８）。これにより、循環系圧力Ｐｃが、燃料電池１の負荷の低下前の圧力に維持される。したがって、燃料電池１内の燃料ガスの分圧の低下が防止されるため、燃料ガスの不足が抑制される。なお、ステップＳｔ７及びＳｔ８の処理は、ステップＳｔ６の処理の前に実行されてもよい。
【００５１】
このようにして、燃料オフガスの循環量の制御処理は実行される。
【００５２】
図５は、燃料電池システムの動作の一例を示すタイムチャートである。タイムチャートには、負荷、インジェクタ元圧Ｐｏ、制御信号Ｓ、そのデューティ比、燃料ガスの供給量、燃料オフガスの循環量、循環流量比、及び循環系圧力Ｐｃの時間変化が示されている。なお、図５には、上述したような低負荷時のインジェクタ元圧Ｐｏの低下または循環系圧力Ｐｃの維持が行わない場合の動作を比較例として示されている（点線参照）。
【００５３】
燃料電池１の負荷は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間において一定であるが、時刻ｔ１から減少し始めて、時刻ｔ２において閾値ＴＨを下回る。その後、燃料電池１の負荷は、時刻ｔ３において減少を停止し、一定となる。
【００５４】
ＥＣＵ６は、燃料電池１の負荷が閾値ＴＨより低くなった場合、インジェクタ元圧Ｐｏが規定値（Ｐｍａｘ）から制御目標値（Ｐｘ）まで低下するように調圧弁３を制御する。インジェクタ元圧Ｐｏは、時刻ｔ２から低下し始め、時刻ｔ３において制御目標値に達する。これに対し、比較例において、インジェクタ元圧Ｐｏは一定に維持される。
【００５５】
したがって、実施例において、循環流量比は、時刻ｔ２〜ｔ３の期間においてインジェクタ元圧Ｐｏの低下とともに増加するが、比較例の場合、循環流量比は、負荷の低下によらず一定となる。
【００５６】
燃料オフガスの循環量は、燃料電池１の負荷が低下している時刻ｔ１〜ｔ３の期間において低下し、時刻ｔ３以降は一定となる。実施例における循環量は、比較例の場合より循環流量比が高いため、増加している。したがって、例えば低負荷時の排水能力が向上する。
【００５７】
また、ＥＣＵ６は、燃料ガスの供給量が燃料電池１の負荷に応じた値となり、かつ、循環系圧力Ｐｃが燃料電池１の負荷の低下前の圧力に維持されるようにデューティ比を制御する。また、制御信号Ｓのパルス幅は、デューティ比に基づいて変化する。
【００５８】
このため、燃料ガスの供給量は、時刻ｔ２〜ｔ３の期間において負荷の低下とともに減少し、循環系圧力Ｐｃは、時刻ｔ２〜ｔ３の期間においてインジェクタ元圧Ｐｏが低下しているにもかかわらず、一定に維持されている。したがって、燃料電池１内の燃料ガスの分圧の低下が防止されて、燃料ガスの不足が抑制される。
【００５９】
これに対し、比較例の場合、デューティ比は、燃料ガスの供給量が燃料電池１の負荷に応じた値となるように制御されるだけであるため、仮にインジェクタ元圧Ｐｏが時刻ｔ２〜ｔ３の期間において低下すると、循環系圧力Ｐｃがインジェクタ元圧Ｐｏの低下とともに低下する。このため、燃料電池１内の燃料ガスの分圧が低下して、燃料ガスが不足するおそれがある。
【００６０】
このように、本実施例の燃料電池システムによると、燃料電池１内の燃料ガスの不足を抑制しつつ、低負荷時の燃料ガスの循環量を増加することができる。
【００６１】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１      燃料電池
２      燃料タンク（蓄圧部）
３      調圧弁
４      インジェクタ（噴射装置）
５      エゼクタ
６      ＥＣＵ（制御部）
５０      ノズル
５２      ディフューザ
９０，９１     圧力センサ（検出部）
【図１】
2019067708.tif 000004
【図２】
2019067708.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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