(57)【要約】【課題】反応ガスの循環性能を向上させて所望とするストイキ比を確実に実現する。【解決手段】第１循環流路Ｌ３は、燃料電池１の反応ガス排出側と水素供給流路Ｌ１とを接続し、循環ポンプ８が設けられる。また、第２循環流路Ｌ４は、燃料電池１の反応ガス排出側と水素供給流路Ｌ１とを接続し、エゼクタ４が設けられる。そして、この燃料電池システムでは、第１循環流路Ｌ３と水素供給流路Ｌ１とを加湿器５の下流側で接続することにより未反応ガスと加湿器５を通過した反応ガスとを混合させて循環させ、第２循環流路Ｌ４と水素供給流路Ｌ１とを加湿器５の上流側で接続することにより、未反応ガスと加湿器５を通過していない反応ガスとを混合させて循環させて、循環する未反応ガスが加湿器５を通過することによる圧力損失を抑制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが供給されて発電をする燃料電池と、
前記燃料電池に接続された反応ガス供給経路を有し、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記反応ガス供給経路に設けられ、前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿手段と、
前記燃料電池の反応ガス排出側と前記加湿手段の反応ガス下流側の前記反応ガス供給経路とを接続し、前記燃料電池から排出された未反応ガスを前記反応ガス供給経路に循環させる循環ポンプが設けられ、前記燃料電池から排出された未反応ガスと前記加湿手段を通過した反応ガスとを混合させる第１未反応ガス循環経路を有する第１未反応ガス循環手段と、
前記燃料電池の反応ガス排出側と前記加湿手段の反応ガス上流側の前記反応ガス供給経路とを接続し、前記燃料電池から排出された未反応ガスと、前記加湿手段を通過していない前記反応ガス供給経路からの反応ガスとを混合するエゼクタポンプが設けられた第２未反応ガス循環経路を有する第２未反応ガス循環手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記循環ポンプのガス吸入側、前記循環ポンプのガス吐出側の少なくとも一方に設けられた開閉弁を更に備え、
前記循環ポンプを稼動させる場合に前記開閉弁を開状態に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】
前記燃料電池は、前記反応ガスが供給されて発電するセルを複数備えて構成され、
前記複数のセルのうち、少なくとも一枚のセル電圧が所定のセル電圧よりも低下した場合に、前記循環ポンプの稼動量を増加させ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４】
前記燃料電池は、前記反応ガスが供給されて発電するセルを複数備えて構成され、
前記複数のセルの平均セル電圧が所定の平均セル電圧よりも低下した場合に、前記循環ポンプの稼動量を増加させ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５】
前記循環ポンプの稼動量を増加させる場合に、前記反応ガス供給手段から前記燃料電池に供給する反応ガス量を増加させることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１未反応ガス循環経路と前記反応ガス供給経路との接続部分よりも反応ガス供給側における前記反応ガス供給経路の反応ガス圧力を検出する第１反応ガス圧力検出手段と、
前記循環ポンプのガス吐出側の反応ガス圧力を検出する第２反応ガス圧力検出手段とを更に備え、
前記第２反応ガス圧力検出手段により検出された反応ガス圧力が、前記第１反応ガス圧力検出手段により検出された反応ガス圧力よりも低くなるように、前記循環ポンプの稼働量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば駆動モータにより走行する車両に搭載され、電力を駆動モータに供給するために燃料電池を発電させる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとを燃料電池スタックに供給して、燃料電池スタックに電気化学反応を発生させることにより電力を取り出す燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池スタック内の電解質を加湿した状態に保持するために燃料ガスを加湿して供給する必要がある。また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックの電気化学反応時に水を生成することが知られている。
【０００３】
ところで、この燃料電池システムにおいては、通常、燃料電池スタック内に水が蓄積するフラッティングを防止するためなどの理由から、燃料電池スタックを発電させる電気化学反応により消費される燃料ガス量よりも多い量の燃料ガスを供給する必要がある。具体的には、燃料電池システムは、燃料電池スタックに供給するガス量と、燃料電池スタックで消費されるガス量との比（ストイキ比）を、例えば１．３〜１．６としている。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいて、例えば下記の特許文献１に記載されているように、燃料電池スタックの電気化学反応で消費されなかった未反応の燃料ガスを効率的に利用するために、エゼクタを用いることによって、燃料電池スタックから排出された未反応の燃料ガスと、高圧タンク等からの燃料ガスと合流するように循環させて燃料電池スタックに供給している。これにより、従来の燃料電池システムでは、未反応の燃料ガスと、高圧タンクからの燃料ガスとを混合して燃料電池スタックに供給して、燃料ガス利用率を上げている。
【０００５】
また、この特許文献１には、燃料電池スタックに供給する燃料ガスを加湿するために、膜加湿器や中空糸型などの加湿器を備え、燃料電池スタックから排出された未反応ガスを、高圧タンクからのガスと合流した後に加湿器を通すことで加湿を行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８４４３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された燃料電池システムでは、エゼクタに供給する燃料ガスの流量によって、循環させることのできる流量が変化するので、燃料電池スタックが要求する所望のストイキ比を達成することができない範囲が存在するだけでなく、ストイキ比を自由にコントロールすることができないという問題点があった。
【０００８】
また、この燃料電池システムでは、未反応ガス及び高圧タンクからの反応ガスの総てを加湿器に通過させる構成となっているので、加湿が不要な未反応ガスを加湿器に通過させることにより、通過するガスが加湿器によって圧力損失を受けることによってエゼクタの循環性能が低下してしまう。したがって、従来の燃料電池システムでは、所望のストイキ比とすることができない場合や、ストイキ比をコントロールできない場合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料ガスの循環性能を向上させて所望とするストイキ比を確実に実現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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給して発電させるために、燃料電池に接続された反応ガス供給経路を有し、燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、反応ガス供給経路に設けられ、反応ガス供給手段から燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿手段とを備え、反応ガスを加湿した状態にして燃料電池に供給する。
【００１１】
また、この燃料電池システムでは、燃料電池にて発電反応に利用されずに排出された未反応ガスを燃料電池に循環させるために、第１未反応ガス循環手段及び第２未反応ガス循環手段を備える。第１未反応ガス循環手段は、燃料電池の反応ガス排出側と前記加湿手段の反応ガス下流側の反応ガス供給経路とを接続し、燃料電池から排出された未反応ガスを反応ガス供給経路に循環させる循環ポンプが設けられる第１未反応ガス循環経路を有する。また、第２未反応ガス循環手段は、前記燃料電池の反応ガス排出側と前記加湿手段の反応ガス上流側の反応ガス供給経路とを接続し、エゼクタポンプが設けられる第２未反応ガス循環経路を有する。
【００１２】
そして、この燃料電池システムでは、第１未反応ガス循環経路と反応ガス供給経路とを加湿手段の下流側で接続することにより未反応ガスと加湿手段を通過した反応ガスとを混合させて循環させ、第２未反応ガス循環経路と反応ガス供給経路とを加湿手段の上流側で接続することにより未反応ガスと加湿手段を通過していない反応ガスとを混合させて循環させることにより、上述の課題を解決する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、第１未反応ガス循環経路と反応ガス供給経路とを加湿手段の下流側で接続することにより未反応ガスと加湿手段を通過した反応ガスとを混合させて循環させ、第２未反応ガス循環経路と反応ガス供給経路とを加湿手段の上流側で接続することにより未反応ガスと加湿手段を通過していない反応ガスとを混合させて循環させるように構成されているので、燃料電池から排出されて湿潤状態の未反応ガスを更に加湿手段で加湿することなく燃料電池に循環させることができ、加湿不要な未反応ガスを加湿手段に通過させることによる圧力損失を回避して、反応ガスの循環性能を向上させて所望とするストイキ比を確実に実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池システムに適用される。
【００１６】
［燃料電池システムの構成］
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例においては、燃料電池スタック１が発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給すると共に、図示はしていないが、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。
【００１７】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１を発電させるに際して、燃料電池スタック１の水素極に加湿した水素ガスを供給すると共に、燃料電池スタック１の空気極に空気を供給する。このとき、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に要求される目標発電電力に応じて、燃料電池スタック１に供給する水素ガス圧力及び流量、空気圧力及び流量を制御する。
【００１８】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に反応ガスとして水素ガスを供給するために、高圧状態にて水素を貯蔵した高圧水素ボンベ２と燃料電池スタック１とを接続させた水素供給流路Ｌ１を備える。この水素供給流路Ｌ１には、水素流量調整弁３、エゼクタ４、加湿器５が設けられる。燃料電池スタック１に供給する水素ガスは、水素流量調整弁３により流量が調整され、エゼクタ４によって燃料電池スタック１から未反応水素ガスを含む排出された排出ガスと混合される。そして、水素ガスと排出ガスとを混合させた燃料電池スタック１への供給ガスは、加湿器５により加湿された状態にて燃料電池スタック１に供給される。
【００１９】
ここで、燃料電池スタック１には、電気化学反応により生成される水や、湿潤状態の供給ガスが消費されることにより凝縮する水が内部に存在し、供給ガスの流路内に水が滞留することにより詰まって、供給ガスが流れる妨げとなる。このような状態となると、燃料電池スタック１は、供給ガスに対する発電効率が低下し、徐々にセル電圧が低下する状態となってしまう。
【００２０】
そこで、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１内に存在する水を燃料電池スタック１外に排出するために、燃料電池スタック１に要求される目標発電電力に応じた水素ガス流量よりも多い水素ガス流量を燃料電池スタック１に供給する。すなわち、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に供給する水素ガス流量と、燃料電池スタック１で消費される水素ガス流量との比（ストイキ比）を「１」以上とさせる。そして、燃料電池スタック１にて消費されなかった水素を含む排出ガスは、燃料電池スタック１の水素排出口から水素排出流路Ｌ２に送られる。
【００２１】
この水素排出流路Ｌ２には、燃料電池スタック１からの排出ガスに含まれる水分を除去する気液分離器６が設けられる。そして、気液分離器６を通過した排出ガスは、水素排出流路Ｌ２から分岐した第１循環流路Ｌ３及び第２循環流路Ｌ４に送られる。
【００２２】
第１循環流路Ｌ３は、水素排出流路Ｌ２を介して燃料電池スタック１と、水素供給流路Ｌ１の加湿器５と燃料電池スタック１との間の流路部分とを接続している。これにより、第１循環流路Ｌ３は、水素排出流路Ｌ２からの排出ガスと、加湿器５の下流に流れる供給ガスとを混合させる。
【００２３】
また、第１循環流路Ｌ３には、水素排出流路Ｌ２からの排出ガスを遮断又は通過させるシャット弁７、当該シャット弁７を通過した排出ガスを吸入して水素供給流路Ｌ１側に吐出する循環ポンプ８が設けられている。これにより、燃料電池システムでは、シャット弁７を開状態にすると共に循環ポンプ８を駆動させることにより、排出ガスを水素供給流路Ｌ１に供給する。
【００２４】
第２循環流路Ｌ４は、水素排出流路Ｌ２を介して燃料電池スタック１と、水素供給流路Ｌ１の加湿器５と水素流量調整弁３との間に設けられたエゼクタ４とを接続している。これにより、第２循環流路Ｌ４は、エゼクタ４によって、水素排出流路Ｌ２からの排出ガスと、加湿器５の上流に流れる供給ガスとを混合させる。
【００２５】
更に、この燃料電池システムは、水素流量調整弁３とエゼクタ４との間の水素供給流路Ｌ１のガス圧力を検出する第１圧力センサ９、循環ポンプ８の吐出口の第１循環流路Ｌ３のガス圧力を検出する第２圧力センサ１０、燃料電池スタック１の電圧を検出する電圧センサ１１を備える。これら第１圧力センサ９、第２圧力センサ１０及び電圧センサ１１で検出したセンサ信号は、上述した各部を制御するコントローラ１２により読み込まれる。
【００２６】
コントローラ１２は、センサ信号を読み込んで、水素流量調整弁３、シャット弁７及び循環ポンプ８の動作を制御することにより、燃料電池スタック１に水素を供給する水素ガス循環制御処理を実行する。このとき、コントローラ１２は、後述の水素ガス循環制御処理の処理手順を記述したプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等に記憶し、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によってＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、図２〜図４に示す処理を行う。
【００２７】
［水素ガス循環制御処理］
つぎに、上述したような燃料電池システムにおいて、高圧水素ボンベ２から燃料電池スタック１に水素を供給すると共に、燃料電池スタック１から排出された排出ガスを第１循環流路Ｌ３や第２循環流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に循環させる水素ガス循環制御処理の処理手順について説明する。
【００２８】
この水素ガス循環制御処理は、燃料電池スタック１を発電させるために水素を燃料電池スタック１に供給しているときに、例えば所定期間ごとに図２のステップＳ１以降の処理を開始する。
【００２９】
先ず、ステップＳ１においては、コントローラ１２により、電圧センサ１１からのセンサ信号を読み込み、燃料電池スタック１を構成するセルのセル電圧を認識し、当該セル電圧が、予め設定しておいた所定セル電圧よりも高いか否かを判定する。更に、コントローラ１２では、ステップＳ２において、複数のセルのセル電圧を平均した平均セル電圧が、予め設定しておいた所定平均セル電圧よりも高いか否かを判定する。
【００３０】
ここで、ステップＳ１における所定セル電圧、ステップＳ２における所定平均セル電圧は、燃料電池スタック１内に水が滞留することによりガス流路が詰まったことを判定するための値が設定されている。
【００３１】
コントローラ１２では、セル電圧が所定セル電圧よりも高くない場合、又は平均セル電圧が所定平均セル電圧よりも高くない場合にはステップＳ３に処理を進め、セル電圧が所定セル電圧よりも高く、且つ平均セル電圧が所定平均セル電圧よりも高い場合にはステップＳ４に処理を進める。
【００３２】
ここで、コントローラ１２では、ステップＳ１において少なくとも一枚のセルについてのセル電圧が低下して所定セル電圧よりも低くなった場合にはステップＳ３に処理を進める。また、コントローラ１２では、一枚のセルについてのセル電圧が所定セル電圧よりも低くはなっていないが、平均セル電圧が所定平均セル電圧よりも低くなった場合にもステップＳ３に処理を進める。
【００３３】
ステップＳ３においては、コントローラ１２により、水素流量調整弁３の開度を増加させ、更にステップＳ５において循環ポンプ８の回転数を増加させることにより、高圧水素ボンベ２から燃料電池スタック１に供給する水素量を増加させると共に第１循環流路Ｌ３から燃料電池スタック１に供給するガス量を増加させる。これにより、コントローラ１２では、燃料電池スタック１に供給する水素についてのストイキ比の低下を抑制する。
【００３４】
一方、ステップＳ４においては、コントローラ１２により、水素流量調整弁３の開度を減少させ、更にステップＳ６において循環ポンプ８の回転数を減少させることにより、高圧水素ボンベ２から燃料電池スタック１に供給する水素量を減少させると共に第１循環流路Ｌ３から燃料電池スタック１に供給するガス量を減少させる。これにより、コントローラ１２では、燃料電池スタック１に供給する水素量を減少させる。
【００３５】
また、この水素ガス循環制御処理において、コントローラ１２では、循環ポンプ８を稼働させて、排出ガスを第１循環流路Ｌ３を介して水素供給流路Ｌ１に供給する場合には（図３、ステップＳ１１）、シャット弁７を開状態に制御することにより（ステップＳ１２）、循環ポンプ８のガス吸入側を開放して図２に示す制御を可能とする。
【００３６】
一方、コントローラ１２では、図２のような制御を行っていない期間では、循環ポンプ８を稼働させる必要がなく（ステップＳ１１）、シャット弁７を閉状態に制御することにより、循環ポンプ８のガス吸入側を遮断する。これにより、コントローラ１２では、燃料電池スタック１からの排出ガスを水素排出流路Ｌ２、第２循環流路Ｌ４及びエゼクタ４を介して水素供給流路Ｌ１に送り、加湿器５を介して燃料電池スタック１に循環させる。
【００３７】
更に、この水素ガス循環制御処理において循環ポンプ８を稼働させている場合に、コントローラ１２では、図４に示すように、第１圧力センサ９からのセンサ信号を読み込んで水素ガス圧力を検出すると共に、第２圧力センサ１０からのセンサ信号を読み込んで循環ポンプ８から吐出される排出ガス圧力を検出し、水素ガス圧力が排出ガス圧力よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２１）。
【００３８】
コントローラ１２は、水素ガス圧力が排出ガス圧力よりも高くないと判定した場合には循環ポンプ８の回転数を低下させる（ステップＳ２２）。これにより、コントローラ１２では、水素ガス圧力を排出ガス圧力以上として、水素流量調整弁３を通過した水素を確実に燃料電池スタック１に供給されるようにする。
【００３９】
一方、コントローラ１２は、水素ガス圧力が排出ガス圧力よりも高いと判定した場合には、水素流量調整弁３を通過した水素が燃料電池スタック１に確実に供給される状態であると判断して、循環ポンプ８の回転数を変化させない。
【００４０】
これにより、コントローラ１２では、図４の処理を繰り返すことにより、排出ガス圧力を水素ガス圧力よりも低くして、燃料電池スタック１に水素を供給することができる。
【００４１】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１から排出された湿潤状態の排出ガスと、加湿器５を通過した供給ガスとを混合して、燃料電池スタック１に水素を循環させることができるので、加湿不要な排出ガスを加湿器５に通過させることなく燃料電池スタック１に水素を供給することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、湿潤状態の排出ガスを加湿器５に供給することにより発生する加湿器５内でのガスに対する圧力損失を低下させることができ、エゼクタ４の循環性能を向上させることができる。
【００４２】
ここで、この燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１から排出された排出ガスは、加湿器５による加湿と燃料電池スタック１内の水分により水分飽和状態となっているため、燃料電池スタック１に循環させる場合には更に加湿器５によって加湿する必要がない。また、この燃料電池システムにおいては、水素流量調整弁３により高圧とされた水素ガスを駆動流体としてエゼクタ４により排出ガスを循環させているが、高圧の水素ガスを加湿して湿潤状態としても飽和蒸気圧以上の水分を水素ガスに与えることができないので、加湿器５は、燃料電池スタック１の水素入口圧力に近いエゼクタ４の下流側に配置する必要がある。
【００４３】
そこで、本発明を適用した燃料電池システムでは、湿潤状態の排出ガスと乾燥状態の水素ガスとを混合させることにより排出ガスと比較して加湿度が低下した供給ガスが送られるエゼクタ４下流側の水素供給流路Ｌ１であって、湿潤状態の排出ガスが送られる第１循環流路Ｌ３と水素供給流路Ｌ１との合流点の上流側の水素供給流路Ｌ１の流路部分に加湿器５を設置することで、加湿不要な排出ガスが加湿器５を通過することによって発生する圧力損失を低下させることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、エゼクタ４、加湿器５、燃料電池スタック１、気液分離器６を有するガス経路の圧力損失を小さくし、エゼクタ４で循環できるガス量を増加させて、ストイキ比を大きくすることができる。
【００４４】
また、この燃料電池システムによれば、エゼクタ４により排出ガスを燃料電池スタック１に供給して水素を循環させても所望のストイキ比が満足できない場合には、循環ポンプ８を駆動させてより多くの水素を燃料電池スタック１に供給することにより、エゼクタ４のみならず循環ポンプ８の回転数を増加させて循環量のアシスト分を大きくすることができるので、すべての燃料電池スタック１の運転領域でストイキ比を満足することができる。
【００４５】
更に、この燃料電池システムによれば、循環ポンプ８を駆動する場合であっても、加湿器５を通過させずに燃料電池スタック１に水素を供給するので、加湿器５の圧力損失なく循環ポンプ８から燃料電池スタック１に水素を循環させることができ、循環ポンプ８の消費エネルギーを抑制することができる。
【００４６】
また、この燃料電池システムによれば、循環ポンプ８のガス吸入側にシャット弁７を設け、循環ポンプ８を稼働させる場合にシャット弁７を開状態にさせるので、循環ポンプ８として遠心ポンプのようなガス吸入側とガス吐出側との間でシール性がないものを使用した場合に、当該循環ポンプ８を駆動していないとき、ガス吸入側よりもガス吐出側の方がガス圧力が高い場合であっても水素が燃料電池スタック１をバイパスして、循環ポンプ８のガス吐出側からガス吸入側に逆流することを防止することができる。また、上述した燃料電池システムにおいては、循環ポンプ８のガス吸入側にシャット弁７を設けた場合について説明したが、シャット弁７を循環ポンプ８のガス吐出側に設けた場合であっても、循環ポンプ８のガス吐出側からガス吸入側にガスが逆流することを防止することができる。
【００４７】
更に、この燃料電池システムによれば、少なくとも一枚のセル電圧が所定値以下になった場合や複数のセルの平均セル電圧が所定の平均セル電圧よりも低下した場合に、燃料電池スタック１内のガス流路に水が溜まった場合又は電解質の加湿不足と判断して、循環ポンプ８の稼動量を増加させて、燃料電池スタック１内のガス流路を流れる流量を増加させることができ、燃料電池スタック１のガス流路内に溜まった水を吹き飛ばすことで排出し、セル電圧の回復を行うことができる。
【００４８】
更にまた、この燃料電池システムでは、排出ガスを循環させている場合、燃料電池スタック１の電気化学反応に寄与しない一酸化炭素等のガスが徐々に蓄積し、電気化学反応に寄与するガスの分圧が低下するため、燃料電池スタック１の平均セル電圧又は総電圧が低下する。これは、電気化学反応に寄与しないガスの分子量が、電気化学反応に寄与するガスの分子量よりも大きくなると、循環しなければならないガスの平均分子量が増加するため、電気化学反応に寄与するガスに関してエゼクタ４による循環能力が低下することによる。このようにエゼクタ４による循環能力が低下すると、ガス流路内での水詰まりが発生しやすくなる。
【００４９】
これに対し、本発明を適用した燃料電池システムでは、燃料電池スタック１の平均セル電圧又は総電圧が所定値以下になった場合、分子量の大きい電気化学反応に寄与しないガスが増加していると判断して、循環ポンプ８の稼動量を増加させることによりストイキ比の低下を抑制して、ガス流路内での水詰まりを抑制することができる。
【００５０】
更にまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１内のガス流路内の水詰まりを抑制するために循環ポンプ８の稼働量を増加させた場合に、ストイキ比を例えば１．３から１．６まで増加させるとすると、ストイキ比の０．３に相当する水素量が不足することになるが、循環ポンプ８の稼働量増加と共に水素流量調整弁３の開度を増加させて燃料電池スタック１に供給する水素量を増加させるので、増加させるストイキ比の０．３に相当する水素量を確実に燃料電池スタック１に供給することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、自由にストイキ比をコントロールすることができ、所望とするストイキ比を確実に実現することができる。
【００５１】
更にまた、この燃料電池システムによれば、循環ポンプ８を稼働させた場合に循環ポンプ８の吐出圧が、水素流量調整弁３から加湿器５に供給する供給ガスの圧力よりも高いと、循環ポンプ８で加圧されたガスが加湿器５側に引き込まれて、エゼクタ４及び第２循環流路Ｌ４側に逆流することになってしまうが、循環ポンプ８の吐出圧を供給ガスの圧力よりも低くなるように循環ポンプ８を稼動させることにより、排出ガスがエゼクタ４側を逆流することを防ぐことができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池システムにおける水素ガス循環制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用した燃料電池システムにおける水素ガス循環制御処理を行っているときにシャット弁の動作を制御するためのフローチャートである。
【図４】本発明を適用した燃料電池システムにおける水素ガス循環制御処理を行っているときに循環ポンプの動作を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
２  高圧水素ボンベ
３  水素流量調整弁
４  エゼクタ
５  加湿器
６  気液分離器
７  シャット弁
８  循環ポンプ
９  第１圧力センサ
１０  第２圧力センサ
１１  電圧センサ
１２  コントローラ
Ｌ１  水素供給流路
Ｌ２  水素排出流路
Ｌ３  第１循環流路
Ｌ４  第２循環流路
【図１】
2004319320.tif 000003
【図２】
2004319320.tif 000004
【図３】
2004319320.tif 000005
【図４】
2004319320.tif 000006