燃料電池システム
【課題】燃料電池の発電が安定する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】アノード流路１１及びカソード流路１２を有し、アノード流路１１に水素が供給され、カソード流路１２に空気が供給されることで発電する燃料電池スタック１０と、アノード流路１１から排出された水素を、再びアノード流路１１に供給し、水素を循環させる水素循環経路と、水素循環経路に設けられたエゼクタ１００と、アノード流路１１に水素を供給する水素タンク２１と、エゼクタ１００のノズル１３０に負圧発生用の水を圧送するポンプ２７と、エゼクタ１００から排出された水を回収する気液分離器２６と、を備え、エゼクタ１００で発生する負圧によって、アノード流路１１から水分を排出する燃料電池システム１であって、ポンプ２７は、気液分離器２６で回収された水をエゼクタ１００に圧送する。
【解決手段】アノード流路１１及びカソード流路１２を有し、アノード流路１１に水素が供給され、カソード流路１２に空気が供給されることで発電する燃料電池スタック１０と、アノード流路１１から排出された水素を、再びアノード流路１１に供給し、水素を循環させる水素循環経路と、水素循環経路に設けられたエゼクタ１００と、アノード流路１１に水素を供給する水素タンク２１と、エゼクタ１００のノズル１３０に負圧発生用の水を圧送するポンプ２７と、エゼクタ１００から排出された水を回収する気液分離器２６と、を備え、エゼクタ１００で発生する負圧によって、アノード流路１１から水分を排出する燃料電池システム１であって、ポンプ２７は、気液分離器２６で回収された水をエゼクタ１００に圧送する。
【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】
近年、水素（燃料）と酸素を含む空気（酸化剤）とが供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、例えば、燃料電池車（移動体）の電力源として期待されている。ところが、燃料電池からは、電極反応で消費されなかった水素が排出されるので、この水素を再び燃料電池に供給し、水素を循環させて有効利用し、燃費を高める水素循環型の燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。よって、このような水素循環型の燃料電池システムにおいて、水素が循環する経路（燃料循環経路）は外部から閉じられた構成となる。
【０００３】
燃料電池を通流する水素の流量は、発電要求量に対応して、適量となるように、つまり、水素不足／過剰とならないように制御される。
具体的には、例えば燃料電池車の場合、アクセル開度に基づいて、走行用のモータ（負荷）が燃料電池に要求する発電要求量（負荷要求量）を算出し、さらに、水素の供給圧、空気の流量・供給圧、目標電流値等を算出し、これに従って、水素の供給圧を調圧する調圧弁（レギュレータ）、空気を供給するコンプレッサの回転速度、カソード流路（酸化剤流路）の下流に設けられた背圧弁等を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８４０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池車が減速した場合、つまり、アクセル開度が小さくなった場合や、信号待ち、人待ち等によって、アイドル停止した場合、水素タンクから燃料電池に向かう水素の流量は減少、または水素供給は停止され、燃料電池のアノード流路（燃料流路）を通流するガスの流量は減少する。燃料電池車が減速した場合等も、例えば、バッテリを充電するため、流量が減少した水素を消費して、または、アノード流路（燃料流路）に残留する水素を消費して、燃料電池の発電が継続されることもある。
【０００６】
そうすると、発電に伴ってカソードで生成した水分（水蒸気）の一部が、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を透過し、アノード流路に流出する。そして、流出した水分は、前記したように、アノード流路を通流するガスの流路が減少しているので、アノード流路に滞留したり、また、その一部は結露して、アノードの表面に付着したりし、水素がアノードに供給されにくくなる。そうすると、燃料電池の発電が不安定になる、つまり、燃料電池の発電性能が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池の発電が安定する燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料流路及び酸化剤流路を有し、前記燃料流路に燃料が供給され、前記酸化剤流路に酸化剤が供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料流路から排出された燃料を、再び前記燃料流路に供給し、燃料を循環させる燃料循環経路と、前記燃料循環経路に設けられたエゼクタと、前記燃料流路又は前記エゼクタのノズルに燃料を供給する燃料供給手段と、前記エゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送する流体圧送手段と、前記エゼクタから排出された流体を回収する流体回収手段と、を備え、前記エゼクタで発生する負圧によって、前記燃料流路から水分を排出する燃料電池システムであって、前記流体圧送手段は、前記流体回収手段で回収された流体を前記エゼクタに圧送することを特徴とする燃料電池システムである。
【０００９】
このような燃料電池システムによれば、流体圧送手段がエゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送すると、エゼクタにおいて負圧が発生し、この負圧によって、燃料電池の燃料流路（アノード流路）に滞留する水分（水蒸気）や、アノードの表面に付着した水分（結露水）等が、吸引され、燃料流路から排出される。つまり、アクセル開度等に関わらず、流体圧送手段が流体を圧送すれば、水分が燃料流路から排出される。よって、燃料は、水分に邪魔されることなく、ＭＥＡのアノードに供給され、燃料電池の発電が安定しやすくなる。
【００１０】
例えば、燃料電池車において、アクセル開度が小さくなり燃料電池車が減速し、又は、燃料電池車がアイドル停止し、燃料流路を通流するガスの流量が減少又は０になったとしても、流体圧送手段がエゼクタに負圧発生用の流体を圧送するので、負圧が発生し、この負圧により燃料流路から水分が排出される。その結果、燃料電池の発電は安定し、その後にアクセルが踏み込まれた場合、燃料電池の出力を高め、スムーズに加速できる。
【００１１】
また、負圧を発生させた後、エゼクタから排出された流体は、流体回収手段で回収され、そして、回収された流体は、流体圧送手段によって、エゼクタのノズルに再び圧送され、再び負圧発生用に利用される。すなわち、エゼクタで負圧を発生させるための流体は、エゼクタと流体回収手段との間を循環することになる。よって、負圧発生用の流体が封入されたタンク等を別途備える必要はない。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記流体回収手段は、前記エゼクタと前記燃料流路の入口との間に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
このような燃料電池システムによれば、流体回収手段がエゼクタと燃料流路の入口との間に配置されているので、エゼクタから排出された負圧発生用の流体は流体回収手段で回収され、発電に寄与しない負圧発生用の流体が、燃料電池の燃料流路に供給されることはない。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、システムの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、前記流体圧送手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
ここで、システムの運転状態としては、例えば、燃料電池が出力する現在の電流値や、燃料流路を通流するガスの流量が挙げられる。また、燃料電池システムが燃料電池車に搭載されたものである場合では、例えば、アクセル開度や、車速も挙げられる。
そして、システムの運転状態を検出する運転状態検出手段としては、例えば、電流センサ、流量センサ、アクセル開度センサ、車速センサが挙げられる。
【００１６】
このような燃料電池システムによれば、制御手段が、運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、流体圧送手段を制御できる。すなわち、システムの運転状態に対応して、無駄なく流体圧送手段を作動させることにより、流体圧送手段による消費エネルギ（後記する実施形態では電力）を抑えつつ、流体圧送手段の寿命を長くできる。
【００１７】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料供給手段は前記エゼクタのノズルに燃料を供給し、前記燃料供給手段から燃料、又は、前記流体圧送手段から流体の前記エゼクタへの供給を切り換える切換手段を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記燃料供給手段から前記エゼクタに燃料が供給されるように、前記切換手段を制御し、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記流体圧送手段から前記エゼクタに流体が供給されるように、前記切換手段を制御することを特徴とする。
【００１８】
このような燃料電池システムによれば、システムの運転状態が増加又は一定である場合（例えば燃料電池車における加速時又は一定速度での定常走行時）、制御手段が、燃料供給手段からエゼクタに燃料が供給されるように、切換手段を制御する。
このように制御することにより、燃料供給手段によって燃料を供給する際の圧力エネルギーを用いて燃料を循環させることができるので、無駄な流体圧送手段の作動を防止でき、流体圧送手段の消費エネルギーを削減することができ、しいては、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
また、このように制御することにより、燃料電池において燃料不足になりにくく、また、燃料流路に水分が滞留等しない程度の流量で燃料が通流するので、燃料流路に水分が滞留等せず、燃料電池の発電性能が低下することもない。
【００１９】
一方、システムの運転状態が減少している場合（例えば燃料電池車における減速時）、制御手段が、流体圧送手段からエゼクタに流体が供給されるように、切換手段を制御する。そうすると、前記したように、エゼクタで負圧が発生し、この負圧により、燃料流路から水分が排出されるので、燃料電池の発電は安定する。
このように、システムの運転状態に対応して、切換手段によって、燃料又は負圧発生用の流体を切り換えてエゼクタに供給し、燃料電池の発電を安定させることができる。
【００２０】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態に基づいて、前記可変部を制御することを特徴とする。
【００２１】
このような燃料電池システムによれば、制御手段が、システムの運転状態に基づいて、エゼクタの可変部を制御し、そのノズルの開口面積を可変できる。すなわち、システムの運転状態に対応して、ノズルの開口面積を可変し、ノズルから噴射される燃料又は流体の流量を適切にできる。
【００２２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料供給手段から前記エゼクタに向かう燃料は気体であり、前記流体圧送手段から前記エゼクタに向かう流体は液体であり、前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記ノズルの前記開口面積が小さくなるように、前記可変部を制御し、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記ノズルの前記開口面積が大きくなるように、前記可変部を制御することを特徴とする。
【００２３】
このような燃料電池システムでは、運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合（燃料電池車の加速時又は一定速度での定常走行時）、燃料供給手段からエゼクタに、燃料（気体）が供給される。これに対し、運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合（燃料電池車の減速時）、流体圧送手段からエゼクタに流体（液体）が供給される。
すなわち、ノズルから噴射されエゼクタで負圧を発生させるものが、システム運転状態が増加又は一定の場合（加速時又は定常走行時）と、システム運転状態が減少している場合（減速時）と、で異なる。
【００２４】
そして、制御手段は、システム運転状態が増加又は一定の場合（加速時又は定常走行時）、燃料（気体）を噴射するノズルの開口面積が小さくなるように、可変部を制御する。これに対し、制御手段は、システムの運転状態が減少している場合（減速時）、流体（液体）を噴射するノズルの開口面積が大きくなるように、可変部を制御する。
このようにして、システムの運転状態に対応して、ノズルから噴射される燃料（気体）又は流体（液体）の種類が切り換えられ、次いで、燃料（気体）又は流体（液体）の流量・流速、そして、エゼクタにおいて発生する負圧の大きさは、適切に変更できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、燃料電池の発電が安定する燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】アクセル開度と発電要求量との関係を示すマップである。
【図３】発電要求量とコンプレッサの回転速度との関係を示すマップである。
【図４】発電要求量と背圧弁の開度との関係を示すマップである。
【図５】発電要求量と目標電流値との関係を示すマップである。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＦＦされ、ノズルの開口面積が小さい状態を示す。
【図８】第２実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＮされ、ノズルの開口面積が大きい状態を示す。
【図９】第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【図１１】変形例に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２８】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素（酸化剤）を含む空気（酸化剤含有ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続され、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御する制御手段であるＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２９】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
【００３０】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
【００３１】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１（燃料流路）、カソード流路１２（酸化剤流路）として機能している。
【００３２】
そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と後記するモータ５１等の外部負荷とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００３３】
このように燃料電池スタック１０が発電すると、水分（水蒸気）がカソードで生成し、その一部は、ＭＥＡを透過して、アノード流路１１に流出する。したがって、アノード流路１１内は多湿となる。
【００３４】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料供給手段）と、常閉型の第１遮断弁２２（インタンク電磁弁）と、第１調圧弁２３（第１レギュレータ）と、常閉型の第２遮断弁２４と、第２調圧弁２５（第２レギュレータ）と、気液分離器２６（流体回収手段）と、ポンプ２７と、エゼクタ１００と、常閉型のパージ弁２８と、常閉型のドレン弁２９と、を備えている。
【００３５】
水素タンク２１は、第１遮断弁２２、配管２２ａ、第１調圧弁２３、配管２３ａ、第２遮断弁２４、配管２４ａ、第２調圧弁２５、配管２５ａ、配管２６ａの一部、気液分離器２６、配管２６ｂを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。
そして、ＥＣＵ７０の指令に従って、第１遮断弁２２、第２遮断弁２４が開かれると、水素タンク２１の水素が、配管２２ａ等を通って、アノード流路１１に供給されるようになっている。
なお、水素タンク２１からの水素は、配管２５ａと配管２６ａとの接続点及びその下流で、後記するようにエゼクタ１００からのアノードオフガス及び水と混合されながら、気液分離器２６に向かう。
【００３６】
第１遮断弁２２は、水素タンク２１の口金部に螺設され、その一部が水素タンク２１内に配置されたインタンク電磁弁と称されるものである。
第１調圧弁２３は、水素タンク２１内の水素の圧力（タンク圧）を、下流の第２調圧弁２５等が故障しない程度に減圧する機械式の減圧弁である。
【００３７】
第２遮断弁２４は、第１遮断弁２２が開故障（開いたままで閉じない状態）した場合や、その下流の配管２４ａ等から構成された水素の通流する流路が破損した場合、に閉じられる電磁弁である。
なお、第２遮断弁２４は、第２調圧弁２５よりも下流の配管２５ａ等に配置することも可能であるが、図１に示すように、第１調圧弁２３と第２調圧弁２５との間に配置することが好ましい。このように配置すれば、第２遮断弁２４を閉じた場合、第２調圧弁２５に高圧の水素が作用しないので、第２調圧弁２５の耐圧強度を下げることができ、第２調圧弁２５の構造は簡便となり、第２調圧弁２５は安価になる。
【００３８】
第２調圧弁２５は、例えば本願出願人による特開２００５−１８３３５７号公報に記載されるように、上流端が配管４１ａに接続された細い配管２５ｂを通って入力される空気の圧力である信号圧（パイロット圧）に基づいて、開／閉を繰り返し、その二次側圧力（アノード流路１１の圧力）と、カソード流路１２の圧力とをバランスさせ、燃料電池スタック１０を構成する各ＭＥＡ（電解質膜）の破れ等を防止するものである。
【００３９】
詳細には、燃料電池車を減速させるため、アクセル開度が小さくなると、コンプレッサ４１の回転速度が低下し、そして、信号圧が低下するので、第２調圧弁２５の開いている時間が短くなり、第２調圧弁２５の二次側圧力（アノード流路１１の圧力）が低くなる。
一方、燃料電池車を加速させるため、アクセル開度が大きくなると、コンプレッサ４１の回転速度が高まり、そして、信号圧が上昇するので、第２調圧弁２５の開いている時間が長くなり、第２調圧弁２５の二次側圧力（アノード流路１１の圧力）が高くなる。
また、信号待ち等によって、所定のアイドル停止条件が成立すると、アイドル停止が実行され、コンプレッサ４１が停止する。そうすると、信号圧が大きく低下し、第２調圧弁２５は閉じ、水素タンク２１からアノード流路１１への水素の供給は停止される。
【００４０】
なお、このように燃料電池車が減速又はアイドル停止したとしても、例えば、車両用の空調システム等から発電要求がある場合、バッテリ（図示しない）に充電する場合、アノード流路１１、カソード流路１２の圧力を下げる場合、アノード流路１１に残留する水素等を消費しながら燃料電池スタック１０の発電は継続される。すなわち、水素の流量が減少又は停止している状態で、燃料電池スタック１０が発電するので、カソードからアノードにクロスリークした水分（水蒸気）が、アノード流路１１に残留しやすい状態になる。
【００４１】
気液分離器２６は、前記したように、配管２５ａと配管２６ａとの接続点よりも下流で、水素タンク２１からの水素と、アノードオフガスと、後記するノズル１３０から噴射された水（液体）とが混合したものから、水分（液体、気体のもの）の少なくとも一部（一部又は全部）を分離・回収するものである。これにより、水分がアノード流路１１に流入せず、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００４２】
水分の分離方式としては、例えば、（１）気液分離器２６において、前記混合したものが通流する流路の断面積を拡大し、水素よりも比重の大きい、水分（液体、気体のもの）を自重により留まらせる方式を採用できる。その他、（２）気液分離器２６内に、低温冷媒が通流する低温冷媒管を設け、前記混合したものを冷却し、水分を分離する方式も採用できる。
【００４３】
なお、分離された水分は、気液分離器２６の底部に形成されたタンク部２６ｄに一時的に貯溜されるようになっている。
また、気液分離器２６が、アノード流路１１の下流の配管２６ｃに設けられた構成でもよいが、前記したように、アノード流路１１への水分の流入を防止するため、第１実施形態のように、エゼクタ１００とアノード流路１１の入口との間に設けられていることが好ましい。
【００４４】
次に、アノード流路１１の下流を説明する。
アノード流路１１の出口は、配管２６ｃ、エゼクタ１００、配管２６ａを介して、気液分離器２６に接続されている。なお、配管２６ｃの下流端は、エゼクタ１００の吸気口に接続されている。
【００４５】
そして、アノード流路１１から排出され、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含むアノードオフガスは、配管２６ｃ、エゼクタ１００、配管２６ａ、気液分離器２６、配管２６ｂを通って、アノード流路１１に供給されるようになっている。
すなわち、アノード流路１１から排出された水素は、配管２６ｃ等を通って、再びアノード流路１１に供給され、水素が循環するようになっている。
【００４６】
つまり、第１実施形態において、水素を循環させる水素循環経路（燃料循環経路）は、配管２６ｃと、配管２６ａと、配管２６ｂとを備えて構成されている。そして、エゼクタ１００は、この水素循環経路に設けられている。
【００４７】
前記した気液分離器２６のタンク部２６ｄは、配管２７ａ、ポンプ２７、配管２７ｂを介して、エゼクタ１００のノズル１３０に接続されている。そして、ＥＣＵ７０の指令に従ってポンプ２７が作動すると、気液分離器２６に貯溜されている水（液体）がノズル１３０に圧送されるようになっている。
【００４８】
エゼクタ１００は、ポンプ２７から圧送される水（負圧発生用の流体）をノズル１３０で噴射することで、負圧を発生するものである。そして、このように負圧が発生すると、エゼクタ１００の吸気口に接続された配管２６ｃを介して、アノード流路１１の滞留、結露する水分が吸引され、アノード流路１１から排出されるようになっている。
【００４９】
なお、吸引された水分を含むアノードオフガスは、ディフューザ１５０でノズル１３０から噴射された水と混合後、さらに、水素タンク２１からの水素と混合し、気液分離器２６に向かう。そして、気液分離器２６において、前記したように、水、つまり、吸引された水分及び噴射された水は、分離・回収される。
【００５０】
すなわち、アノード流路１１からの水分を含むアノードオフガスは、エゼクタ１００に吸引された後、アノード流路１１に向かうが、その水分は途中の気液分離器２６で回収、貯溜される。そして、この回収された水は、ポンプ２７によってノズル１３０に圧送され、ノズル１３０から噴射されることで、エゼクタ１００において負圧を発生させる負圧発生用の流体として利用された後、再び、気液分離器２６で回収、貯溜される。つまり、気液分離器２６とエゼクタ１００との間で、水が循環することになる。
【００５１】
言い換えると、燃料電池スタック１０の発電に伴って生成し回収した水を利用し、そして、この水を循環させて負圧を発生させるので、別途に負圧発生用の流体が貯溜されたタンクを備える必要はなく、システムが簡便かつ安価となる。
【００５２】
配管２６ｃの途中は、配管２８ａ、常閉型のパージ弁２８、配管２８ｂを介して、後記する希釈器４３に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によってパージ弁２８が開かれると、水分（水蒸気）を含むアノードオフガスが、希釈器４３に排出され、燃料電池スタック１０の発電性能が回復するようになっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、燃料電池スタック１０を構成する単セルの電圧のうちの最低の電圧（最低セル電圧）が、所定単セル電圧以下である場合、パージ弁２８を開く必要があると判断するように設定されている。
【００５３】
前記した気液分離器２６のタンク部２６ｄは、配管２９ａ、常閉型のドレン弁２９、配管２９ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によってドレン弁２９が開かれると、タンク部２６ｄに貯溜されている水分が希釈器４３に排出されるようになっている。
なお、ＥＣＵ７０は、所定時間の経過毎に、または、水位センサ（図示しない）によって貯溜されている水分量を把握し、水分がオーバーフローしないようにドレン弁２９を開く。
【００５４】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ４１（酸化剤供給手段）と、常開型の背圧弁４２と、希釈器４３とを備えている。
コンプレッサ４１は、配管４１ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されている。そして、コンプレッサ４１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を吸気し、配管４１ａを介して、カソード流路１２に供給するようになっている。
なお、コンプレッサ４１、背圧弁４２、及び、前記した第１遮断弁２２、第２遮断弁２４、ポンプ２７、パージ弁２８、ドレン弁２９は、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリ（図示しない）を電源としている。
【００５５】
配管４１ａと後記する配管４２ｂとを跨ぐように、加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分透過性を有する中空糸膜を複数本内蔵し、この中空糸膜を介して、カソード流路１２に向かう空気と、カソード流路１２から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換し、カソード流路１２に向かう空気を加湿するものである。
【００５６】
カソード流路１２の出口は、配管４２ａ、背圧弁４２、配管４２ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、カソード流路１２から排出されたカソードオフガスは、配管４２ａ等を通って希釈器４３に導かれるようになっている。
【００５７】
背圧弁４２は、例えばバタフライ弁から構成され、その開度がＥＣＵ７０によって制御されることで、カソード流路１２における空気の圧力を制御するものである。
【００５８】
希釈器４３は、配管２８ｂからのアノードオフガスと、配管４２ｂからのカソードオフガス（希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管４３ａを通って車外に排出されるようになっている。
【００５９】
＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池車を走行させるモータ５１と、電力制御器５２と、出力検出器５３とを備えている。そして、モータ５１は、電力制御器５２、出力検出器５３を順に介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。
【００６０】
モータ５１は、燃料電池車を走行させるためのモータである。
電力制御器５２は、ＥＣＵ７０の指令に従って、燃料電池スタック１０の出力（電流値、電圧値）を、０を含めて制御するものであり、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の電子回路を備えている。
なお、モータ５１と電力制御器５２との間には、ＥＣＵ７０の指令に従って、電力制御器５２からの直流電力を、三相交流電力に変換し、モータ５１に出力する図示しないＰＤＵ（Power Drive Unit）が設けられている。
【００６１】
出力検出器５３は、燃料電池スタック１０の現在の電流値及び電圧値を検出する機器であり、電流センサ及び電圧センサを備えている。そして、出力検出器５３は、現在の電流値及び電圧値をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
ここで、燃料電池スタック１０の現在の電流値は、燃料電池システム１の一運転状態であり、出力検出器５３は、この運転状態を検出する運転状態検出手段である。
【００６２】
＜その他機器＞
アクセル６１は、運転者が燃料電池車を走行させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセル６１は、その開度（踏み込み量）をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６３】
ブレーキ６２は、運転者が燃料電池車を制動するために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、ブレーキ６２は、踏み込まれているか否かに関するブレーキ信号を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６４】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
【００６５】
＜ＥＣＵ−発電要求量算出機能＞
ＥＣＵ７０は、アクセル６１から入力されるアクセル開度と、図２のマップとに基づいて、発電要求量（Ｗ）を算出する機能を備えている。図２に示すように、アクセル開度が大きくなると、発電要求量が大きくなる関係となっている。
なお、図２のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６６】
＜ＥＣＵ−コンプレッサ制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図３のマップとに基づいて、目標とするべきコンプレッサ４１の回転速度を算出し、これに従って、コンプレッサ４１を制御する機能を備えている。図３に示すように、発電要求量が大きくなると、カソードで空気不足とならず、大流量で供給されるように、コンプレッサ４１の回転速度が高くなる関係となっている。
なお、図３のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６７】
＜ＥＣＵ−背圧弁制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図４のマップとに基づいて、目標とするべき背圧弁４２の開度を算出し、これに従って、背圧弁４２の開度を制御する機能を備えている。図４に示すように、発電要求量が大きくなると、カソードで空気不足とならず、空気が高圧で供給されるように、背圧弁４２の開度が小さくなる関係となっている。
なお、図４のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６８】
＜ＥＣＵ−電流制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図５のマップとに基づいて、目標とするべき燃料電池スタック１０の電流値（出力）を算出し、この電流値となるように電力制御器５２を制御する機能を備えている。図５に示すように、発電要求量が大きくなると、目標とするべき電流値は大きくなる関係となっている。つまり、燃料電池車が加速すると、発電要求量が大きくなるから、目標とするべき電流値は大きくなり、逆に、燃料電池車が減速すると、発電要求量が小さくなるから、目標とするべき電流値は小さくなる関係となっている。
なお、図５のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６９】
＜ＥＣＵ−減速判定機能＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する機能を備えている。
ここでは、所定時間Δｔ（例えば３〜１０秒）における実際の電流値の変化量ΔＩが０よりも小さい場合、燃料電池車は現在減速中であると判定するように設定されている。これに対し、所定時間Δｔにおける実際の電流値の変化量ΔＩが０である場合、燃料電池車は一定速度で定常走行中であると判定し、所定時間Δｔにおける実際の電流値の変化量ΔＩが０よりも大きい場合、燃料電池車は加速中であると判定するように設定されている。
【００７０】
ただし、燃料電池車が減速中であるか否かについての判定方法は、これに限定されず、例えば、次のようにしてもよい。
（１）所定時間Δｔにおいて、アクセル６１の開度を検出する開度センサ（運転状態検出手段）から入力されるアクセル開度θの変化量Δθが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
（２）所定時間Δｔにおいて、車速センサ（運転状態検出手段）から入力される車速ｖの変化量Δｖが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
（３）配管２６ｂまたは配管２６ｃにアノード流路１１を通流するガスの流量Ｑを検出する流量センサ（運転状態検出手段）を設け、所定時間Δｔにおいて、前記流量Ｑの変化量ΔＱが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
【００７１】
＜ＥＣＵ−アイドル停止制御機能＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池車（燃料電池システム１）のアイドル停止を許可するか否か判定する機能を備えている。例えば、所定時間（５〜１０秒）、車速センサ（図示しない）から入力される車速が０であって、ブレーキ６２が踏み込まれている場合、アイドル停止条件が成立し、アイドル停止を許可すると判定するように設定されている。
【００７２】
そして、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を許可すると判定した場合、コンプレッサ４１を停止し、アイドル停止を実行する。これにより、コンプレッサ４１による電力消費は停止し、これに連動して信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、新規な水素の供給は停止され、燃費が向上する。
【００７３】
なお、アイドル停止中であるか否かについては、例えば、アイドル停止に係るフラグによって記憶される。
また、アイドル停止中において、ブレーキ６２が解除されると、アイドル停止を終了すると共に、前記フラグをリセットし、コンプレッサ４１を作動させるようになっている。
【００７４】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について説明する。
【００７５】
ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を一定の回転速度で作動させる。そうすると、タンク部２６ｄの水がノズル１３０に圧送される。そして、ノズル１３０から水が噴射されると、エゼクタ１００において負圧が発生し、この負圧によって、配管２６ｃを介して、アノード流路１１に滞留する水分（水蒸気、結露水）が吸引され、アノード流路１１から水分が排出される。これにより、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００７６】
ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を作動させると共に、アイドル停止に関するフラグを参照して、燃料電池車（燃料電池システム１）が、アイドル停止中であるか否か判定する。
アイドル停止中であると判定した場合、コンプレッサ４１を停止させる。これにより、第２調圧弁２５に入力される信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、アノード流路１１におけるガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、アノード流路１１に残留する水素を消費しながら燃料電池スタック１０が発電する。
【００７７】
一方、アイドル停止中でないと判定した場合、ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する。
燃料電池車は減速中であると判定した場合、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中であると判定した場合と同様にコンプレッサ４１を停止させる。
なお、このように減速中である場合、コンプレッサ４１の回転速度は低下し、信号圧も下がり、第２調圧弁２５が開いている時間が短くなり、新規に供給される水素の流量及びアノード流路１１を通流するガスの流量が減少する。
【００７８】
一方、燃料電池車は減速中でないと判定した場合、すなわち、燃料電池車が加速中、または、一定速度で定常走行中の状態にあると判断した場合、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ４１を作動させる。
【００７９】
これに連動して、信号圧が入力される第２調圧弁２５が開閉し、アノード流路１１を適量の水素が通流しているので、アノード流路１１に水分が滞留することはない。
【００８０】
一方、ノズル１３０から噴射された水と、アノード流路１１から吸引された水分とは、エゼクタ１００のディフューザ１５０で混合されながら気液分離器２６に向かい、気液分離器２６で分離・回収され、タンク部２６ｄに貯溜される。すなわち、水分がアノード流路１１に流入することはなく、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００８１】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば次の効果を得る。
ポンプ２７が常に作動するので、つまり、燃料電池車がアイドル停止中である場合、減速中である場合はもちろん、燃料電池車が加速中及び定常走行中も、ポンプ２７が作動し、エゼクタ１００において負圧が発生するので、残留する水素を消費し、燃料電池スタック１０を発電させたとしても、発電に伴って生成する水分（水蒸気）は、前記負圧によって吸引され、アノード流路１１から排出される。よって、水分によって燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００８２】
気液分離器２６がエゼクタ１００とアノード流路１１との間に設けられているので、アノードオフガス中の水分（水蒸気、結露水）と、負圧発生用にノズル１３０から噴射された水とを、この気液分離器２６で分離・回収できる。よって、これらがアノード流路１１に流入することなく、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することもない。
【００８３】
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、後記する実施形態と適宜組み合わせたり、次のように変更できる。
【００８４】
前記した第１実施形態では、負圧発生用の流体が水（液体）である場合を例示したが、例えば、窒素（気体）でもよい。この場合、配管２６ａに、負圧を発生させるためノズル１３０から噴射された窒素を回収する流体回収手段として、例えば、窒素と水素とを分離する窒素（水素）分離膜を内蔵する窒素回収装置を設ければよい。
そして、前記窒素（水素）分離膜の分離能（膜厚、膜の材質、連続孔の大きさ等）は、水素分子と窒素分子との大きさに基づいて、膜内における窒素と水素との拡散速度に差異ができるように設計すればよい。
【００８５】
前記した第１実施形態では、燃料電池システム１が四輪や二輪の燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他の移動体、例えば列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、定置型の燃料電池システムに本発明を適用してもよい。
【００８６】
前記した第１実施形態では、燃料電池車の走行状態に関係なくポンプ２７を一定の回転速度で作動させている場合を例示したが、アイドル停止中又は減速中の場合はポンプ２７の回転速度を低くし、加速中又は定常走行中の場合はポンプ２７の回転速度を高くなるように制御してもよい。これにより、燃料電池車の走行状況に応じた水素（燃料）の供給が可能となるうえ、無駄なポンプ２７の作動も防止できる。
【００８７】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図６〜図１０を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００８８】
≪燃料電池システムの構成≫
図６に示すように、第２実施形態に係る燃料電池システム２は、三方弁３１（切換手段）と、エゼクタ２００と、を備えている。
具体的には、配管２５ａの下流端は三方弁３１の第１ポートに接続されており、配管２７ｂの下流端は三方弁３１の第２ポートに接続されており、三方弁３１の第３ポートは配管３１ａを介してエゼクタ２００のノズル１３０に接続されている。
【００８９】
三方弁３１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動し、エゼクタ２００から見て、（１）配管２５ａと配管３１ａとを連通させ、水素タンク２１側を開く第１ポジションと、（２）配管２７ｂと配管３１ａとを連通させ、ポンプ２７側を開く第２ポジションと、を適宜切り換えるようになっている。
【００９０】
エゼクタ２００は、図７、図８に示すように、基体２２０と、基体２２０に螺設されたノズル１３０と、ノズル１３０の中空部１３１において、その軸線上を進退自在に移動すると共に、ノズル１３０の噴射口１３２に遊挿されたニードル２４０と、ノズル１３０の外側で基体２２０に螺設されたディフューザ１５０と、ディフューザ１５０に外嵌したケーシング２６０と、基体２２０に螺設されると共にソレノイド２７１を有するソレノイド部２７０と、を主に備えている。
【００９１】
ニードル２４０は、ソレノイド部２７０に内蔵された圧縮コイルばね２７２によってノズル１３０側に付勢されている。そして、ソレノイド２７１がＯＦＦされている場合、ストッパとして機能するニードル２４０の基端部２４１が基体２２０に当接し、ニードル２４０がソレノイド２７１のＯＦＦ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル２４０がＯＦＦ位置にある場合、ニードル２４０の先端２４２がノズル１３０の噴射口１３２から突出し、噴射口１３２における開口面積が小さくなるように設計されている（図７参照）。
【００９２】
一方、ソレノイド２７１がＥＣＵ７０によりＯＮされた場合、ニードル２４０がノズル１３０に対して後退し、ソレノイド２７１のＯＮ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル２４０がＯＮ位置にある場合、ニードル２４０の先端２４２が噴射口１３２から離間し、噴射口１３２における開口面積が大きくなるように設計されている（図８参照）。
【００９３】
すなわち、第２実施形態において、ノズル１３０の開口面積を可変する可変部は、ニードル２４０と、ソレノイド２７１と、圧縮コイルばね２７２とを備えて構成されている。
【００９４】
ディフューザ１５０は、その中心軸線上に流路１５１を有すると共に、その下流側に向かって、略円形の流路１５１の断面積が徐々に縮径する縮径部１５２と、断面積が最小となるスロート部１５３と、断面積が徐々に拡径する拡径する拡径部１５４と、を備えている。縮径部１５２には、周方向において複数（例えば４つ）のアノードオフガス導入孔１５５が形成されている。
【００９５】
そして、水素タンク２１からの水素、または、ポンプ２７からの水が、基体２２０に形成された第１入口ポート２２１、ノズル１３０の中空部１３１を通って、噴射口１３２から噴射されると、負圧が発生するようになっている。この負圧により、アノードオフガスが、配管２６ｃ（図６参照）から、ケーシング２６０の第２入口ポート２６１、ケーシング２６０とディフューザ１５０との間に形成されたリング状の分配マニホールド空間２６２、複数のアノードオフガス導入孔１５５を介して、流路１５１に吸引されるようになっている。その後、拡径部１５４内の流路１５１において、噴射された水素又は水と、吸引されたアノードオフガスとが混合され、気液分離器２６に向かうようになっている。
【００９６】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム２の動作について、図９、図１０を参照して説明する。
【００９７】
図９に示すように、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止に関するフラグを参照して、燃料電池車（燃料電池システム１）が、アイドル停止中であるか否か判定する。
アイドル停止中であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
なお、このようにアイドル停止中である場合、コンプレッサ４１は停止するため、第２調圧弁２５に入力される信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、アノード流路１１におけるガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、アノード流路１１に残留する水素を消費しながら燃料電池スタック１０が発電した場合、発電に伴って生成する水分が、アノード流路１１に滞留しやすい。
【００９８】
一方、アイドル停止中でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０２に進む。
【００９９】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する。
燃料電池車は減速中であると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
なお、このように減速中である場合、コンプレッサ４１の回転速度は低下し、信号圧も下がり、第２調圧弁２５が開いている時間が短くなり、新規に供給される水素の流量及びアノード流路１１を通流するガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、燃料電池スタック１０が発電した場合、発電に伴って生成する水分が、アノード流路１１に滞留しやすい。
【０１００】
一方、燃料電池車は減速中でないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０３に進む。なお、この場合、燃料電池車は加速中、または、一定速度で定常走行中の状態にある（図１０参照）。
【０１０１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、三方弁３１の水素タンク２１側を開ける、つまり、配管２５ａと配管３１ａとを連通させる。そうすると、水素タンク２１からの水素が、配管２５ａ、配管３１ａを通って、エゼクタ２００のノズル１３０に向かう。
【０１０２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、エゼクタ２００のソレノイド２７１をＯＦＦし、ノズル１３０の開口面積を小さくする（図７、図１０参照）。そうすると、水素タンク２１からの水素がノズル１３０から噴射され、負圧が発生する。
【０１０３】
この場合において、ノズル１３０の開口面積が小さくなっているので、ノズル１３０から噴射される水素の流速は、開口面積が大きい場合よりも、大きくなり、その結果、発生する負圧はさらに低くなる。したがって、このさらに低い負圧によって、アノード流路１１内の水分を速やかに吸引できる。
【０１０４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を停止させる。そうすると、ノズル１３０から水が噴射されず、エゼクタ１００において負圧は発生しないが、燃料電池車が加速中または略一定速度での定常走行中であるから、コンプレッサ４１はこれに対応して作動し、これに連動して、信号圧が入力される第２調圧弁２５が開閉し、アノード流路１１を適量の水素が通流しているので、アノード流路１１に水分が滞留することはない。
また、このようにポンプ２７を停止させるので、ポンプ２７による消費電力は抑えられる。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【０１０５】
次に、ステップＳ１０１の判定結果がＹｅｓ、又は、ステップＳ１０２の判定結果がＹｅｓとなって進むステップＳ１０６を説明する。なお、この場合、燃料電池車は、アイドル停止中、または、減速中の状態にある（図１０参照）。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、三方弁３１のポンプ２７側を開ける、つまり、配管２７ｂと配管３１ａとを連通させる。
【０１０６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ７０は、エゼクタ２００のソレノイド２７１をＯＮし、ノズル１３０の開口面積を大きくする（図８、図１０参照）。
【０１０７】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を作動させる。そうすると、気液分離器２６のタンク部２６ｄの水が、配管２７ａ、配管２７ｂ、配管３１ａを通って、ノズル１３０に圧送される。圧送された水は、ノズル１３０から噴射され、エゼクタ１００において負圧が発生する。この負圧によって、配管２６ｃを介して、アノード流路１１に滞留する水分（水蒸気、結露水）が吸引され、アノード流路１１から水分が排出される。これにより、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【０１０８】
一方、ノズル１３０から噴射された水と、アノード流路１１から吸引された水分とは、エゼクタ１００のディフューザ１５０で混合されながら気液分離器２６に向かい、気液分離器２６で分離・回収され、タンク部２６ｄに貯溜される。
【０１０９】
この場合において、ノズル１３０の開口面積は大きくなっているが（図８、図１０参照）、水（液体）の比重は水素（気体）の比重よりも大きいので、負圧を良好に発生させることができる。そして、このように負圧を良好に発生させつつ、開口面積が大きいので流路抵抗が小さくなり、ポンプ２７に作用する負荷は軽減される。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【０１１０】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム２によれば次の効果を得る。
燃料電池車がアイドル停止中であるか否か（Ｓ１０１）、減速中であるか否か（Ｓ１０２）に対応して、つまり、燃料電池システム２の運転状態に対応して、三方弁３１を制御し、エゼクタ２００のノズル1３０に、水素又は水を供給するので、全ての運転状態においてエゼクタ２００を有効利用できる。
【０１１１】
また、アイドル停止中（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、減速中（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、三方弁３１のポンプ２７側を開き、水素タンク２１側を閉じるので（Ｓ１０６）、新規な水素がエゼクタ２００には導入されず、水が循環しやすくなる。
【０１１２】
さらに、ノズル１３０から噴射される流体（水素、水）の種類に対応して、その開口面積を可変するので（Ｓ１０４、Ｓ１０７）、適切に負圧を発生させることができる。
【０１１３】
以上、本発明の第２実施形態について説明したが、その他に例えば、次のように変更できる。
前記した第２実施形態では、ソレノイド２７１のＯＮ／ＯＦＦによって、ノズル１３０の開口面積を２段階で可変する構成を例示したが、例えば、ニードル２４０の先端２４２を先細のテーパ状にすると共に、ステッピングモータ等によって無段階で可変する構成としてもよい。この場合、燃料電池スタック１０の電流値が大きくなるにつれて、ノズル１３０の開口面積が小さくなるように制御することが好ましい。
【０１１４】
前記した第２実施形態では、三方弁３１で切り換える構成としたが、図１１に示す燃料電池システム３でもよい。燃料電池システム３は、開閉弁３２及び開閉弁３３（いずれも切換手段）を備えており、配管２５ａの下流端は開閉弁３２に、配管２７ｂの下流端は開閉弁３３に、それぞれ接続されている。また、開閉弁３２及び開閉弁３３は、上流側が二股の配管３２ａを介して、エゼクタ２００のノズル１３０に接続されている。
そして、開閉弁３２及び開閉弁３３を適宜開閉することにより、三方弁３１と同様に切り換えることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１、２、３ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１ アノード流路（燃料流路）
１２ カソード流路（酸化剤流路）
２１ 水素タンク（燃料供給手段）
２６ 気液分離器（流体回収手段）
２７ ポンプ（流体圧送手段）
２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ 配管（燃料循環経路）
３１ 三方弁（切換手段）
３２、３３ 開閉弁（切換手段）
５３ 出力検出器（運転状態検出手段）
７０ ＥＣＵ（制御手段）
１００、２００ エゼクタ
１３０ ノズル
２４０ ニードル（可変部）
２７１ ソレノイド（可変部）
２７２ 圧縮コイルばね（可変部）
【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】
近年、水素（燃料）と酸素を含む空気（酸化剤）とが供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、例えば、燃料電池車（移動体）の電力源として期待されている。ところが、燃料電池からは、電極反応で消費されなかった水素が排出されるので、この水素を再び燃料電池に供給し、水素を循環させて有効利用し、燃費を高める水素循環型の燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。よって、このような水素循環型の燃料電池システムにおいて、水素が循環する経路（燃料循環経路）は外部から閉じられた構成となる。
【０００３】
燃料電池を通流する水素の流量は、発電要求量に対応して、適量となるように、つまり、水素不足／過剰とならないように制御される。
具体的には、例えば燃料電池車の場合、アクセル開度に基づいて、走行用のモータ（負荷）が燃料電池に要求する発電要求量（負荷要求量）を算出し、さらに、水素の供給圧、空気の流量・供給圧、目標電流値等を算出し、これに従って、水素の供給圧を調圧する調圧弁（レギュレータ）、空気を供給するコンプレッサの回転速度、カソード流路（酸化剤流路）の下流に設けられた背圧弁等を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８４０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池車が減速した場合、つまり、アクセル開度が小さくなった場合や、信号待ち、人待ち等によって、アイドル停止した場合、水素タンクから燃料電池に向かう水素の流量は減少、または水素供給は停止され、燃料電池のアノード流路（燃料流路）を通流するガスの流量は減少する。燃料電池車が減速した場合等も、例えば、バッテリを充電するため、流量が減少した水素を消費して、または、アノード流路（燃料流路）に残留する水素を消費して、燃料電池の発電が継続されることもある。
【０００６】
そうすると、発電に伴ってカソードで生成した水分（水蒸気）の一部が、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を透過し、アノード流路に流出する。そして、流出した水分は、前記したように、アノード流路を通流するガスの流路が減少しているので、アノード流路に滞留したり、また、その一部は結露して、アノードの表面に付着したりし、水素がアノードに供給されにくくなる。そうすると、燃料電池の発電が不安定になる、つまり、燃料電池の発電性能が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池の発電が安定する燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料流路及び酸化剤流路を有し、前記燃料流路に燃料が供給され、前記酸化剤流路に酸化剤が供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料流路から排出された燃料を、再び前記燃料流路に供給し、燃料を循環させる燃料循環経路と、前記燃料循環経路に設けられたエゼクタと、前記燃料流路又は前記エゼクタのノズルに燃料を供給する燃料供給手段と、前記エゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送する流体圧送手段と、前記エゼクタから排出された流体を回収する流体回収手段と、を備え、前記エゼクタで発生する負圧によって、前記燃料流路から水分を排出する燃料電池システムであって、前記流体圧送手段は、前記流体回収手段で回収された流体を前記エゼクタに圧送することを特徴とする燃料電池システムである。
【０００９】
このような燃料電池システムによれば、流体圧送手段がエゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送すると、エゼクタにおいて負圧が発生し、この負圧によって、燃料電池の燃料流路（アノード流路）に滞留する水分（水蒸気）や、アノードの表面に付着した水分（結露水）等が、吸引され、燃料流路から排出される。つまり、アクセル開度等に関わらず、流体圧送手段が流体を圧送すれば、水分が燃料流路から排出される。よって、燃料は、水分に邪魔されることなく、ＭＥＡのアノードに供給され、燃料電池の発電が安定しやすくなる。
【００１０】
例えば、燃料電池車において、アクセル開度が小さくなり燃料電池車が減速し、又は、燃料電池車がアイドル停止し、燃料流路を通流するガスの流量が減少又は０になったとしても、流体圧送手段がエゼクタに負圧発生用の流体を圧送するので、負圧が発生し、この負圧により燃料流路から水分が排出される。その結果、燃料電池の発電は安定し、その後にアクセルが踏み込まれた場合、燃料電池の出力を高め、スムーズに加速できる。
【００１１】
また、負圧を発生させた後、エゼクタから排出された流体は、流体回収手段で回収され、そして、回収された流体は、流体圧送手段によって、エゼクタのノズルに再び圧送され、再び負圧発生用に利用される。すなわち、エゼクタで負圧を発生させるための流体は、エゼクタと流体回収手段との間を循環することになる。よって、負圧発生用の流体が封入されたタンク等を別途備える必要はない。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記流体回収手段は、前記エゼクタと前記燃料流路の入口との間に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
このような燃料電池システムによれば、流体回収手段がエゼクタと燃料流路の入口との間に配置されているので、エゼクタから排出された負圧発生用の流体は流体回収手段で回収され、発電に寄与しない負圧発生用の流体が、燃料電池の燃料流路に供給されることはない。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、システムの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、前記流体圧送手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
ここで、システムの運転状態としては、例えば、燃料電池が出力する現在の電流値や、燃料流路を通流するガスの流量が挙げられる。また、燃料電池システムが燃料電池車に搭載されたものである場合では、例えば、アクセル開度や、車速も挙げられる。
そして、システムの運転状態を検出する運転状態検出手段としては、例えば、電流センサ、流量センサ、アクセル開度センサ、車速センサが挙げられる。
【００１６】
このような燃料電池システムによれば、制御手段が、運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、流体圧送手段を制御できる。すなわち、システムの運転状態に対応して、無駄なく流体圧送手段を作動させることにより、流体圧送手段による消費エネルギ（後記する実施形態では電力）を抑えつつ、流体圧送手段の寿命を長くできる。
【００１７】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料供給手段は前記エゼクタのノズルに燃料を供給し、前記燃料供給手段から燃料、又は、前記流体圧送手段から流体の前記エゼクタへの供給を切り換える切換手段を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記燃料供給手段から前記エゼクタに燃料が供給されるように、前記切換手段を制御し、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記流体圧送手段から前記エゼクタに流体が供給されるように、前記切換手段を制御することを特徴とする。
【００１８】
このような燃料電池システムによれば、システムの運転状態が増加又は一定である場合（例えば燃料電池車における加速時又は一定速度での定常走行時）、制御手段が、燃料供給手段からエゼクタに燃料が供給されるように、切換手段を制御する。
このように制御することにより、燃料供給手段によって燃料を供給する際の圧力エネルギーを用いて燃料を循環させることができるので、無駄な流体圧送手段の作動を防止でき、流体圧送手段の消費エネルギーを削減することができ、しいては、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
また、このように制御することにより、燃料電池において燃料不足になりにくく、また、燃料流路に水分が滞留等しない程度の流量で燃料が通流するので、燃料流路に水分が滞留等せず、燃料電池の発電性能が低下することもない。
【００１９】
一方、システムの運転状態が減少している場合（例えば燃料電池車における減速時）、制御手段が、流体圧送手段からエゼクタに流体が供給されるように、切換手段を制御する。そうすると、前記したように、エゼクタで負圧が発生し、この負圧により、燃料流路から水分が排出されるので、燃料電池の発電は安定する。
このように、システムの運転状態に対応して、切換手段によって、燃料又は負圧発生用の流体を切り換えてエゼクタに供給し、燃料電池の発電を安定させることができる。
【００２０】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態に基づいて、前記可変部を制御することを特徴とする。
【００２１】
このような燃料電池システムによれば、制御手段が、システムの運転状態に基づいて、エゼクタの可変部を制御し、そのノズルの開口面積を可変できる。すなわち、システムの運転状態に対応して、ノズルの開口面積を可変し、ノズルから噴射される燃料又は流体の流量を適切にできる。
【００２２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料供給手段から前記エゼクタに向かう燃料は気体であり、前記流体圧送手段から前記エゼクタに向かう流体は液体であり、前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記ノズルの前記開口面積が小さくなるように、前記可変部を制御し、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記ノズルの前記開口面積が大きくなるように、前記可変部を制御することを特徴とする。
【００２３】
このような燃料電池システムでは、運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合（燃料電池車の加速時又は一定速度での定常走行時）、燃料供給手段からエゼクタに、燃料（気体）が供給される。これに対し、運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合（燃料電池車の減速時）、流体圧送手段からエゼクタに流体（液体）が供給される。
すなわち、ノズルから噴射されエゼクタで負圧を発生させるものが、システム運転状態が増加又は一定の場合（加速時又は定常走行時）と、システム運転状態が減少している場合（減速時）と、で異なる。
【００２４】
そして、制御手段は、システム運転状態が増加又は一定の場合（加速時又は定常走行時）、燃料（気体）を噴射するノズルの開口面積が小さくなるように、可変部を制御する。これに対し、制御手段は、システムの運転状態が減少している場合（減速時）、流体（液体）を噴射するノズルの開口面積が大きくなるように、可変部を制御する。
このようにして、システムの運転状態に対応して、ノズルから噴射される燃料（気体）又は流体（液体）の種類が切り換えられ、次いで、燃料（気体）又は流体（液体）の流量・流速、そして、エゼクタにおいて発生する負圧の大きさは、適切に変更できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、燃料電池の発電が安定する燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】アクセル開度と発電要求量との関係を示すマップである。
【図３】発電要求量とコンプレッサの回転速度との関係を示すマップである。
【図４】発電要求量と背圧弁の開度との関係を示すマップである。
【図５】発電要求量と目標電流値との関係を示すマップである。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＦＦされ、ノズルの開口面積が小さい状態を示す。
【図８】第２実施形態に係るエゼクタの側断面図であり、ソレノイドがＯＮされ、ノズルの開口面積が大きい状態を示す。
【図９】第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【図１１】変形例に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２８】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素（酸化剤）を含む空気（酸化剤含有ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続され、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御する制御手段であるＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２９】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
【００３０】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
【００３１】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１（燃料流路）、カソード流路１２（酸化剤流路）として機能している。
【００３２】
そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と後記するモータ５１等の外部負荷とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００３３】
このように燃料電池スタック１０が発電すると、水分（水蒸気）がカソードで生成し、その一部は、ＭＥＡを透過して、アノード流路１１に流出する。したがって、アノード流路１１内は多湿となる。
【００３４】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料供給手段）と、常閉型の第１遮断弁２２（インタンク電磁弁）と、第１調圧弁２３（第１レギュレータ）と、常閉型の第２遮断弁２４と、第２調圧弁２５（第２レギュレータ）と、気液分離器２６（流体回収手段）と、ポンプ２７と、エゼクタ１００と、常閉型のパージ弁２８と、常閉型のドレン弁２９と、を備えている。
【００３５】
水素タンク２１は、第１遮断弁２２、配管２２ａ、第１調圧弁２３、配管２３ａ、第２遮断弁２４、配管２４ａ、第２調圧弁２５、配管２５ａ、配管２６ａの一部、気液分離器２６、配管２６ｂを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。
そして、ＥＣＵ７０の指令に従って、第１遮断弁２２、第２遮断弁２４が開かれると、水素タンク２１の水素が、配管２２ａ等を通って、アノード流路１１に供給されるようになっている。
なお、水素タンク２１からの水素は、配管２５ａと配管２６ａとの接続点及びその下流で、後記するようにエゼクタ１００からのアノードオフガス及び水と混合されながら、気液分離器２６に向かう。
【００３６】
第１遮断弁２２は、水素タンク２１の口金部に螺設され、その一部が水素タンク２１内に配置されたインタンク電磁弁と称されるものである。
第１調圧弁２３は、水素タンク２１内の水素の圧力（タンク圧）を、下流の第２調圧弁２５等が故障しない程度に減圧する機械式の減圧弁である。
【００３７】
第２遮断弁２４は、第１遮断弁２２が開故障（開いたままで閉じない状態）した場合や、その下流の配管２４ａ等から構成された水素の通流する流路が破損した場合、に閉じられる電磁弁である。
なお、第２遮断弁２４は、第２調圧弁２５よりも下流の配管２５ａ等に配置することも可能であるが、図１に示すように、第１調圧弁２３と第２調圧弁２５との間に配置することが好ましい。このように配置すれば、第２遮断弁２４を閉じた場合、第２調圧弁２５に高圧の水素が作用しないので、第２調圧弁２５の耐圧強度を下げることができ、第２調圧弁２５の構造は簡便となり、第２調圧弁２５は安価になる。
【００３８】
第２調圧弁２５は、例えば本願出願人による特開２００５−１８３３５７号公報に記載されるように、上流端が配管４１ａに接続された細い配管２５ｂを通って入力される空気の圧力である信号圧（パイロット圧）に基づいて、開／閉を繰り返し、その二次側圧力（アノード流路１１の圧力）と、カソード流路１２の圧力とをバランスさせ、燃料電池スタック１０を構成する各ＭＥＡ（電解質膜）の破れ等を防止するものである。
【００３９】
詳細には、燃料電池車を減速させるため、アクセル開度が小さくなると、コンプレッサ４１の回転速度が低下し、そして、信号圧が低下するので、第２調圧弁２５の開いている時間が短くなり、第２調圧弁２５の二次側圧力（アノード流路１１の圧力）が低くなる。
一方、燃料電池車を加速させるため、アクセル開度が大きくなると、コンプレッサ４１の回転速度が高まり、そして、信号圧が上昇するので、第２調圧弁２５の開いている時間が長くなり、第２調圧弁２５の二次側圧力（アノード流路１１の圧力）が高くなる。
また、信号待ち等によって、所定のアイドル停止条件が成立すると、アイドル停止が実行され、コンプレッサ４１が停止する。そうすると、信号圧が大きく低下し、第２調圧弁２５は閉じ、水素タンク２１からアノード流路１１への水素の供給は停止される。
【００４０】
なお、このように燃料電池車が減速又はアイドル停止したとしても、例えば、車両用の空調システム等から発電要求がある場合、バッテリ（図示しない）に充電する場合、アノード流路１１、カソード流路１２の圧力を下げる場合、アノード流路１１に残留する水素等を消費しながら燃料電池スタック１０の発電は継続される。すなわち、水素の流量が減少又は停止している状態で、燃料電池スタック１０が発電するので、カソードからアノードにクロスリークした水分（水蒸気）が、アノード流路１１に残留しやすい状態になる。
【００４１】
気液分離器２６は、前記したように、配管２５ａと配管２６ａとの接続点よりも下流で、水素タンク２１からの水素と、アノードオフガスと、後記するノズル１３０から噴射された水（液体）とが混合したものから、水分（液体、気体のもの）の少なくとも一部（一部又は全部）を分離・回収するものである。これにより、水分がアノード流路１１に流入せず、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００４２】
水分の分離方式としては、例えば、（１）気液分離器２６において、前記混合したものが通流する流路の断面積を拡大し、水素よりも比重の大きい、水分（液体、気体のもの）を自重により留まらせる方式を採用できる。その他、（２）気液分離器２６内に、低温冷媒が通流する低温冷媒管を設け、前記混合したものを冷却し、水分を分離する方式も採用できる。
【００４３】
なお、分離された水分は、気液分離器２６の底部に形成されたタンク部２６ｄに一時的に貯溜されるようになっている。
また、気液分離器２６が、アノード流路１１の下流の配管２６ｃに設けられた構成でもよいが、前記したように、アノード流路１１への水分の流入を防止するため、第１実施形態のように、エゼクタ１００とアノード流路１１の入口との間に設けられていることが好ましい。
【００４４】
次に、アノード流路１１の下流を説明する。
アノード流路１１の出口は、配管２６ｃ、エゼクタ１００、配管２６ａを介して、気液分離器２６に接続されている。なお、配管２６ｃの下流端は、エゼクタ１００の吸気口に接続されている。
【００４５】
そして、アノード流路１１から排出され、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含むアノードオフガスは、配管２６ｃ、エゼクタ１００、配管２６ａ、気液分離器２６、配管２６ｂを通って、アノード流路１１に供給されるようになっている。
すなわち、アノード流路１１から排出された水素は、配管２６ｃ等を通って、再びアノード流路１１に供給され、水素が循環するようになっている。
【００４６】
つまり、第１実施形態において、水素を循環させる水素循環経路（燃料循環経路）は、配管２６ｃと、配管２６ａと、配管２６ｂとを備えて構成されている。そして、エゼクタ１００は、この水素循環経路に設けられている。
【００４７】
前記した気液分離器２６のタンク部２６ｄは、配管２７ａ、ポンプ２７、配管２７ｂを介して、エゼクタ１００のノズル１３０に接続されている。そして、ＥＣＵ７０の指令に従ってポンプ２７が作動すると、気液分離器２６に貯溜されている水（液体）がノズル１３０に圧送されるようになっている。
【００４８】
エゼクタ１００は、ポンプ２７から圧送される水（負圧発生用の流体）をノズル１３０で噴射することで、負圧を発生するものである。そして、このように負圧が発生すると、エゼクタ１００の吸気口に接続された配管２６ｃを介して、アノード流路１１の滞留、結露する水分が吸引され、アノード流路１１から排出されるようになっている。
【００４９】
なお、吸引された水分を含むアノードオフガスは、ディフューザ１５０でノズル１３０から噴射された水と混合後、さらに、水素タンク２１からの水素と混合し、気液分離器２６に向かう。そして、気液分離器２６において、前記したように、水、つまり、吸引された水分及び噴射された水は、分離・回収される。
【００５０】
すなわち、アノード流路１１からの水分を含むアノードオフガスは、エゼクタ１００に吸引された後、アノード流路１１に向かうが、その水分は途中の気液分離器２６で回収、貯溜される。そして、この回収された水は、ポンプ２７によってノズル１３０に圧送され、ノズル１３０から噴射されることで、エゼクタ１００において負圧を発生させる負圧発生用の流体として利用された後、再び、気液分離器２６で回収、貯溜される。つまり、気液分離器２６とエゼクタ１００との間で、水が循環することになる。
【００５１】
言い換えると、燃料電池スタック１０の発電に伴って生成し回収した水を利用し、そして、この水を循環させて負圧を発生させるので、別途に負圧発生用の流体が貯溜されたタンクを備える必要はなく、システムが簡便かつ安価となる。
【００５２】
配管２６ｃの途中は、配管２８ａ、常閉型のパージ弁２８、配管２８ｂを介して、後記する希釈器４３に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によってパージ弁２８が開かれると、水分（水蒸気）を含むアノードオフガスが、希釈器４３に排出され、燃料電池スタック１０の発電性能が回復するようになっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、燃料電池スタック１０を構成する単セルの電圧のうちの最低の電圧（最低セル電圧）が、所定単セル電圧以下である場合、パージ弁２８を開く必要があると判断するように設定されている。
【００５３】
前記した気液分離器２６のタンク部２６ｄは、配管２９ａ、常閉型のドレン弁２９、配管２９ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によってドレン弁２９が開かれると、タンク部２６ｄに貯溜されている水分が希釈器４３に排出されるようになっている。
なお、ＥＣＵ７０は、所定時間の経過毎に、または、水位センサ（図示しない）によって貯溜されている水分量を把握し、水分がオーバーフローしないようにドレン弁２９を開く。
【００５４】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ４１（酸化剤供給手段）と、常開型の背圧弁４２と、希釈器４３とを備えている。
コンプレッサ４１は、配管４１ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されている。そして、コンプレッサ４１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を吸気し、配管４１ａを介して、カソード流路１２に供給するようになっている。
なお、コンプレッサ４１、背圧弁４２、及び、前記した第１遮断弁２２、第２遮断弁２４、ポンプ２７、パージ弁２８、ドレン弁２９は、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリ（図示しない）を電源としている。
【００５５】
配管４１ａと後記する配管４２ｂとを跨ぐように、加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分透過性を有する中空糸膜を複数本内蔵し、この中空糸膜を介して、カソード流路１２に向かう空気と、カソード流路１２から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換し、カソード流路１２に向かう空気を加湿するものである。
【００５６】
カソード流路１２の出口は、配管４２ａ、背圧弁４２、配管４２ｂを介して、希釈器４３に接続されている。そして、カソード流路１２から排出されたカソードオフガスは、配管４２ａ等を通って希釈器４３に導かれるようになっている。
【００５７】
背圧弁４２は、例えばバタフライ弁から構成され、その開度がＥＣＵ７０によって制御されることで、カソード流路１２における空気の圧力を制御するものである。
【００５８】
希釈器４３は、配管２８ｂからのアノードオフガスと、配管４２ｂからのカソードオフガス（希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管４３ａを通って車外に排出されるようになっている。
【００５９】
＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池車を走行させるモータ５１と、電力制御器５２と、出力検出器５３とを備えている。そして、モータ５１は、電力制御器５２、出力検出器５３を順に介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。
【００６０】
モータ５１は、燃料電池車を走行させるためのモータである。
電力制御器５２は、ＥＣＵ７０の指令に従って、燃料電池スタック１０の出力（電流値、電圧値）を、０を含めて制御するものであり、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の電子回路を備えている。
なお、モータ５１と電力制御器５２との間には、ＥＣＵ７０の指令に従って、電力制御器５２からの直流電力を、三相交流電力に変換し、モータ５１に出力する図示しないＰＤＵ（Power Drive Unit）が設けられている。
【００６１】
出力検出器５３は、燃料電池スタック１０の現在の電流値及び電圧値を検出する機器であり、電流センサ及び電圧センサを備えている。そして、出力検出器５３は、現在の電流値及び電圧値をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
ここで、燃料電池スタック１０の現在の電流値は、燃料電池システム１の一運転状態であり、出力検出器５３は、この運転状態を検出する運転状態検出手段である。
【００６２】
＜その他機器＞
アクセル６１は、運転者が燃料電池車を走行させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセル６１は、その開度（踏み込み量）をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６３】
ブレーキ６２は、運転者が燃料電池車を制動するために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、ブレーキ６２は、踏み込まれているか否かに関するブレーキ信号を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００６４】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
【００６５】
＜ＥＣＵ−発電要求量算出機能＞
ＥＣＵ７０は、アクセル６１から入力されるアクセル開度と、図２のマップとに基づいて、発電要求量（Ｗ）を算出する機能を備えている。図２に示すように、アクセル開度が大きくなると、発電要求量が大きくなる関係となっている。
なお、図２のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６６】
＜ＥＣＵ−コンプレッサ制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図３のマップとに基づいて、目標とするべきコンプレッサ４１の回転速度を算出し、これに従って、コンプレッサ４１を制御する機能を備えている。図３に示すように、発電要求量が大きくなると、カソードで空気不足とならず、大流量で供給されるように、コンプレッサ４１の回転速度が高くなる関係となっている。
なお、図３のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６７】
＜ＥＣＵ−背圧弁制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図４のマップとに基づいて、目標とするべき背圧弁４２の開度を算出し、これに従って、背圧弁４２の開度を制御する機能を備えている。図４に示すように、発電要求量が大きくなると、カソードで空気不足とならず、空気が高圧で供給されるように、背圧弁４２の開度が小さくなる関係となっている。
なお、図４のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６８】
＜ＥＣＵ−電流制御機能＞
ＥＣＵ７０は、算出された発電要求量と、図５のマップとに基づいて、目標とするべき燃料電池スタック１０の電流値（出力）を算出し、この電流値となるように電力制御器５２を制御する機能を備えている。図５に示すように、発電要求量が大きくなると、目標とするべき電流値は大きくなる関係となっている。つまり、燃料電池車が加速すると、発電要求量が大きくなるから、目標とするべき電流値は大きくなり、逆に、燃料電池車が減速すると、発電要求量が小さくなるから、目標とするべき電流値は小さくなる関係となっている。
なお、図５のマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６９】
＜ＥＣＵ−減速判定機能＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する機能を備えている。
ここでは、所定時間Δｔ（例えば３〜１０秒）における実際の電流値の変化量ΔＩが０よりも小さい場合、燃料電池車は現在減速中であると判定するように設定されている。これに対し、所定時間Δｔにおける実際の電流値の変化量ΔＩが０である場合、燃料電池車は一定速度で定常走行中であると判定し、所定時間Δｔにおける実際の電流値の変化量ΔＩが０よりも大きい場合、燃料電池車は加速中であると判定するように設定されている。
【００７０】
ただし、燃料電池車が減速中であるか否かについての判定方法は、これに限定されず、例えば、次のようにしてもよい。
（１）所定時間Δｔにおいて、アクセル６１の開度を検出する開度センサ（運転状態検出手段）から入力されるアクセル開度θの変化量Δθが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
（２）所定時間Δｔにおいて、車速センサ（運転状態検出手段）から入力される車速ｖの変化量Δｖが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
（３）配管２６ｂまたは配管２６ｃにアノード流路１１を通流するガスの流量Ｑを検出する流量センサ（運転状態検出手段）を設け、所定時間Δｔにおいて、前記流量Ｑの変化量ΔＱが０よりも小さい場合、減速中であると判定するようにしてもよい。
【００７１】
＜ＥＣＵ−アイドル停止制御機能＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池車（燃料電池システム１）のアイドル停止を許可するか否か判定する機能を備えている。例えば、所定時間（５〜１０秒）、車速センサ（図示しない）から入力される車速が０であって、ブレーキ６２が踏み込まれている場合、アイドル停止条件が成立し、アイドル停止を許可すると判定するように設定されている。
【００７２】
そして、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を許可すると判定した場合、コンプレッサ４１を停止し、アイドル停止を実行する。これにより、コンプレッサ４１による電力消費は停止し、これに連動して信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、新規な水素の供給は停止され、燃費が向上する。
【００７３】
なお、アイドル停止中であるか否かについては、例えば、アイドル停止に係るフラグによって記憶される。
また、アイドル停止中において、ブレーキ６２が解除されると、アイドル停止を終了すると共に、前記フラグをリセットし、コンプレッサ４１を作動させるようになっている。
【００７４】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について説明する。
【００７５】
ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を一定の回転速度で作動させる。そうすると、タンク部２６ｄの水がノズル１３０に圧送される。そして、ノズル１３０から水が噴射されると、エゼクタ１００において負圧が発生し、この負圧によって、配管２６ｃを介して、アノード流路１１に滞留する水分（水蒸気、結露水）が吸引され、アノード流路１１から水分が排出される。これにより、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００７６】
ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を作動させると共に、アイドル停止に関するフラグを参照して、燃料電池車（燃料電池システム１）が、アイドル停止中であるか否か判定する。
アイドル停止中であると判定した場合、コンプレッサ４１を停止させる。これにより、第２調圧弁２５に入力される信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、アノード流路１１におけるガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、アノード流路１１に残留する水素を消費しながら燃料電池スタック１０が発電する。
【００７７】
一方、アイドル停止中でないと判定した場合、ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する。
燃料電池車は減速中であると判定した場合、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中であると判定した場合と同様にコンプレッサ４１を停止させる。
なお、このように減速中である場合、コンプレッサ４１の回転速度は低下し、信号圧も下がり、第２調圧弁２５が開いている時間が短くなり、新規に供給される水素の流量及びアノード流路１１を通流するガスの流量が減少する。
【００７８】
一方、燃料電池車は減速中でないと判定した場合、すなわち、燃料電池車が加速中、または、一定速度で定常走行中の状態にあると判断した場合、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ４１を作動させる。
【００７９】
これに連動して、信号圧が入力される第２調圧弁２５が開閉し、アノード流路１１を適量の水素が通流しているので、アノード流路１１に水分が滞留することはない。
【００８０】
一方、ノズル１３０から噴射された水と、アノード流路１１から吸引された水分とは、エゼクタ１００のディフューザ１５０で混合されながら気液分離器２６に向かい、気液分離器２６で分離・回収され、タンク部２６ｄに貯溜される。すなわち、水分がアノード流路１１に流入することはなく、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００８１】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば次の効果を得る。
ポンプ２７が常に作動するので、つまり、燃料電池車がアイドル停止中である場合、減速中である場合はもちろん、燃料電池車が加速中及び定常走行中も、ポンプ２７が作動し、エゼクタ１００において負圧が発生するので、残留する水素を消費し、燃料電池スタック１０を発電させたとしても、発電に伴って生成する水分（水蒸気）は、前記負圧によって吸引され、アノード流路１１から排出される。よって、水分によって燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【００８２】
気液分離器２６がエゼクタ１００とアノード流路１１との間に設けられているので、アノードオフガス中の水分（水蒸気、結露水）と、負圧発生用にノズル１３０から噴射された水とを、この気液分離器２６で分離・回収できる。よって、これらがアノード流路１１に流入することなく、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することもない。
【００８３】
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、後記する実施形態と適宜組み合わせたり、次のように変更できる。
【００８４】
前記した第１実施形態では、負圧発生用の流体が水（液体）である場合を例示したが、例えば、窒素（気体）でもよい。この場合、配管２６ａに、負圧を発生させるためノズル１３０から噴射された窒素を回収する流体回収手段として、例えば、窒素と水素とを分離する窒素（水素）分離膜を内蔵する窒素回収装置を設ければよい。
そして、前記窒素（水素）分離膜の分離能（膜厚、膜の材質、連続孔の大きさ等）は、水素分子と窒素分子との大きさに基づいて、膜内における窒素と水素との拡散速度に差異ができるように設計すればよい。
【００８５】
前記した第１実施形態では、燃料電池システム１が四輪や二輪の燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他の移動体、例えば列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、定置型の燃料電池システムに本発明を適用してもよい。
【００８６】
前記した第１実施形態では、燃料電池車の走行状態に関係なくポンプ２７を一定の回転速度で作動させている場合を例示したが、アイドル停止中又は減速中の場合はポンプ２７の回転速度を低くし、加速中又は定常走行中の場合はポンプ２７の回転速度を高くなるように制御してもよい。これにより、燃料電池車の走行状況に応じた水素（燃料）の供給が可能となるうえ、無駄なポンプ２７の作動も防止できる。
【００８７】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図６〜図１０を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００８８】
≪燃料電池システムの構成≫
図６に示すように、第２実施形態に係る燃料電池システム２は、三方弁３１（切換手段）と、エゼクタ２００と、を備えている。
具体的には、配管２５ａの下流端は三方弁３１の第１ポートに接続されており、配管２７ｂの下流端は三方弁３１の第２ポートに接続されており、三方弁３１の第３ポートは配管３１ａを介してエゼクタ２００のノズル１３０に接続されている。
【００８９】
三方弁３１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動し、エゼクタ２００から見て、（１）配管２５ａと配管３１ａとを連通させ、水素タンク２１側を開く第１ポジションと、（２）配管２７ｂと配管３１ａとを連通させ、ポンプ２７側を開く第２ポジションと、を適宜切り換えるようになっている。
【００９０】
エゼクタ２００は、図７、図８に示すように、基体２２０と、基体２２０に螺設されたノズル１３０と、ノズル１３０の中空部１３１において、その軸線上を進退自在に移動すると共に、ノズル１３０の噴射口１３２に遊挿されたニードル２４０と、ノズル１３０の外側で基体２２０に螺設されたディフューザ１５０と、ディフューザ１５０に外嵌したケーシング２６０と、基体２２０に螺設されると共にソレノイド２７１を有するソレノイド部２７０と、を主に備えている。
【００９１】
ニードル２４０は、ソレノイド部２７０に内蔵された圧縮コイルばね２７２によってノズル１３０側に付勢されている。そして、ソレノイド２７１がＯＦＦされている場合、ストッパとして機能するニードル２４０の基端部２４１が基体２２０に当接し、ニードル２４０がソレノイド２７１のＯＦＦ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル２４０がＯＦＦ位置にある場合、ニードル２４０の先端２４２がノズル１３０の噴射口１３２から突出し、噴射口１３２における開口面積が小さくなるように設計されている（図７参照）。
【００９２】
一方、ソレノイド２７１がＥＣＵ７０によりＯＮされた場合、ニードル２４０がノズル１３０に対して後退し、ソレノイド２７１のＯＮ位置で配置されるようになっている。そして、このようにニードル２４０がＯＮ位置にある場合、ニードル２４０の先端２４２が噴射口１３２から離間し、噴射口１３２における開口面積が大きくなるように設計されている（図８参照）。
【００９３】
すなわち、第２実施形態において、ノズル１３０の開口面積を可変する可変部は、ニードル２４０と、ソレノイド２７１と、圧縮コイルばね２７２とを備えて構成されている。
【００９４】
ディフューザ１５０は、その中心軸線上に流路１５１を有すると共に、その下流側に向かって、略円形の流路１５１の断面積が徐々に縮径する縮径部１５２と、断面積が最小となるスロート部１５３と、断面積が徐々に拡径する拡径する拡径部１５４と、を備えている。縮径部１５２には、周方向において複数（例えば４つ）のアノードオフガス導入孔１５５が形成されている。
【００９５】
そして、水素タンク２１からの水素、または、ポンプ２７からの水が、基体２２０に形成された第１入口ポート２２１、ノズル１３０の中空部１３１を通って、噴射口１３２から噴射されると、負圧が発生するようになっている。この負圧により、アノードオフガスが、配管２６ｃ（図６参照）から、ケーシング２６０の第２入口ポート２６１、ケーシング２６０とディフューザ１５０との間に形成されたリング状の分配マニホールド空間２６２、複数のアノードオフガス導入孔１５５を介して、流路１５１に吸引されるようになっている。その後、拡径部１５４内の流路１５１において、噴射された水素又は水と、吸引されたアノードオフガスとが混合され、気液分離器２６に向かうようになっている。
【００９６】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム２の動作について、図９、図１０を参照して説明する。
【００９７】
図９に示すように、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止に関するフラグを参照して、燃料電池車（燃料電池システム１）が、アイドル停止中であるか否か判定する。
アイドル停止中であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
なお、このようにアイドル停止中である場合、コンプレッサ４１は停止するため、第２調圧弁２５に入力される信号圧が下がり、第２調圧弁２５が閉じ、アノード流路１１におけるガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、アノード流路１１に残留する水素を消費しながら燃料電池スタック１０が発電した場合、発電に伴って生成する水分が、アノード流路１１に滞留しやすい。
【００９８】
一方、アイドル停止中でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０２に進む。
【００９９】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、燃料電池車が現在減速中であるか否か判定する。
燃料電池車は減速中であると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
なお、このように減速中である場合、コンプレッサ４１の回転速度は低下し、信号圧も下がり、第２調圧弁２５が開いている時間が短くなり、新規に供給される水素の流量及びアノード流路１１を通流するガスの流量が減少する。そして、このような状況において、例えばバッテリを充電するため、燃料電池スタック１０が発電した場合、発電に伴って生成する水分が、アノード流路１１に滞留しやすい。
【０１００】
一方、燃料電池車は減速中でないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０３に進む。なお、この場合、燃料電池車は加速中、または、一定速度で定常走行中の状態にある（図１０参照）。
【０１０１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、三方弁３１の水素タンク２１側を開ける、つまり、配管２５ａと配管３１ａとを連通させる。そうすると、水素タンク２１からの水素が、配管２５ａ、配管３１ａを通って、エゼクタ２００のノズル１３０に向かう。
【０１０２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、エゼクタ２００のソレノイド２７１をＯＦＦし、ノズル１３０の開口面積を小さくする（図７、図１０参照）。そうすると、水素タンク２１からの水素がノズル１３０から噴射され、負圧が発生する。
【０１０３】
この場合において、ノズル１３０の開口面積が小さくなっているので、ノズル１３０から噴射される水素の流速は、開口面積が大きい場合よりも、大きくなり、その結果、発生する負圧はさらに低くなる。したがって、このさらに低い負圧によって、アノード流路１１内の水分を速やかに吸引できる。
【０１０４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を停止させる。そうすると、ノズル１３０から水が噴射されず、エゼクタ１００において負圧は発生しないが、燃料電池車が加速中または略一定速度での定常走行中であるから、コンプレッサ４１はこれに対応して作動し、これに連動して、信号圧が入力される第２調圧弁２５が開閉し、アノード流路１１を適量の水素が通流しているので、アノード流路１１に水分が滞留することはない。
また、このようにポンプ２７を停止させるので、ポンプ２７による消費電力は抑えられる。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【０１０５】
次に、ステップＳ１０１の判定結果がＹｅｓ、又は、ステップＳ１０２の判定結果がＹｅｓとなって進むステップＳ１０６を説明する。なお、この場合、燃料電池車は、アイドル停止中、または、減速中の状態にある（図１０参照）。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、三方弁３１のポンプ２７側を開ける、つまり、配管２７ｂと配管３１ａとを連通させる。
【０１０６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ７０は、エゼクタ２００のソレノイド２７１をＯＮし、ノズル１３０の開口面積を大きくする（図８、図１０参照）。
【０１０７】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、ポンプ２７を作動させる。そうすると、気液分離器２６のタンク部２６ｄの水が、配管２７ａ、配管２７ｂ、配管３１ａを通って、ノズル１３０に圧送される。圧送された水は、ノズル１３０から噴射され、エゼクタ１００において負圧が発生する。この負圧によって、配管２６ｃを介して、アノード流路１１に滞留する水分（水蒸気、結露水）が吸引され、アノード流路１１から水分が排出される。これにより、燃料電池スタック１０の発電性能が低下することはない。
【０１０８】
一方、ノズル１３０から噴射された水と、アノード流路１１から吸引された水分とは、エゼクタ１００のディフューザ１５０で混合されながら気液分離器２６に向かい、気液分離器２６で分離・回収され、タンク部２６ｄに貯溜される。
【０１０９】
この場合において、ノズル１３０の開口面積は大きくなっているが（図８、図１０参照）、水（液体）の比重は水素（気体）の比重よりも大きいので、負圧を良好に発生させることができる。そして、このように負圧を良好に発生させつつ、開口面積が大きいので流路抵抗が小さくなり、ポンプ２７に作用する負荷は軽減される。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【０１１０】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム２によれば次の効果を得る。
燃料電池車がアイドル停止中であるか否か（Ｓ１０１）、減速中であるか否か（Ｓ１０２）に対応して、つまり、燃料電池システム２の運転状態に対応して、三方弁３１を制御し、エゼクタ２００のノズル1３０に、水素又は水を供給するので、全ての運転状態においてエゼクタ２００を有効利用できる。
【０１１１】
また、アイドル停止中（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、減速中（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、三方弁３１のポンプ２７側を開き、水素タンク２１側を閉じるので（Ｓ１０６）、新規な水素がエゼクタ２００には導入されず、水が循環しやすくなる。
【０１１２】
さらに、ノズル１３０から噴射される流体（水素、水）の種類に対応して、その開口面積を可変するので（Ｓ１０４、Ｓ１０７）、適切に負圧を発生させることができる。
【０１１３】
以上、本発明の第２実施形態について説明したが、その他に例えば、次のように変更できる。
前記した第２実施形態では、ソレノイド２７１のＯＮ／ＯＦＦによって、ノズル１３０の開口面積を２段階で可変する構成を例示したが、例えば、ニードル２４０の先端２４２を先細のテーパ状にすると共に、ステッピングモータ等によって無段階で可変する構成としてもよい。この場合、燃料電池スタック１０の電流値が大きくなるにつれて、ノズル１３０の開口面積が小さくなるように制御することが好ましい。
【０１１４】
前記した第２実施形態では、三方弁３１で切り換える構成としたが、図１１に示す燃料電池システム３でもよい。燃料電池システム３は、開閉弁３２及び開閉弁３３（いずれも切換手段）を備えており、配管２５ａの下流端は開閉弁３２に、配管２７ｂの下流端は開閉弁３３に、それぞれ接続されている。また、開閉弁３２及び開閉弁３３は、上流側が二股の配管３２ａを介して、エゼクタ２００のノズル１３０に接続されている。
そして、開閉弁３２及び開閉弁３３を適宜開閉することにより、三方弁３１と同様に切り換えることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１、２、３ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１ アノード流路（燃料流路）
１２ カソード流路（酸化剤流路）
２１ 水素タンク（燃料供給手段）
２６ 気液分離器（流体回収手段）
２７ ポンプ（流体圧送手段）
２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ 配管（燃料循環経路）
３１ 三方弁（切換手段）
３２、３３ 開閉弁（切換手段）
５３ 出力検出器（運転状態検出手段）
７０ ＥＣＵ（制御手段）
１００、２００ エゼクタ
１３０ ノズル
２４０ ニードル（可変部）
２７１ ソレノイド（可変部）
２７２ 圧縮コイルばね（可変部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流路及び酸化剤流路を有し、前記燃料流路に燃料が供給され、前記酸化剤流路に酸化剤が供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料流路から排出された燃料を、再び前記燃料流路に供給し、燃料を循環させる燃料循環経路と、
前記燃料循環経路に設けられたエゼクタと、
前記燃料流路又は前記エゼクタのノズルに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記エゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送する流体圧送手段と、
前記エゼクタから排出された流体を回収する流体回収手段と、
を備え、前記エゼクタで発生する負圧によって、前記燃料流路から水分を排出する燃料電池システムであって、
前記流体圧送手段は、前記流体回収手段で回収された流体を前記エゼクタに圧送する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記流体回収手段は、前記エゼクタと前記燃料流路の入口との間に配置されている
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】
システムの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、前記流体圧送手段を制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料供給手段は前記エゼクタのノズルに燃料を供給し、
前記燃料供給手段から燃料、又は、前記流体圧送手段から流体の前記エゼクタへの供給を切り換える切換手段を備え、
前記制御手段は、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記燃料供給手段から前記エゼクタに燃料が供給されるように、前記切換手段を制御し、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記流体圧送手段から前記エゼクタに流体が供給されるように、前記切換手段を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態に基づいて、前記可変部を制御する
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】
前記燃料供給手段から前記エゼクタに向かう燃料は気体であり、
前記流体圧送手段から前記エゼクタに向かう流体は液体であり、
前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、
前記制御手段は、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記ノズルの前記開口面積が小さくなるように、前記可変部を制御し、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記ノズルの前記開口面積が大きくなるように、前記可変部を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料流路及び酸化剤流路を有し、前記燃料流路に燃料が供給され、前記酸化剤流路に酸化剤が供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料流路から排出された燃料を、再び前記燃料流路に供給し、燃料を循環させる燃料循環経路と、
前記燃料循環経路に設けられたエゼクタと、
前記燃料流路又は前記エゼクタのノズルに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記エゼクタのノズルに負圧発生用の流体を圧送する流体圧送手段と、
前記エゼクタから排出された流体を回収する流体回収手段と、
を備え、前記エゼクタで発生する負圧によって、前記燃料流路から水分を排出する燃料電池システムであって、
前記流体圧送手段は、前記流体回収手段で回収された流体を前記エゼクタに圧送する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記流体回収手段は、前記エゼクタと前記燃料流路の入口との間に配置されている
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】
システムの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出する運転状態に基づいて、前記流体圧送手段を制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料供給手段は前記エゼクタのノズルに燃料を供給し、
前記燃料供給手段から燃料、又は、前記流体圧送手段から流体の前記エゼクタへの供給を切り換える切換手段を備え、
前記制御手段は、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記燃料供給手段から前記エゼクタに燃料が供給されるように、前記切換手段を制御し、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記流体圧送手段から前記エゼクタに流体が供給されるように、前記切換手段を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段の検出する運転状態に基づいて、前記可変部を制御する
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】
前記燃料供給手段から前記エゼクタに向かう燃料は気体であり、
前記流体圧送手段から前記エゼクタに向かう流体は液体であり、
前記エゼクタは、そのノズルの開口面積を可変する可変部を備え、
前記制御手段は、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が増加又は一定である場合、前記ノズルの前記開口面積が小さくなるように、前記可変部を制御し、
前記運転状態検出手段の検出する運転状態が減少している場合、前記ノズルの前記開口面積が大きくなるように、前記可変部を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２９３７７（Ｐ２０１１−１２９３７７Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６６９４（Ｐ２００９−２８６６９４）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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