JP2021174670A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】高温運転時に循環ガス流量を低減することで燃料電池スタック内の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの発電性能を向上させることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタックと、エジェクタと前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、前記第１のインジェクタよりも前記燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、燃料ガス供給部と、第１の供給流路と、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、循環流路と、温度検出部と、制御部と、を有する燃料電池システム。【選択図】図１
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。
燃料電池（ＦＣ）は、複数の単セル（以下、セルと記載する場合がある）を積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）に、燃料ガスとしての水素（Ｈ２）と酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
燃料電池システムでは、燃料極からの余剰燃料を含む燃料オフガスを燃料供給側に循環させるようにした燃料電池において、低負荷から高負荷にいたる全運転領域で良好な燃料循環を確保することが望まれる。
例えば特許文献１では、エジェクタバイパスラインと併せて開度調節手段を設け、運転負荷状態に応じてそれらを制御する燃料電池システムが開示されている。
例えば特許文献１では、エジェクタバイパスラインと併せて開度調節手段を設け、運転負荷状態に応じてそれらを制御する燃料電池システムが開示されている。
また、特許文献２では、バイパス流路と、当該バイパス流路に設けられたバッファタンクを備える燃料電池システムが開示されている。
スタックの高温運転時にはアノードオフガス中に含まれる水蒸気（スタックからの持ち去り水蒸気）が多くなる。その一方で高温運転時にはスタック内の乾燥も抑制する必要がある。そのため、高温運転時にはスタックから系外に排出されるアノードオフガス流量を抑制する必要がある。また、アノードオフガスを循環させる循環流路を備えた燃料電池システムであっても、スタックから排出された水蒸気は、循環流路中に設けられた気液分離器内、及び、スタック内温度よりも温度の低い循環流路内等で結露する。そのため、アノードオフガスに含まれる水蒸気は、その全量が循環ガスとしてスタックに戻ることはない。そのため、スタック内は乾燥が進む傾向にある。
上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、エジェクタバイパスラインからスタックに燃料ガスを導入することで、スタック入口の圧損が高いことによるエジェクタへの逆流現象を利用し循環ガス流量を減少させることができる。これにより、スタックからの持ち去り水蒸気量を減少させることは可能である。しかし、エジェクタからスタックに供給する循環ガスの流量については考慮されておらず、負荷の増大に伴うスタック温度の上昇に応じたスタックからの持ち去り水蒸気量の低減が困難な場合がある。
また、上記特許文献２に記載の燃料電池システムであれば、エジェクタ出口側の圧力上昇は抑えることができる。しかし、このような燃料電池システムを、例えば燃料電池車両（以下、車両と記載する場合がある）の動力源として用いる場合に、車両の運転状況に応じて要求される電力に対する応答性が低下する可能性がある。
上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、エジェクタバイパスラインからスタックに燃料ガスを導入することで、スタック入口の圧損が高いことによるエジェクタへの逆流現象を利用し循環ガス流量を減少させることができる。これにより、スタックからの持ち去り水蒸気量を減少させることは可能である。しかし、エジェクタからスタックに供給する循環ガスの流量については考慮されておらず、負荷の増大に伴うスタック温度の上昇に応じたスタックからの持ち去り水蒸気量の低減が困難な場合がある。
また、上記特許文献２に記載の燃料電池システムであれば、エジェクタ出口側の圧力上昇は抑えることができる。しかし、このような燃料電池システムを、例えば燃料電池車両（以下、車両と記載する場合がある）の動力源として用いる場合に、車両の運転状況に応じて要求される電力に対する応答性が低下する可能性がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高温運転時に循環ガス流量、すなわち、燃料電池スタックからの持ち去り水蒸気量を低減することで燃料電池スタック内の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの発電性能を向上させることができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。
本開示においては燃料電池スタックと、
エジェクタと
前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、当該第１のインジェクタと並列に配置され、当該第１のインジェクタよりも当該燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、を含むインジェクタ集合部と、
前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、
前記第１のインジェクタ、前記第２のインジェクタ、及び前記第３のインジェクタに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部と前記エジェクタと前記燃料電池スタックとをこの順に接続する第１の供給流路と、
前記第１の供給流路の前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部との間の領域で分岐し、前記インジェクタ集合部、及び前記エジェクタを迂回して当該エジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、
前記燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタに戻す循環流路と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタは、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合に、前記第１のインジェクタから前記第２のインジェクタに切り替えて前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、且つ、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
エジェクタと
前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、当該第１のインジェクタと並列に配置され、当該第１のインジェクタよりも当該燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、を含むインジェクタ集合部と、
前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、
前記第１のインジェクタ、前記第２のインジェクタ、及び前記第３のインジェクタに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部と前記エジェクタと前記燃料電池スタックとをこの順に接続する第１の供給流路と、
前記第１の供給流路の前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部との間の領域で分岐し、前記インジェクタ集合部、及び前記エジェクタを迂回して当該エジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、
前記燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタに戻す循環流路と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタは、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合に、前記第１のインジェクタから前記第２のインジェクタに切り替えて前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、且つ、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の前記閾値以下である場合に、前記第１のインジェクタから前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、前記第２のインジェクタからの前記エジェクタへの前記燃料ガスの供給、及び、前記第３のインジェクタからの前記燃料電池スタックの各燃料極への前記燃料ガスの供給を行わなくてもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、高温運転時に循環ガス流量を低減することで燃料電池スタック内の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの発電性能を向上させることができる燃料電池システムを提供することができる。
本開示においては、燃料電池スタックと、
エジェクタと
前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、当該第１のインジェクタと並列に配置され、当該第１のインジェクタよりも当該燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、を含むインジェクタ集合部と、
前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、
前記第１のインジェクタ、前記第２のインジェクタ、及び前記第３のインジェクタに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部と前記エジェクタと前記燃料電池スタックとをこの順に接続する第１の供給流路と、
前記第１の供給流路の前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部との間の領域で分岐し、前記インジェクタ集合部、及び前記エジェクタを迂回して当該エジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、
前記燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタに戻す循環流路と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタは、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合に、前記第１のインジェクタから前記第２のインジェクタに切り替えて前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、且つ、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
エジェクタと
前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、当該第１のインジェクタと並列に配置され、当該第１のインジェクタよりも当該燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、を含むインジェクタ集合部と、
前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、
前記第１のインジェクタ、前記第２のインジェクタ、及び前記第３のインジェクタに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部と前記エジェクタと前記燃料電池スタックとをこの順に接続する第１の供給流路と、
前記第１の供給流路の前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部との間の領域で分岐し、前記インジェクタ集合部、及び前記エジェクタを迂回して当該エジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、
前記燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタに戻す循環流路と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタは、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合に、前記第１のインジェクタから前記第２のインジェクタに切り替えて前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、且つ、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
本開示によれば、燃料ガス噴射量の異なる複数のインジェクタを有し、循環経路を備えた燃料電池システムにおいて、高温運転時には、第２の供給流路（エジェクタバイパス流路）から燃料ガスをスタックに供給し、且つ、燃料ガス噴射量が小さい第２のインジェクタから燃料ガスをエジェクタに供給し、循環ガス流量、すなわち、スタックからの持ち去り水蒸気量を低減することができる。
本開示によれば、高温運転時において、エジェクタとエジェクタバイパス流路を併用することで、エジェクタの循環ガス噴射口側にエジェクタバイパス流路からの燃料ガスが逆流しようとする力が働くため、循環流量を減少させることができる。
高温運転時において、エジェクタバイパス流路を用いずに、燃料ガスのエジェクタへの供給流量を低下させ、且つ、循環ガス流量を低下させると、アノード過電圧の増加により、スタックの性能が低下する恐れがある。
一方、エジェクタバイパス流路を用いることにより、燃料ガスのスタックへの供給流量を上げつつ、循環ガスのスタックへの供給流量を低下させることができる。
高温運転としては、本開示の燃料電池システムが搭載された車両において、例えば、燃費よりも出力確保が重視される、上り坂道走行、及び、他の車両を牽引しながらの走行等が想定される。
本開示によれば、高温運転時において、エジェクタとエジェクタバイパス流路を併用することで、エジェクタの循環ガス噴射口側にエジェクタバイパス流路からの燃料ガスが逆流しようとする力が働くため、循環流量を減少させることができる。
高温運転時において、エジェクタバイパス流路を用いずに、燃料ガスのエジェクタへの供給流量を低下させ、且つ、循環ガス流量を低下させると、アノード過電圧の増加により、スタックの性能が低下する恐れがある。
一方、エジェクタバイパス流路を用いることにより、燃料ガスのスタックへの供給流量を上げつつ、循環ガスのスタックへの供給流量を低下させることができる。
高温運転としては、本開示の燃料電池システムが搭載された車両において、例えば、燃費よりも出力確保が重視される、上り坂道走行、及び、他の車両を牽引しながらの走行等が想定される。
図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。
図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１と、温度検出部１２と、第１の供給流路１３と、循環流路１４と、第２の供給流路１５と、第１のインジェクタ２１及び第２のインジェクタ２２を並列に含むインジェクタ集合部２０と、第３のインジェクタ２３と、エジェクタ２４と、燃料ガス供給部３０と、酸化剤ガス供給部４０と、酸化剤ガス供給流路４１と、酸化剤ガス排出流路４２と、制御部５０と、を備える。
温度検出部１２、第１のインジェクタ２１、第２のインジェクタ２２、及び、第３のインジェクタ２３は、それぞれ制御部５０と電気的に接続され、温度検出部１２が検出した燃料電池スタック１１の温度を制御部５０が取得し、制御部５０は当該温度に基づいて、第１のインジェクタ２１、第２のインジェクタ２２、及び、第３のインジェクタ２３を制御する。
図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１と、温度検出部１２と、第１の供給流路１３と、循環流路１４と、第２の供給流路１５と、第１のインジェクタ２１及び第２のインジェクタ２２を並列に含むインジェクタ集合部２０と、第３のインジェクタ２３と、エジェクタ２４と、燃料ガス供給部３０と、酸化剤ガス供給部４０と、酸化剤ガス供給流路４１と、酸化剤ガス排出流路４２と、制御部５０と、を備える。
温度検出部１２、第１のインジェクタ２１、第２のインジェクタ２２、及び、第３のインジェクタ２３は、それぞれ制御部５０と電気的に接続され、温度検出部１２が検出した燃料電池スタック１１の温度を制御部５０が取得し、制御部５０は当該温度に基づいて、第１のインジェクタ２１、第２のインジェクタ２２、及び、第３のインジェクタ２３を制御する。
本開示の燃料電池システムは、少なくとも燃料電池スタックと、温度検出部と、第１の供給流路と、循環流路と、第２の供給流路と、第１のインジェクタ及び第２のインジェクタを並列に含むインジェクタ集合部と、第３のインジェクタと、エジェクタと、燃料ガス供給部と、制御部と、を備え、通常さらに、酸化剤ガス供給部と、酸化剤ガス供給流路と、酸化剤ガス排出流路と、冷却水供給部と、冷却水循環流路等を備える。
本開示の燃料電池システムは、通常、駆動源を電動機（モータ）とする燃料電池車両に搭載されて用いられる。
電動機は、特に限定されず、従来公知のモータであってもよい。
電動機は、特に限定されず、従来公知のモータであってもよい。
燃料電池スタックは、電動機に電力を供給してもよい。
燃料電池スタックは、燃料電池の単セルを複数個積層して構成される。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２〜数百個であってもよく、２〜２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
燃料電池スタックは、燃料電池の単セルを複数個積層して構成される。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２〜数百個であってもよく、２〜２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池スタックの温度を一定に保つための冷却水流路を有していてもよい。
セパレータは、反応ガス及び冷却水を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷却水供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷却水排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷却水入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷却水出口マニホールド等が挙げられる。
セパレータは、反応ガス及び冷却水を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷却水供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷却水排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷却水入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷却水出口マニホールド等が挙げられる。
酸化剤極は、酸化剤極触媒層及びガス拡散層を含む。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
温度検出部は、燃料電池スタックの温度を検出する。燃料電池スタックの温度は、燃料電池スタックの内外を循環する冷却水の温度であってもよい。また、燃料電池スタックの温度は、燃料電池スタックの冷却水入口付近を流れる冷却水の温度であってもよいし、燃料電池スタックの冷却水出口付近を流れる冷却水の温度であってもよい。
温度検出部としては、特に限定されず、温度センサ等が挙げられる。
温度検出部としては、特に限定されず、温度センサ等が挙げられる。
第１の供給流路は、燃料ガス供給部とインジェクタ集合部とエジェクタと燃料電池スタックとをこの順に接続する。
第１の供給流路は、燃料ガス供給部とインジェクタ集合部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からのインジェクタ集合部中の第１のインジェクタ及び第２のインジェクタへの供給を可能にする。また、第１の供給流路は、インジェクタ集合部とエジェクタを接続し、燃料ガスのインジェクタ集合部からのエジェクタへの供給を可能にする。さらに、第１の供給流路は、エジェクタと燃料電池スタックの燃料系ガス入口（アノード入口マニホールド等）を接続し、混合ガスのエジェクタからの燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする。なお、燃料系ガスとは、燃料ガス、及び、燃料ガスと循環ガスを含む混合ガスを包含する概念である。
第１の供給流路は、燃料ガス供給部とインジェクタ集合部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からのインジェクタ集合部中の第１のインジェクタ及び第２のインジェクタへの供給を可能にする。また、第１の供給流路は、インジェクタ集合部とエジェクタを接続し、燃料ガスのインジェクタ集合部からのエジェクタへの供給を可能にする。さらに、第１の供給流路は、エジェクタと燃料電池スタックの燃料系ガス入口（アノード入口マニホールド等）を接続し、混合ガスのエジェクタからの燃料電池スタックの各燃料極への供給を可能にする。なお、燃料系ガスとは、燃料ガス、及び、燃料ガスと循環ガスを含む混合ガスを包含する概念である。
第２の供給流路は、第１の供給流路の燃料ガス供給部の下流位置、すなわち、第１の供給流路の燃料ガス供給部とインジェクタ集合部との間の領域で分岐し、インジェクタ集合部、及びエジェクタを迂回してエジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給することを可能にする。したがって、第２の供給流路は、燃料ガス供給部と第３のインジェクタを接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からの第３のインジェクタへの供給を可能にする。
第２の供給流路は、エジェクタを迂回して、直接燃料電池スタックに燃料ガスを供給することを可能にするエジェクタバイパス流路である。
第２の供給流路は、エジェクタを迂回して、直接燃料電池スタックに燃料ガスを供給することを可能にするエジェクタバイパス流路である。
循環流路は、燃料電池スタックの燃料オフガス排出口（アノード出口マニホールド等）とエジェクタを接続し、燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとしてエジェクタに戻すことを可能にする。
燃料オフガスは、主に、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガスと、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分と、を含む。
燃料オフガスは、主に、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガスと、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分と、を含む。
循環流路には、循環流路内で燃料オフガス中の水蒸気が冷えて発生した結露水を除去するための気液分離器が設けられていてもよい。そして、気液分離器によって循環流路から分岐される排水流路及び、当該排水流路上に排水弁が備えられていてもよい。
気液分離器において、除去された結露水は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
また、循環流路には、循環ガスをエジェクタに効率的に供給するための循環ポンプが設けられていてもよい。
気液分離器において、除去された結露水は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
また、循環流路には、循環ガスをエジェクタに効率的に供給するための循環ポンプが設けられていてもよい。
エジェクタは、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池スタックの各燃料極に供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
インジェクタ集合部は第１のインジェクタと、第２のインジェクタを並列に有する。
第１のインジェクタは、エジェクタに燃料ガスを供給する。
第２のインジェクタは、第１のインジェクタと並列に配置され、第１のインジェクタよりも燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、エジェクタに燃料ガスを供給する。
第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、第１のインジェクタよりも小さければ特に限定されない。
インジェクタ集合部中の各インジェクタは制御部と電気的に接続され、制御部からの信号によりインジェクタ集合部中のいずれか一つのインジェクタの単独での使用が可能となっていてもよい。また、インジェクタ集合部中の使用するインジェクタを切り替えるために、インジェクタ集合部内に、インジェクタの切り替え弁を配置してもよい。切り替え弁は制御部と電気的に接続し、制御部からの信号により切り替え弁を制御することにより、使用するインジェクタを切り替えてもよい。
第１のインジェクタは、エジェクタに燃料ガスを供給する。
第２のインジェクタは、第１のインジェクタと並列に配置され、第１のインジェクタよりも燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、エジェクタに燃料ガスを供給する。
第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、第１のインジェクタよりも小さければ特に限定されない。
インジェクタ集合部中の各インジェクタは制御部と電気的に接続され、制御部からの信号によりインジェクタ集合部中のいずれか一つのインジェクタの単独での使用が可能となっていてもよい。また、インジェクタ集合部中の使用するインジェクタを切り替えるために、インジェクタ集合部内に、インジェクタの切り替え弁を配置してもよい。切り替え弁は制御部と電気的に接続し、制御部からの信号により切り替え弁を制御することにより、使用するインジェクタを切り替えてもよい。
第３のインジェクタは、インジェクタ集合部とは別に、第２の供給流路上に配置され、燃料電池スタックの各燃料極に直接燃料ガスを供給する。
第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、特に限定されないが、第１のインジェクタよりも小さくてもよい。また、第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量よりも大きくてもよく、小さくてもよく、同じであってもよい。第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、循環流量を減らす観点からは、第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量よりも大きくてもよい。
第２の供給流路が第１の供給流路のエジェクタ下流位置で合流し、且つ、スタックの燃料系ガス入口（アノード入口マニホールド等）付近の圧損は第１の供給流路の圧損よりも大きいことが通常であるため、第３のインジェクタから燃料電池スタックに供給される燃料ガスは、その一部が第１の供給流路を逆流し、エジェクタから燃料電池スタックへの混合ガスの供給を抑制させる。これにより、循環ガスの流量を減少させることができ、燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスによって持ち去られる水蒸気量を低減することができる。
また、第１のインジェクタよりも燃料ガスの噴射量が小さい第２のインジェクタを第３のインジェクタと併用することで、アノード過電圧の増加を抑制し、スタックの性能の低下を抑制することができる。
第３のインジェクタは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第３のインジェクタの起動スイッチのオン・オフが制御可能になっていてもよい。
第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、特に限定されないが、第１のインジェクタよりも小さくてもよい。また、第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量よりも大きくてもよく、小さくてもよく、同じであってもよい。第３のインジェクタの燃料ガスの噴射量は、循環流量を減らす観点からは、第２のインジェクタの燃料ガスの噴射量よりも大きくてもよい。
第２の供給流路が第１の供給流路のエジェクタ下流位置で合流し、且つ、スタックの燃料系ガス入口（アノード入口マニホールド等）付近の圧損は第１の供給流路の圧損よりも大きいことが通常であるため、第３のインジェクタから燃料電池スタックに供給される燃料ガスは、その一部が第１の供給流路を逆流し、エジェクタから燃料電池スタックへの混合ガスの供給を抑制させる。これにより、循環ガスの流量を減少させることができ、燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスによって持ち去られる水蒸気量を低減することができる。
また、第１のインジェクタよりも燃料ガスの噴射量が小さい第２のインジェクタを第３のインジェクタと併用することで、アノード過電圧の増加を抑制し、スタックの性能の低下を抑制することができる。
第３のインジェクタは、制御部と電気的に接続され、制御部によって第３のインジェクタの起動スイッチのオン・オフが制御可能になっていてもよい。
燃料ガス供給部は、第１のインジェクタ、第２のインジェクタ、及び第３のインジェクタに燃料ガスを供給する。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、及び、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給部は制御部と電気的に接続され、制御部からの信号により燃料ガス供給部が燃料ガスを供給するインジェクタを制御することが可能となっていてもよい。また、第２の供給流路の第３のインジェクタの上流位置に第３のインジェクタへの燃料ガスの供給を制御する制御弁を配置してもよい。制御弁は制御部と電気的に接続し、制御部からの信号により制御弁の開閉を制御することにより、燃料ガス供給部からの第３のインジェクタへの燃料ガスの供給を制御してもよい。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、及び、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガス供給部は制御部と電気的に接続され、制御部からの信号により燃料ガス供給部が燃料ガスを供給するインジェクタを制御することが可能となっていてもよい。また、第２の供給流路の第３のインジェクタの上流位置に第３のインジェクタへの燃料ガスの供給を制御する制御弁を配置してもよい。制御弁は制御部と電気的に接続し、制御部からの信号により制御弁の開閉を制御することにより、燃料ガス供給部からの第３のインジェクタへの燃料ガスの供給を制御してもよい。
燃料電池システムは、酸化剤ガス供給部、酸化剤ガス供給流路、及び、酸化剤ガス排出流路を備えていてもよい。
酸化剤ガス供給部は、少なくとも燃料電池スタックの各酸化剤極に酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。エアコンプレッサーは、制御部からの制御信号に従って駆動され、酸化剤ガスを燃料電池のカソード側（酸化剤極、カソード入口マニホールド等）に導入する。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池スタックを接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池スタックの各酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池スタックの各酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
酸化剤ガス供給部は、少なくとも燃料電池スタックの各酸化剤極に酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。エアコンプレッサーは、制御部からの制御信号に従って駆動され、酸化剤ガスを燃料電池のカソード側（酸化剤極、カソード入口マニホールド等）に導入する。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池スタックを接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池スタックの各酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池スタックの各酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
燃料電池システムは、冷却水供給部、及び、冷却水循環流路を備えていてもよい。
冷却水循環流路は、燃料電池スタックに設けられる冷却水入口マニホールド及び冷却水出口マニホールドに連通し、冷却水供給部から供給される冷却水を燃料電池スタック内外で循環させ、燃料電池スタックの冷却を可能にする。
冷却水供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷却水（冷媒）としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
冷却水循環流路は、燃料電池スタックに設けられる冷却水入口マニホールド及び冷却水出口マニホールドに連通し、冷却水供給部から供給される冷却水を燃料電池スタック内外で循環させ、燃料電池スタックの冷却を可能にする。
冷却水供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷却水（冷媒）としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
燃料電池システムは、燃料オフガス排出部を備えていてもよい。
燃料オフガス排出部は、燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である燃料オフガスを外部に排出してもよい。なお、外部とは、燃料電池システムの外部を意味する。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、燃料オフガスの排出流量を調整する。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から分岐されていてもよい。
燃料オフガス排出部は、例えば、燃料オフガス中の水素等の燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である場合に当該燃料オフガスを外部に排出してもよい。なお、燃料ガスの所定の濃度は特に限定されず、例えば、燃料電池システムの燃費等を考慮して適宜設定してもよい。
燃料オフガス中の燃料ガスの濃度の検出方法は特に限定されず、例えば、従来公知の濃度センサ等を用いることができる。
燃料オフガス排出部は、燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である燃料オフガスを外部に排出してもよい。なお、外部とは、燃料電池システムの外部を意味する。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、燃料オフガスの排出流量を調整する。
燃料オフガス排出流路は、循環流路から分岐されていてもよい。
燃料オフガス排出部は、例えば、燃料オフガス中の水素等の燃料ガスの濃度が所定の濃度以下である場合に当該燃料オフガスを外部に排出してもよい。なお、燃料ガスの所定の濃度は特に限定されず、例えば、燃料電池システムの燃費等を考慮して適宜設定してもよい。
燃料オフガス中の燃料ガスの濃度の検出方法は特に限定されず、例えば、従来公知の濃度センサ等を用いることができる。
制御部は、燃料電池システムの制御を行う。
制御部は、温度検出部、インジェクタ集合部、第３のインジェクタ、燃料ガス供給部、燃料オフガス排出部、及び、酸化剤ガス供給部等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回るか否かの判断、及び、インジェクタ集合部中の使用するインジェクタの切り替え、第３のインジェクタの起動スイッチのオン・オフ制御等を行う。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等の制御装置であってもよい。
制御部は、温度検出部、インジェクタ集合部、第３のインジェクタ、燃料ガス供給部、燃料オフガス排出部、及び、酸化剤ガス供給部等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回るか否かの判断、及び、インジェクタ集合部中の使用するインジェクタの切り替え、第３のインジェクタの起動スイッチのオン・オフ制御等を行う。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等の制御装置であってもよい。
図２は、本開示の燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、本開示は、必ずしも本典型例のみに限定されるものではない。
図２に示す制御方法では、まず制御部は、燃料電池スタックの運転開始時又は通常運転時には、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給しエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給する。
その後、温度検出部は、燃料電池スタックの温度を検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合は制御を終了する。
一方、制御部は、当該閾値を上回る場合には、第１のインジェクタから第２のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、エジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを起動し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給し、制御を終了する。
図２に示す制御方法では、まず制御部は、燃料電池スタックの運転開始時又は通常運転時には、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給しエジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給する。
その後、温度検出部は、燃料電池スタックの温度を検出する。
そして、制御部は、検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合は制御を終了する。
一方、制御部は、当該閾値を上回る場合には、第１のインジェクタから第２のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、エジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを起動し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給し、制御を終了する。
（１）燃料ガスの温度の検出
温度検出部は所定の時間毎に燃料電池スタックの温度を検出する。
燃料電池スタックの温度を検出する方法は、特に限定されず、例えば、従来公知の温度センサを燃料電池システム内に設置し、温度センサを用いて当該燃料電池スタックの温度（例えば、燃料電池スタックの冷却水入口（冷却水入口マニホールド等）付近の冷却水温度）を検出してもよい。
燃料電池スタックの温度を検出するタイミングは特に限定されず、燃料電池スタックの運転開始時から所定の時間経過毎に行ってもよいし、燃料電池スタックの運転開始時にも行ってもよく、常時燃料電池スタックの温度を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
温度検出部は所定の時間毎に燃料電池スタックの温度を検出する。
燃料電池スタックの温度を検出する方法は、特に限定されず、例えば、従来公知の温度センサを燃料電池システム内に設置し、温度センサを用いて当該燃料電池スタックの温度（例えば、燃料電池スタックの冷却水入口（冷却水入口マニホールド等）付近の冷却水温度）を検出してもよい。
燃料電池スタックの温度を検出するタイミングは特に限定されず、燃料電池スタックの運転開始時から所定の時間経過毎に行ってもよいし、燃料電池スタックの運転開始時にも行ってもよく、常時燃料電池スタックの温度を検出してもよく、適宜検出時期を設定することができる。
（２）燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回るか否かの判断
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回るか否か判断する。
燃料電池スタックの温度の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの温度と燃料電池スタックの発電性能との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回るか否か判断する。
燃料電池スタックの温度の閾値は、例えば、予め実験等で燃料電池スタックの温度と燃料電池スタックの発電性能との相関関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群から燃料電池スタックの性能等により適宜設定することができる。
（３）循環ガス流量の調整
（３−１）燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合には、第１のインジェクタから第２のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、エジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを起動し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給し、制御を終了する。
これにより、燃料電池スタックの高温運転時に循環ガスの流量を減少させることができ、燃料電池スタック内の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの発電性能を向上させることができる。
（３−１）燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合
制御部は、温度検出部が検出した燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合には、第１のインジェクタから第２のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、エジェクタを用いて燃料電池スタックの各燃料極に混合ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを起動し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給し、制御を終了する。
これにより、燃料電池スタックの高温運転時に循環ガスの流量を減少させることができ、燃料電池スタック内の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの発電性能を向上させることができる。
（３−２）燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合
燃料電池スタックの運転開始時、及び、通常運転時等は、制御部は、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給し、制御部は、第２のインジェクタからのエジェクタへの燃料ガスの供給、及び、第３のインジェクタからの燃料電池スタックの各燃料極への燃料ガスの供給を行わない。
そのため、制御部は、燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合、且つ、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給している場合は、制御を終了してもよい。
一方、制御部は、燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合であって、第２のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給し、且つ、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給している場合は、制御部は、第２のインジェクタから第１のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを停止し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極への燃料ガスの供給を停止して、制御を終了してもよい。
制御部の一回目の制御の終了後、２回目以降の制御の開始時期は特に限定されないが、所定の時間間隔を空けて行ってもよいし、時間間隔を空けずに行ってもよく、適宜設定することができる。
燃料電池スタックの運転開始時、及び、通常運転時等は、制御部は、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給し、制御部は、第２のインジェクタからのエジェクタへの燃料ガスの供給、及び、第３のインジェクタからの燃料電池スタックの各燃料極への燃料ガスの供給を行わない。
そのため、制御部は、燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合、且つ、第１のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給している場合は、制御を終了してもよい。
一方、制御部は、燃料電池スタックの温度が所定の閾値以下である場合であって、第２のインジェクタからエジェクタに燃料ガスを供給し、且つ、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極に燃料ガスを供給している場合は、制御部は、第２のインジェクタから第１のインジェクタに切り替えてエジェクタに燃料ガスを供給し、且つ、制御部は、第３のインジェクタを停止し、第３のインジェクタから燃料電池スタックの各燃料極への燃料ガスの供給を停止して、制御を終了してもよい。
制御部の一回目の制御の終了後、２回目以降の制御の開始時期は特に限定されないが、所定の時間間隔を空けて行ってもよいし、時間間隔を空けずに行ってもよく、適宜設定することができる。
１１ 燃料電池スタック
１２ 温度検出部
１３ 第１の供給流路
１４ 循環流路
１５ 第２の供給流路
２０ インジェクタ集合部
２１ 第１のインジェクタ
２２ 第２のインジェクタ
２３ 第３のインジェクタ
２４ エジェクタ
３０ 燃料ガス供給部
４０ 酸化剤ガス供給部
４１ 酸化剤ガス供給流路
４２ 酸化剤ガス排出流路
５０ 制御部
１００ 燃料電池システム
１２ 温度検出部
１３ 第１の供給流路
１４ 循環流路
１５ 第２の供給流路
２０ インジェクタ集合部
２１ 第１のインジェクタ
２２ 第２のインジェクタ
２３ 第３のインジェクタ
２４ エジェクタ
３０ 燃料ガス供給部
４０ 酸化剤ガス供給部
４１ 酸化剤ガス供給流路
４２ 酸化剤ガス排出流路
５０ 制御部
１００ 燃料電池システム
Claims (2)
- 燃料電池スタックと、
エジェクタと
前記エジェクタに燃料ガスを供給する第１のインジェクタと、当該第１のインジェクタと並列に配置され、当該第１のインジェクタよりも当該燃料ガスの噴射量が小さく、且つ、前記エジェクタに当該燃料ガスを供給する第２のインジェクタと、を含むインジェクタ集合部と、
前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給する第３のインジェクタと、
前記第１のインジェクタ、前記第２のインジェクタ、及び前記第３のインジェクタに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部と前記エジェクタと前記燃料電池スタックとをこの順に接続する第１の供給流路と、
前記第１の供給流路の前記燃料ガス供給部と前記インジェクタ集合部との間の領域で分岐し、前記インジェクタ集合部、及び前記エジェクタを迂回して当該エジェクタの下流位置で当該第１の供給流路と合流し、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを可能にする第２の供給流路と、
前記燃料電池スタックの各燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして前記エジェクタに戻す循環流路と、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出部と、
制御部と、を有し、
前記エジェクタは、前記燃料ガスと前記循環ガスとを含む混合ガスを前記燃料電池スタックの各燃料極に供給し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の閾値を上回る場合に、前記第１のインジェクタから前記第２のインジェクタに切り替えて前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、且つ、前記第３のインジェクタから前記燃料電池スタックの各燃料極に前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記燃料電池スタックの温度が所定の前記閾値以下である場合に、前記第１のインジェクタから前記エジェクタに前記燃料ガスを供給し、前記第２のインジェクタからの前記エジェクタへの前記燃料ガスの供給、及び、前記第３のインジェクタからの前記燃料電池スタックの各燃料極への前記燃料ガスの供給を行わない、請求項１に記載の燃料電池システム。
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