(57)【要約】【課題】エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させる。【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から排出された燃料オフガスを供給流路２２に循環させるための循環流路２３と、供給流路２２と循環流路２３との合流部に配置されたエジェクタ２４と、を備えた燃料電池システム１である。供給流路２２のエジェクタ下流位置と循環流路２３とを連通するバイパス流路２７を設け、バイパス流路２７にバッファタンク４０を設け、バッファタンク４０と供給流路２２との間に第１の弁３４を設け、バッファタンク４０と循環流路２３との間に第２の弁３５を設ける。弁制御手段５の制御により、燃料電池２の出力増加直前に第１の弁３４を開放し第２の弁３５を閉鎖する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記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た燃料オフガスを前記供給流路に循環させるための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記エジェクタを迂回し前記供給流路のエジェクタ下流位置と前記循環流路とを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバッファタンクと、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記供給流路との間に設けられた第１の弁と、
前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記循環流路との間に設けられた第２の弁と、
を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の出力増加直前に前記第１の弁を開放する一方前記第２の弁を閉鎖するように前記第１及び第２の弁を制御する弁制御手段を備える請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加と同時に前記第１の弁を閉鎖するとともに、前記燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するように前記第１及び第２の弁を制御する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
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、前記排出流路に設けられたパージ弁と、を備え、
前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加直前に前記パージ弁を開放するように前記パージ弁を制御する請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記供給流路内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータを備え、
前記弁制御手段は、前記燃料電池の出力増加直前に前記供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させるように前記レギュレータを制御する請求項３から５の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の燃料電池システムを備えた移動体。
【請求項８】
酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記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た燃料オフガスを前記供給流路に循環させるための循環流路と、前記供給流路と前記循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、前記エジェクタを迂回し前記供給流路のエジェクタ下流位置と前記循環流路とを連通するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバッファタンクと、前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記供給流路との間に設けられた第１の弁と、前記バイパス流路の前記バッファタンクと前記循環流路との間に設けられた第２の弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖する第１の弁制御工程を含む燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記燃料電池の出力増加と同時に前記第１の弁を閉鎖するとともに、前記燃料電池の出力増加直後に前記第２の弁を一時的に開放する第２の弁制御工程を含む請求項８に記載の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並びに移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う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目的で、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、燃料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。
【０００３】
また、近年においては、燃料電池の出力増大時（例えば車両加速時等）における応答性を向上させることを目的として、燃料供給流路にエジェクタを迂回するためのパイパス流路を設け、燃料電池の出力増大時にバイパス流路に設けた弁を開放することにより、大量の燃料ガスを短時間で燃料電池に供給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２００３−１５１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１に記載されたような技術を採用すると、バイパス流路を経由して供給された燃料ガスが、燃料供給流路のエジェクタ下流位置に合流するため、エジェクタ下流側の圧力が上昇し、エジェクタのノズルから噴射される燃料ガスの流速が低下する。このようにエジェクタのノズルから噴射される燃料ガスの流速が低下すると、エジェクタの循環能力（エジェクタが循環流路内の燃料オフガスを吸引する能力）が低下して、燃料電池における発電が不安定になるおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、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た燃料オフガスを供給流路に循環させるための循環流路と、供給流路と循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、を備えた燃料電池システムにおいて、エジェクタを迂回し供給流路のエジェクタ下流位置と循環流路とを連通するバイパス流路と、バイパス流路に設けられたバッファタンクと、を備えるものである。
【０００７】
かかる構成によれば、バイパス流路及びバッファタンクと、供給流路のエジェクタ下流位置と、の圧力差を利用して、供給流路のエジェクタ下流位置の圧力調整を行うことができる。従って、例えば、燃料電池の出力増大時においてエジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができ、エジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制して、安定した発電を実現させることが可能となる。
【０００８】
前記燃料電池システムにおいて、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に第１の弁を設けるとともに、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に第２の弁を設けることが好ましい。
【０００９】
かかる構成を採用すると、状況に応じて、バイパス流路に設けられた第１及び第２の弁を制御して、バッファタンクを有効に利用することが可能となる。
【００１０】
また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖するように第１及び第２の弁を制御する弁制御手段を備えることができる。
【００１１】
かかる構成によれば、燃料電池の出力増加直前に、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁を開放し、かつ、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁を閉鎖することができる。従って、燃料電池の出力増加直前に、供給流路のエジェクタ下流位置における燃料ガスをバッファタンク内に取り込んで、エジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができる。この結果、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、弁制御手段として、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖するとともに、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するように前記第１及び第２の弁を制御するものを採用することができる。
【００１３】
かかる構成によれば、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖し、かつ、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するので、燃料電池の出力増加直前に燃料ガスを取り込んで上昇したバッファタンク内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンクを再び有効に機能させることが可能となる。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、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を設けるともに、この排出流路にパージ弁を設けることもできる。かかる場合に、燃料電池の出力増加直前にパージ弁を開放するようにパージ弁を制御する弁制御手段を採用することができる。
【００１５】
このようにすることにより、燃料電池の出力増加直前にパージ弁を開放することができるので、燃料電池の出力増加直前に、燃料電池内を循環する水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。
【００１６】
また、前記燃料電池システムにおいて、供給流路内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータを設けることができる。かかる場合に、燃料電池の出力増加直前に供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させるようにレギュレータを制御する弁制御手段を採用することができる。
【００１７】
このようにすることにより、燃料電池の出力増加直前に供給流路内のエジェクタ上流位置における燃料ガスの圧力を上昇させることができるので、燃料電池の出力増大時における燃料供給の応答遅れを抑制することができる。
【００１８】
また、本発明に係る移動体は、前記燃料電池システムを備えるものである。
【００１９】
かかる構成を採用すると、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能な燃料電池システムを備えているため、加速性能の向上が可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、酸化ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、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た燃料オフガスを供給流路に循環させるための循環流路と、供給流路と循環流路との合流部に配置されたエジェクタと、エジェクタを迂回し供給流路のエジェクタ下流位置と循環流路とを連通するバイパス流路と、バイパス流路に設けられたバッファタンクと、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁と、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池の出力増加直前に第１の弁を開放する一方第２の弁を閉鎖する第１の弁制御工程を含むものである。
【００２１】
かかる方法によれば、燃料電池の出力増加直前に、バイパス流路のバッファタンクと供給流路との間に設けられた第１の弁を開放し、かつ、バイパス流路のバッファタンクと循環流路との間に設けられた第２の弁を閉鎖することができる。従って、燃料電池の出力増加直前に、供給流路のエジェクタ下流位置における燃料ガスをバッファタンク内に取り込んで、エジェクタのノズルから噴出される燃料ガスの流量及び流速を増加させることができる。この結果、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。
【００２２】
前記燃料電池システムの運転方法において、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖するとともに、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放する第２の弁制御工程を含むことができる。
【００２３】
かかる方法によれば、燃料電池の出力増加と同時に第１の弁を閉鎖し、かつ、燃料電池の出力増加直後に第２の弁を一時的に開放するので、燃料電池の出力増加直前に燃料ガスを取り込んで上昇したバッファタンク内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンクを再び有効に機能させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、エジェクタを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力増大時におけるエジェクタの循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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１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。
【００２６】
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（酸化ガス及び燃料ガス）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、例えば固体高分子電解質型のものを採用することができ、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に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系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。
【００２７】
酸化ガス配管系３は、加湿器１１により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池２に供給する空気供給流路１２と、燃料電池２から排出された酸化オフガスを加湿器１１に導く空気排出流路１３と、加湿器１１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路１４と、が設けられている。空気供給流路１２には、大気中の酸化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。コンプレッサ１５の動作は制御部５により制御される。
【００２８】
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に供給するための水素供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガスを水素供給流路２２に戻すための循環流路２３と、水素供給流路２２と循環流路２３との接続部に設けられ、循環流路２３の水素オフガスを水素供給流路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、エジェクタ２４を迂回し水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の下流位置と循環流路２３とを連通するバイパス流路２７と、を備えている。
【００２９】
水素タンク２１に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを採用してもよい。
【００３０】
水素供給流路２２には、水素タンク２１からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３１、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３２、レギュレータ３２の出口近傍（エジェクタ２４の入口近傍）に配置された第１の圧力センサ４１、燃料電池２の入口近傍に配置された第２の圧力センサ４２、等が設けられている。本実施形態においては、目標調圧値を変更することができる可変調圧式のレギュレータ３２を採用している。遮断弁３１及びレギュレータ３２の動作は制御部５により制御される。例えば、制御部５は、圧力センサ４１で検出された水素ガスの圧力値が所定の目標調圧値になるようにレギュレータ３２を制御する。
【００３１】
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にはパージ弁３３が設けられている。パージ弁３３は、制御部５からの指令によって作動することにより、循環流路２３内の不純物を含む水素オフガスを外部に排出（パージ）するものである。
【００３２】
バイパス流路２７には、バッファタンク４０と、バッファタンク４０と水素供給流路２２との間に設けられたバッファ入口弁（第１の弁）３４と、バッファタンク４０と循環流路２３との間に設けられたバッファ出口弁（第２の弁）３５と、が設けられている。バッファタンク４０は、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の下流側の水素ガスを一時的に取り込むためのものである。バッファタンク４０に水素ガスが取り込まれると、エジェクタ２４の下流側における水素ガスの流量及び流速が増加して、エジェクタ２４の循環能力の低下が抑制される。バッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５は、制御部５からの指令によって作動することにより、バッファタンク４０への水素ガスの取り込みと、バッファタンク４０からの水素ガスの排出と、を実現させるものであり、各々、本発明における第１の弁及び第２の弁の一実施形態として機能する。
【００３３】
エジェクタ２４は、水素タンク２１から水素供給流路２２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は、燃料電池２に供給される。
【００３４】
本実施形態におけるエジェクタ２４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機能を有している。また、エジェクタ２４のニードル開度は、制御部５によって制御される。
【００３５】
制御部５は、車両に設けられたアクセル等の操作量を検出し、加速要求値（例えば、トラクションモータ等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。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。
【００３６】
具体的には、制御部５は、図示されていないアクセルセンサで検出したアクセル操作量に基づいて、燃料電池２の発電電流値を算出し、算出された発電電流値を得るためにコンプレッサ１５やレギュレータ３２を制御して燃料電池２に供給される酸化ガスや水素ガスの流量や圧力を調整する。また、制御部５は、算出された発電電流値の増加率（所定時間内における増加量）が所定閾値を超えるか否か（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るか否か）を判定する。
【００３７】
そして、制御部５は、燃料電池２の発電電流値の増加率が所定閾値を超える（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入る）ものと判定した場合において、燃料電池２に供給する水素ガス等の流量を増大させるためにレギュレータ３２等を制御する直前（燃料電池２の出力増加直前）に、バッファ入口弁３４を開放する一方バッファ出口弁３５を閉鎖するようにこれら双方の弁を制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前にバッファタンク４０内に水素ガスを取り込んで、エジェクタ２４の下流側における水素ガスの流量及び流速を増加させて、エジェクタ２４の循環能力の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、制御部５は、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を一定時間開放するように制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前に、燃料電池２内を循環する水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。また、制御部５は、燃料電池２の出力増加直前に、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の上流側の水素ガスの圧力を上昇させるようにレギュレータ３２を制御する。これにより、燃料電池２の出力増加直前における燃料供給の応答遅れを抑制することができる。
【００３９】
また、制御部５は、燃料電池２の出力増加と同時にバッファ入口弁３４を閉鎖するとともに、燃料電池２の出力増加直後にバッファ出口弁３５を一時的に開放するようにこれらバッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５を制御する。これにより、出力増加直前に上昇したバッファタンク４０内の圧力を速やかに低下させることができる。すなわち、制御部５は、本発明における弁制御手段の一実施形態である。
【００４０】
続いて、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の運転方法について説明する。
【００４１】
図３（ａ）は、燃料電池２の発電電流値の時間履歴を示すものであり、図３（ｂ）〜（ｄ）は、各々、バッファ入口弁３４、バッファ出口弁３５及びパージ弁３３の開閉信号の時間履歴を示すものであり、図３（ｅ）は、エジェクタ２４の上流側における水素ガスの圧力の時間履歴を示すものである。また、図３（ｆ）は、水素供給流路２２内を流れて燃料電池２に供給される水素ガスの流量の時間履歴を示すものであり、図３（ｇ）は、燃料電池２から排出されて循環流路２３内を流れる水素オフガスの流量の時間履歴を示すものである。
【００４２】
燃料電池システム１の通常運転時においては、制御部５がコンプレッサ１５やレギュレータ３２等を駆動制御することにより、加湿器１１で加湿調整された酸化ガス（空気）が空気供給流路１２を介して燃料電池２のカソード極に供給されるとともに、水素タンク２１から水素ガスが水素供給流路２２を介して燃料電池２のアノード極に供給されて、発電が行われる。この際、燃料電池２から引き出すべき発電電流値が制御部５で算出され、その発電電流値に応じた流量及び圧力の酸化ガス及び水素ガスが燃料電池２内に供給されるようになっている。かかる通常運転時においては、燃料電池２から循環流路２３を経由したエジェクタ２４への水素オフガスの流れが実現される。また、通常運転時においてはバッファ入口弁３４及びバッファ出口弁３５が閉鎖され、バッファタンク４０内への水素ガス及び水素オフガスの流入が阻止される。
【００４３】
燃料電池システム１の制御部５は、かかる通常運転時において、発電電流値の増加率が所定閾値を超えるか否か（燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るか否か）を判定する（急加速判定工程：Ｓ１）。そして、制御部５は、燃料電池車両の走行状態が急加速域に入るものと判定した場合において、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４を開放する一方、バッファ出口弁３５の閉鎖状態を維持するようにこれら双方の弁を制御する（入口弁開放工程：Ｓ２）。入口弁開放工程Ｓ２は、本発明における第１の弁制御工程に相当する。
【００４４】
また、制御部５は、燃料電池車両が急加速域に入るものと判定した場合において、図３（ａ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を開放する（パージ弁開放工程：Ｓ３）とともに、水素供給流路２２におけるエジェクタ２４の上流側の水素ガスの圧力を上昇させる（圧力上昇工程：Ｓ４）ようにパージ弁３３及びレギュレータ３２を制御する。なお、制御部５は、図３（ａ）、（ｅ）に示すように、圧力上昇工程Ｓ４において上昇させたエジェクタ２４の上流側の圧力を、燃料電池２の発電電流値の増加に伴って漸次低減させる。
【００４５】
これら入口弁開放工程Ｓ２〜圧力上昇工程Ｓ４を経た後、制御部５は、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達したか否かを判定する（電流判定工程：Ｓ５）。そして、制御部５は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達すると同時（燃料電池２の出力増加と同時）に、バッファ入口弁３４及びパージ弁３３を閉鎖するようにこれらの弁を制御する（弁閉鎖工程：Ｓ６）。かかる弁閉鎖工程Ｓ６に次いで、制御部５は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達した直後（燃料電池２の出力増加直後）に、バッファ出口弁３５を一時的に開放するようにバッファ出口弁３５を制御する（出口弁開放工程：Ｓ７）。弁閉鎖工程Ｓ６及び出口弁開放工程Ｓ７は、本発明における第２の弁制御工程に相当する。
【００４６】
なお、本実施形態において、制御部５は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、入口弁開放工程Ｓ２、パージ弁開放工程Ｓ３及び圧力上昇工程Ｓ４における弁制御を、燃料電池２の発電電流値の増加開始時点よりＴ1だけ先に実施する。換言すれば、制御部５は、バッファ入口弁３４の開放時点、パージ弁３３の開放時点及びエジェクタ２４の上流圧力の上昇時点よりＴ1だけ遅れて燃料電池２の発電電流値の増加を開始させる。また、制御部５は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、出口弁開放工程Ｓ７におけるバッファ出口弁３５の開放を、燃料電池２の発電電流値が所定の目標電流値Ａ1に到達した時点よりＴ2だけ後に実施するとともに、その開放継続時間をＴ3に設定する。
【００４７】
Ｔ1は、エジェクタ２４の応答遅れの時間や、燃料電池２に反応ガスを供給してから発電までに要する時間（要求負荷応答時間）に基づいて算出される時間であり、エジェクタ２４や燃料電池２の規模・仕様等を勘案して、適宜設定することができる。また、Ｔ2は、バッファタンク４０の容量や循環流路２３の長さ等を勘案して、適宜設定することができる。また、Ｔ3は、バッファタンク４０内の圧力が循環流路２３におけるエジェクタ吸引位置の圧力と同等の値まで低下するのに要する時間であり、バッファタンク４０の容量やエジェクタ２４の仕様等を勘案して適宜設定することができる。
【００４８】
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、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４を開放する一方、バッファ出口弁３５を閉鎖することができる。従って、燃料電池２の出力増加直前に、水素供給流路２２のエジェクタ下流位置における水素ガスをバッファタンク４０内に取り込んで、エジェクタ２４のノズルから噴出される水素ガスの流量及び流速を増加させることができる。また、燃料電池２の出力増加直前に、パージ弁３３を開放するとともに、水素供給流路２２内のエジェクタ上流位置における水素ガスの圧力を上昇させることができる。この結果、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制することができ、安定した発電を実現させることが可能となる。
【００４９】
また、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、燃料電池２の出力増加と同時にバッファ入口弁３４（第１の弁）を閉鎖し、かつ、燃料電池２の出力増加直後にバッファ出口弁３５（第２の弁）を一時的に開放するので、燃料電池２の出力増加直前に水素ガスを取り込んで上昇したバッファタンク４０内の圧力を、速やかに低下させることができる。従って、次回の出力増加時において、バッファタンク４０を再び有効に機能させることが可能となる。
【００５０】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池車両（移動体）は、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下を抑制して、安定した発電を実現させることが可能な燃料電池システム１を備えているため、優れた加速性能を有するものとなる。
【００５１】
なお、以上の実施形態においては、燃料電池２の出力増加直前に、バッファ入口弁３４の開放及びバッファ出口弁３５の閉鎖を行うとともに、パージ弁３３の開放及びエジェクタ上流圧の上昇を実現させた例を示したが、必ずしもこれら全ての弁を制御する必要はない。すなわち、バッファ入口弁３３及びバッファ出口弁３５の制御を行うだけで燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下や燃料供給の応答遅れを抑制して安定した発電を実現させることができる場合には、燃料電池２の出力増加直前におけるパージ弁制御やエジェクタ上流圧調整を省くことが可能となる。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、燃料電池２の出力増加直前にバッファ入口弁３４やパージ弁３３の開放を実現させた例を示したが、この際、バッファ入口弁３４やパージ弁３３を全開とする必要はなく、燃料電池２の出力増大時におけるエジェクタ２４の循環能力の低下を抑制することができる程度にバッファ入口弁３４やパージ弁３３の開度を増大させればよい。
【００５３】
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】
【００５４】
【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運転方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した燃料電池システムの運転方法を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は燃料電池の発電電流値の時間履歴を示すもの、（ｂ）〜（ｄ）は各々バッファ入口弁、バッファ出口弁及びパージ弁の開閉信号の時間履歴を示すもの、（ｅ）はエジェクタの上流側における水素ガスの圧力の時間履歴を示すもの、（ｆ）は水素供給流路内を流れて燃料電池に供給される水素ガスの流量の時間履歴を示すもの、（ｇ）は燃料電池から排出されて循環流路内を流れる水素オフガスの流量の時間履歴を示すもの、である。
【符号の説明】
【００５５】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、５…制御部（弁制御手段）、２２…水素供給流路、２３…循環流路、２４…エジェクタ、２６…排出流路、２７…バイパス流路、３２…レギュレータ、３３…パージ弁、３４…バッファ入口弁（第１の弁）、３５…バッファ出口弁（第２の弁）、４０…バッファタンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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