(57)【要約】【課題】エジェクタ及びパージ弁を備えた燃料電池システムにおいて、比較的簡素な構成を採用しながら、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に調整して発電状態の安定化を図る。【解決手段】燃料電池２と、燃料電池２に燃料ガスを供給するための供給流路２２と、燃料電池２から排出される燃料オフガスを供給流路２２に戻すための循環流路２３と、供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタ２４と、循環流路２３から分岐して燃料オフガスを循環流路２３の外部に排出するための排出流路２６と、排出流路２６に設けられたパージ弁３３と、を備える燃料電池システム１において、エジェクタ２４によるガス循環がパージ弁３３の開放によるガス排出を上回るようにパージ弁３３の開閉状態を調整する制御手段５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、前記循環流路から分岐して燃料オフガスを前記循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開閉状態を調整する制御手段を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の流路面積を調整する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開放時間を調整する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記エジェクタは、ノズルと、このノズルに対して進退可能なニードルと、前記循環流路内のガス圧力の変化に応じて前記ニードルを移動させる移動手段と、を有する請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合における前記パージ弁の開放時間を、前記燃料電池への燃料ガスの供給状態が前記特定基準状態より大きい場合における前記パージ弁の開放時間よりも長い時間に設定する請求項１から４の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、前記循環流路から分岐して燃料オフガスを前記循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記エジェクタによるガス循環が前記パージ弁の開放によるガス排出を上回るように、前記パージ弁の開閉状態を調整する工程を含む燃料電池システムの運転方法。
【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その運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応により電力を発生させる燃料電池を備えた燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出される燃料オフガス中に、発電に寄与しなかった燃料ガスが含まれ得る。このため、未反応の燃料ガスを再利用するために、エジェクタを用いて燃料オフガスを燃料ガスに合流させる技術が提案されている。エジェクタは、供給流路を介して燃料供給源から供給された燃料ガスを燃料電池側へ噴射することによりその内部で負圧を発生させ、かかる負圧により循環流路内の燃料オフガスを吸引して燃料ガスと燃料オフガスとを合流させる装置である。現在においては、供給流路の圧力と循環流路の圧力との差に応じて自律的に燃料ガスの供給流量を変化させる機構を有する「自律式可変流量型」のエジェクタが提案されている。
【０００３】
ところで、燃料電池システムの燃料電池の内部や燃料オフガスの循環流路には、発電に伴って窒素や一酸化炭素等の不純物が経時的に蓄積する。そして、このような不純物の濃度が高くなると発電効率が低下するという事態が発生する。このため、不純物を排出するための排出流路を循環流路に接続するとともに、排出流路にパージ弁を設け、不純物濃度が高くなったとき等にパージ弁を開放して、燃料電池や循環流路から不純物を除去するようにしている。
【０００４】
ところが、前記したエジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池への燃料ガスの供給流量が少ない状態（供給圧力が低い状態）でパージ弁を開放すると、エジェクタの内部に吸引されるはずの循環流路内の燃料オフガスがパージ弁側に逆流してしまい、燃料オフガスと燃料ガスとの円滑な合流が妨げられる場合がある。近年においては、かかる問題を解決するために、燃料電池システムの循環流路に逆流防止用の弁を設け、エジェクタの吸引力が高まるまでこの弁を閉じるように弁の動作を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２３７３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されたような技術を採用すると、逆流防止用の弁、エジェクタの吸引力を検知するためのセンサ、弁を制御するための制御装置、等の種々の機器・装置が必要となるため、構成や制御が複雑となるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エジェクタ及びパージ弁を備えた燃料電池システムにおいて、比較的簡素な構成を採用しながら、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に調整して発電状態の安定化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、循環流路から分岐して燃料オフガスを循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムにおいて、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出を上回るように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整する制御手段を備えるものである。
【０００８】
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための供給流路と、燃料電池から排出される燃料オフガスを供給流路に戻すための循環流路と、供給流路と循環流路との接続部に設けられ燃料ガスと燃料オフガスとを合流させるエジェクタと、循環流路から分岐して燃料オフガスを循環流路の外部に排出するための排出流路と、この排出流路に設けられたパージ弁と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出を上回るように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整する工程を含むものである。
【０００９】
かかる構成及び方法によれば、エジェクタによるガス循環がパージ弁の開放によるガス排出より大きくなるように、パージ弁の開閉状態（流路面積や開放時間）を調整することができる。また、燃料電池のガス排出口からエジェクタにいたる循環流路上に逆流防止用の弁やセンサを設ける必要がないため、構成が比較的簡素になるという利点がある。ここで、「エジェクタによるガス循環」とは、エジェクタによる循環流路内の燃料オフガスの吸引力や吸引量を意味し、「パージ弁の開放によるガス排出」とは、パージ弁の開放による循環流路外部への燃料オフガスの排出力や排出量を意味する。
【００１０】
前記燃料電池システムにおいて、エジェクタは、ノズルと、このノズルに対して進退可能なニードルと、循環流路内のガス圧力の変化に応じてニードルを移動させる移動手段と、を有するものを採用することができる。
【００１１】
かかる構成を採用すると、パージ弁開放により循環流路内に逆流が発生して燃料オフガスの吸引量が一時的に低下し、循環流路内のガス圧力が低下した場合においても、この圧力変化に応じてニードルを移動させてエジェクタによる燃料オフガスの吸引力を増大させ、燃料オフガスの循環流量の低下を抑制することができる。この結果、燃料オフガスの循環流量を適切に調整することができ、発電状態の安定化を実現させることができる。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合（例えば燃料電池の負荷が比較的小さい場合）におけるパージ弁の開放時間を、燃料電池への燃料ガスの供給状態が特定基準状態より大きい場合（燃料電池の負荷が比較的大きい場合）における開放時間よりも長い時間に設定することができる。
【００１３】
このようにすることにより、循環流路内の燃料オフガスの循環流量を的確に回復させることが可能となる。ここで、「燃料ガスの供給状態」とは、燃料ガスの供給流量や供給圧力を意味する。また、「燃料電池の負荷」とは、燃料電池の出力（電力、電流、電圧）の大きさや、燃料電池に接続する電力消費装置（負荷装置）の消費電力（負荷量）を意味する。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システムで発生した電力を駆動源とする移動体を提供することもできる。かかる構成を有する移動体は、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に設定して発電状態の安定化が可能な燃料電池システムを備えているため、燃料電池の負荷が比較的小さい運転状態においても安定した駆動が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エジェクタ及びパージ弁を備えた燃料電池システムにおいて、比較的簡素な構成を採用しながら、不純物の排出量や燃料オフガスの循環流量を適切に調整して発電状態の安定化を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両（移動体）の車載発電システムに適用した例について説明することとする。
【００１７】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。燃料電池システム１は、反応ガス（酸素ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２を備えている。燃料電池２は、例えば固体分子電解質型からなり、多数のセルを積層したスタック構造として構成されている。燃料電池システム１は、燃料電池２に酸素ガスとしての空気を供給する酸素ガス配管系３と、燃料電池２に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系４と、システム全体を統合制御する制御部５と、を備えている。
【００１８】
酸素ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸素ガスを燃料電池２に供給する供給流路１２と、燃料電池２から排出された酸素オフガスを加湿器１１に導く排出流路１３と、加湿器１１から燃焼器に酸素オフガスを導くための排気流路１４と、が設けられている。供給流路１２には、大気中の酸素ガスを取り込んで加湿器１１に圧送するコンプレッサ１５が設けられている。
【００１９】
水素ガス配管系４は、高圧の水素ガスを貯留した水素供給源となる水素タンク２１と、水素タンク２１の水素ガスを燃料電池２に供給するための供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを供給流路２２に戻すための循環流路２３と、供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ、循環流路２３の水素オフガスを供給流路２２に還流させるエジェクタ２４と、エジェクタ２４にパイロット圧として水素オフガスの圧力を導入する導入流路２５と、燃料電池２の内部や循環流路２３の内部に溜まった不純物を排出するための排出流路２６と、を備えている。
【００２０】
供給流路２２は、エジェクタ２４の上流側に位置して新たな水素ガスをエジェクタ２４に導く流路である主流流路２２ａと、エジェクタ２４の下流側に位置して混合水素ガスを燃料電池２に導く流路である混合流路２２ｂと、で構成されている。主流流路２２ａには、その上流側から順に、これを開閉するシャットバルブ３１と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３２と、が設けられている。
【００２１】
循環流路２３の内部の水素オフガスはエジェクタ２４によって吸引される。循環流路２３には導入流路２５が分岐配管されており、循環流路２３の水素オフガスの圧力は、導入流路２５を経てエジェクタ２４にパイロット圧として導入される。また、循環流路２３には排出流路２６が分岐配管されており、排出流路２６にはシャットバルブ３３が設けられている。シャットバルブ３３は、本発明におけるパージ弁の一実施形態であり、制御部５によってその開閉動作が制御される。
【００２２】
エジェクタ２４は、水素タンク２１から主流流路２２ａを介して供給された新たな水素ガス（燃料ガス）を燃料電池２側へ噴射することにより負圧を発生させ、燃料電池２の燃料ガス出口から循環流路２３へと排出された水素オフガス（燃料オフガス）をこの負圧により吸引して、新たな水素ガスと水素オフガスとを合流させるものである。合流後の混合水素ガス（混合燃料ガス）は、燃料電池２に供給される。本実施形態においては、循環流路２３内の水素オフガスの圧力が低下した場合に燃料電池２への混合水素ガスの供給流量を増大させる一方、循環流路２３内の水素オフガスの圧力が上昇した場合に燃料電池２への混合水素ガスの供給流量を低減させる自律式可変流量型のエジェクタ２４を採用している。エジェクタ２４の構成については、図２を用いて後に詳述する。
【００２３】
制御部５は、図示していない車両のアクセル信号（要求負荷）等の制御情報を受けて、システム内のバルブやモータの動作を制御する。なお、制御部５は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
【００２４】
具体的には、制御部５は、燃料電池２が水素ガスを消費する時に、図示されていないセル電圧モニタにより燃料電池２のセル電圧を監視し、セル電圧が所定の閾値以下に低下した場合に、排出流路２６に設けられたシャットバルブ３３を所定時間だけ開放して窒素や一酸化炭素等の不純物を排出する。
【００２５】
この際、制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合におけるシャットバルブ３３の開放時間を、特定基準状態より大きい場合における開放時間より長く設定することにより、エジェクタ２４による燃料オフガスの吸引力（吸引量）がシャットバルブ３３の開放による燃料オフガスの排出力（排出量）を上回るようにする。すなわち、制御部５は、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにシャットバルブ３３の開閉状態を調整するものであり、本発明における制御手段の一実施形態である。
【００２６】
ここで、「特定基準状態」とは、燃料電池２の負荷が特定の低レベルにある場合における水素ガスの供給状態（供給流量や供給圧力）を意味し、燃料電池２の仕様等に応じて適宜設定することができる。制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態がこの特定基準状態より小さい場合（低負荷領域や無負荷領域）と大きい場合（中負荷領域や高負荷領域）とでシャットバルブ３３の開放時間を異ならせる。なお、シャットバルブ３３の制御態様については、後に詳述することとする。
【００２７】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のエジェクタ２４の構成について説明する。
【００２８】
エジェクタ２４は、燃料電池２へ供給する水素ガス（混合水素ガス）の流量を変化させるように構成されている。エジェクタ２４は、図２に示すように、その外郭を構成する筐体４１を有している。筐体４１には、主流流路２２ａの下流側に接続された１次側の供給口４２と、混合流路２２ｂの上流側に接続された２次側の排出口４３と、循環流路２３の下流側に接続された負圧作用側の吸込口４４と、導入流路２５の下流側に接続された圧導入口４５と、が形成されている。
【００２９】
筐体４１の内部には、図２に示すように、供給口４２からの新たな水素ガスを下流側に向かって噴射するノズル４６と、ノズル４６の下流側に設けられ、ノズル４６を通過した新たな水素ガスと水素オフガス（副流）とを合流させるディフューザ４７と、ノズル４６を通過する新たな水素ガス（主流）の流量を制御する流量制御機構４８と、が構成されている。
【００３０】
ノズル４６は、図２に示すように、水素ガスの流れ方向に向かって先細となるように形成されており、ディフューザ４７側に開口している先端噴出部５１と、先端噴出部５１に連なり先端噴出部５１に向かって漸次縮径された内周壁を有する絞り部５２と、から構成されている。先端噴出部５１は、一定の径を有する内周壁を有している。先端噴出部５１のディフューザ４７側に開口した部分がノズル４６の出口となっており、先端噴出部５１からディフューザ４７に向かって新たな水素ガスが噴出される。絞り部５２は、その拡開した側が供給口４２に連なっている。
【００３１】
ディフューザ４７は、図２に示すように、ノズル４６と同軸に形成されており、ノズル４６との間の上流側が吸込口４４に連なっている。また、ディフューザ４７の下流側は排出口４３に連なっている。ノズル４６からディフューザ４７に向けて新たな水素ガスが噴射されると、水素オフガスを吸引するための負圧が発生し、循環流路２３の水素オフガスがディフューザ４７に吸い込まれる。これにより、ディフューザ４７において新たな水素ガスと水素オフガスとが合流し、この混合水素ガスが、排出口４３から混合流路２２ｂへと排出される。
【００３２】
流量制御機構４８は、図２に示すように、圧導入口４５に連通する導圧室６０と、導圧室６０の内部に収容されたバネ６０ａと、先端側がノズル４６の内部に臨むニードル６１と、ニードル６１の基端側を表面６２ａの中央部に接続したピストン６２と、バネ６０ａの一端が接続されたバネ抑え壁６３と、を有している。バネ６０ａ、ニードル６１及びピストン６２は、ノズル４６と同軸に配設されている。
【００３３】
導圧室６０は、筐体４１の内壁面、ピストン６２の裏面６２ｂ及びバネ抑え壁６３の表面６３ａによって形成されている。導圧室６０には、循環流路２３の水素オフガスの圧力が導入流路２５及び圧導入口４５を介して信号圧として導かれる。バネ６０ａは、所定のばね定数を有し、ピストン６２の裏面６２ｂをニードル６１の先端側に向かって付勢する。ニードル６１は、先端側に向かって先細とされた先端調整部７１と、先端調整部７１に一体に連なってピストン６２に接続された接続部７２と、から構成されている。先端調整部７１は、円錐や角錐の錐体からなり、例えば先端部が放物面で形成されている。先端調整部７１は、ノズル４６の内部に臨み、その位置に応じてノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量を調整する。接続部７２は、一定の径または略一定の径からなり、棒状に形成されている。
【００３４】
ピストン６２は、その外周面を筐体４１の内壁面に沿って摺動可能に構成されており、その軸線方向に摺動する。ピストン６２の表面６２ａには、主流流路２２ａからの新たな水素ガスの圧力Ｐ１が作用する。一方、ピストン６２の裏面６２ｂには、バネ６０ａからの付勢力が作用するとともに、循環流路２３からの水素オフガスの圧力Ｐ２が作用する。これら圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差圧を作動源として、ピストン６２及びニードル６１が軸線方向に進退する。すなわち、ピストン６２の表裏両面６２ａ、６２ｂにおける水素ガスの差圧とバネ６０ａの付勢力とのバランスに基づいて、ニードル６１がピストン６２と共に軸線方向に進退する。バネ抑え壁６３は筺体４１の一部を構成し、バネ６０ａの移動を抑制する。なお、導圧室６０、バネ６０ａ、ピストン６２等により、本発明における移動手段の一実施形態が構成される。
【００３５】
ここで、エジェクタ２４の自律流量調整機能について説明する。
【００３６】
燃料電池車両の加速時等で燃料電池２の発電量が増大すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が増加する。このように水素ガスの消費量が増えて混合流路２２ｂの流量が増加すると、燃料電池２での圧力損失が大きくなり、水素オフガスの圧力Ｐ２は低下する。すると、ピストン６２及びニードル６１が、平衡状態からバネ６０ａの付勢力に抗して退避する。これにより、ノズル４６の開口面積が大きくなるため、ノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量が増加する。すなわち、エジェクタ２４は、燃料電池２の発電量の増大やシャットバルブ３３の開放に起因して循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が低下した場合に、自律的に水素ガスの供給流量を増加させ、これに伴って循環流路２３内の水素オフガスの吸引力を増大させるように機能する。
【００３７】
一方、燃料電池車両の減速時等で燃料電池２の発電量が低下すると、燃料電池２で消費される水素ガスの消費量が減少する。このように水素ガスの消費量が減って混合流路２２ｂの流量が減少すると、燃料電池２での圧力損失が小さくなり、水素オフガスの圧力Ｐ２が上昇する。すると、ピストン６２及びニードル６１が、平衡状態から進出する。これにより、ノズル４６の開口面積が小さくなるため、ノズル４６を通過する新たな水素ガスの流量が減少する。すなわち、エジェクタ２４は、燃料電池２の発電量の低下等に起因して循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が上昇した場合に、自律的に水素ガスの供給流量を低減させるように機能する。
【００３８】
続いて、図３及び図４を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１のシャットバルブ３３の制御動作について説明する。
【００３９】
制御部５は、通常発電時において燃料電池２のセル電圧を監視し、セル電圧が所定の閾値以下に低下した場合に、排出流路２６に設けられたシャットバルブ３３を比較的短い所定時間（例えば図３（ａ）に示した[ｔ：ｔ0〜ｔ1]）だけ開放して、主に水素オフガス中の不純物（窒素や一酸化炭素等）を排出する（定常パージ制御工程）。制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より大きい中負荷領域や高負荷領域において、このようなバルブ制御を続行する。
【００４０】
一方、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい低負荷領域や無負荷領域においては、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が高くなるため、エジェクタ２４の自律流量調整機能により燃料電池２への水素ガスの供給流量が低減する。このため、循環流路２３内を流れる水素オフガスの流量も低減する。このような状態でシャットバルブ３３を前記した所定時間ｔだけ開放すると、循環流路２３内に逆流が発生し、図３（ｃ）に示すようにエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下し、水素オフガスの循環流量が低減してしまう。シャットバルブ３３を開放すると、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が低下するため、エジェクタ２４の自律流量調整機能によりニードル６１が退避移動を開始して水素オフガスの吸引量を増大させようとするが、シャットバルブ３３の開放時間が短すぎると図３（ｂ）に示すようにニードル６１の移動量が所定の目標値Ｓに到達しないため、エジェクタ２４の吸引力が回復しないからである。
【００４１】
そこで、本実施形態における燃料電池システム１の制御部５は、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合において、シャットバルブ３３の開放時間を前記した所定時間ｔよりも長くする（特定パージ制御工程）。具体的には、制御部５は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、シャットバルブ３３を開放した時点ｔ0から、ニードル６１の移動量が所定の目標値Ｓに到達してエジェクタ２４の吸引力が回復し循環流路２３内の水素オフガスの循環流量が所定値Ｖ（バルブ開放前の値）に達する時点ｔ3までの経過時間よりも長い時間[ｔ´：ｔ0〜ｔ2]を開放時間に設定している。このようにシャットバルブ３３の開放時間を長くすると、シャットバルブ３３の開放により循環流路２３内に逆流が発生してエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下しても、その後、エジェクタ２４の吸引力が回復して水素オフガスの循環流量が適正な状態となる。
【００４２】
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２が高く燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい低負荷領域や無負荷領域において、シャットバルブ３３の開放時間を長くすることができる。従って、低負荷領域や無負荷領域においても不純物を充分に排出することができる。また、シャットバルブ３３の開放により循環流路２３内に逆流が発生してエジェクタ２４による水素オフガスの吸引量が一時的に低下しても、シャットバルブ３３を長く開放することにより循環流路２３内の水素オフガスの圧力Ｐ２を低下させ、エジェクタ２４による燃料電池２への供給流量を増大させて水素オフガスの吸引量を増大させ、結果的に水素オフガスの循環流量の低下を抑制することができる。この結果、不純物の排出量や水素オフガスの循環流量を適切に設定することができ、発電状態の安定化を実現させることができる。しかも、逆流防止用の弁やセンサ等を採用する必要がないため、構成が簡素となるという利点がある。
【００４３】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両においては、不純物の排出量や水素オフガスの循環流量を適切に設定して発電状態の安定化が可能な燃料電池システム１を備えているため、燃料電池２の負荷が比較的小さい運転状態（減速時等で燃料電池２の発電量が低下した状態）においても安定した駆動が可能となる。
【００４４】
なお、以上の実施形態においては、所定のガスをエジェクタ２４に導き、ガスの差圧に基づいて機械的にニードル６１を駆動した例を示したが、エジェクタ２４の構成はかかる態様に限られるものではない。すなわち、循環流路２３内のガス圧力が低下した場合に循環流路２３内の水素オフガスの吸引力を増大させるような機能を有するものであれば、いかなる構成を採用してもよい。
【００４５】
また、以上の実施形態においては、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合に、制御部５がシャットバルブ３３（パージ弁）の開放時間を長くしているが、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さいか否かの判定は、アクセル信号、ブレーキ信号、発電量（電圧、電流）等種々の物理量に基づいて行うことができる。
【００４６】
また、以上の実施形態においては、燃料電池２への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合に、制御部５がシャットバルブ３３（パージ弁）の開放時間を長くすることにより、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにした例を示したが、シャットバルブ３３の開閉状態の調整態様は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、シャットバルブ３３の開放時間を調整する代わりに（又は開放時間を調整するとともに）、シャットバルブ３３の流路面積を調整することにより、エジェクタ２４によるガス循環がシャットバルブ３３の開放によるガス排出を上回るようにすることもできる。
【００４７】
また、以上の実施形態においては、循環流路２３に設けられた導入流路２５の下流側（エジェクタ２４側）に排出流路２６及びシャットバルブ３３を設けた例を示したが、導入流路２５の上流側（燃料電池２側）に排出流路２６及びシャットバルブ３３を設けてもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムのエジェクタの拡大断面図である。
【図３】図１に示した燃料電池システムの燃料電池への水素ガスの供給状態が特定基準状態より大きい場合におけるパージ弁制御動作を説明するためタイムチャートであり、（ａ）はシャットバルブ開度、（ｂ）はニードル移動量、（ｃ）は水素オフガスの循環流量、を各々示すものである。
【図４】図１に示した燃料電池システムの燃料電池への水素ガスの供給状態が特定基準状態より小さい場合におけるパージ弁制御動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）はシャットバルブ開度、（ｂ）はニードル移動量、（ｃ）は水素オフガスの循環流量、を各々示すものである。
【符号の説明】
【００５０】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、５…制御部（制御手段）、２２…供給流路、２３…循環流路、２４…エジェクタ、２６…排出流路、３３…シャットバルブ（パージ弁）、４６…ノズル、６０…導圧室（移動手段の一部）、６０ａ…バネ（移動手段の一部）、６１…ニードル、６２…ピストン（移動手段の一部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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