特開 2023-157435 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023157435

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20231019BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20231019BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/04 J

H01M8/0438

H01M8/04746

H01M8/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022067358

(22)【出願日】2022-04-15

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 和憲

(72)【発明者】

【氏名】山形 匡史

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA58

5H127BA59

5H127BA60

5H127DB02

5H127DC03

5H127DC08

(57)【要約】

【課題】必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、ＦＣスタック１１と、ＦＣスタック１１に燃料を供給する燃料供給通路１２と、燃料供給通路１２に設けられるエゼクタ１３と、ＦＣスタック１１から排出されるオフガスをエゼクタ１３に循環させる循環通路１６と、を有し、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給する燃料電池システム１において、エゼクタ１３を介さずに燃料をＦＣスタック１１に供給するバイパス通路２１と、バイパス通路２１における燃料の流量を調整するバイパス流量調整弁２２と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給通路と、
前記燃料供給通路に設けられるエゼクタと、
前記燃料電池から排出される未使用の前記燃料を前記エゼクタに循環させる循環通路と、
を有し、
前記エゼクタを介して前記燃料供給通路から前記燃料を前記燃料電池に供給する
燃料電池システムにおいて、
前記エゼクタを介さずに前記燃料を前記燃料電池に供給するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記燃料の流量を調整するバイパス流量調整部と、
を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１の燃料電池システムにおいて、
前記エゼクタは、
前記燃料を噴射するノズルとして、
第１ノズルと、
前記第１ノズルよりも多くの流量の前記燃料を噴射可能な第２ノズルと、を
備え、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第１ノズルの使用時の最大流量である第１の流量またはその付近の流量となるまでの第１供給領域では、前記第１ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給し、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第１供給領域よりも多くなったときに、前記第２ノズルの使用時に前記エゼクタの循環効率が最大値となるときの流量である第２の流量またはその付近の流量となるまでの第２供給領域では、前記第１ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給するとともに、前記バイパス通路から前記燃料を前記燃料電池に供給し、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第２供給領域よりも多くなった第３供給領域では、前記第２ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

燃料電池と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給通路と、
前記燃料供給通路に設けられるエゼクタと、
前記燃料電池から排出される未使用の前記燃料を前記エゼクタに循環させる循環通路と、
を有し、
前記エゼクタを介して前記燃料供給通路から前記燃料を前記燃料電池に供給する
燃料電池システムにおいて、
前記エゼクタは、
前記燃料を噴射するノズルとして、
第１ノズルと、
前記第１ノズルよりも多くの流量の前記燃料を噴射可能な第２ノズルと、を
備え、
使用するノズルを前記第１ノズルから前記第２ノズルに切り替えるときに、所定時間、前記第１ノズルと前記第２ノズルの両方のノズルを使用すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池から排出される未使用の燃料であるオフガスを、燃料供給通路内に還流させるエゼクタを有する燃料電池システムが開示されている。そして、エゼクタには、噴射可能な燃料の流量が異なる複数のノズルとして、径の小さい小ノズルと、径の大きい大ノズルとが、同軸に配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３６０８５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される燃料電池システムのエゼクタにおいて、使用するノズルを小ノズルから大ノズルに切り替えるときに、エゼクタに供給される燃料の流速が低下して、燃料電池から排出されるオフガスを吸引するための負圧が大きく低下するおそれがある。そうすると、エゼクタに循環されるオフガスの流量が低下して、エゼクタを介して燃料電池へ供給される燃料の流量が少なくなって、必要な流量の燃料を燃料電池に供給できないおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、安定して必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料供給通路に設けられるエゼクタと、前記燃料電池から排出される未使用の前記燃料を前記エゼクタに循環させる循環通路と、を有し、前記エゼクタを介して前記燃料供給通路から前記燃料を前記燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、前記エゼクタを介さずに前記燃料を前記燃料電池に供給するバイパス通路と、前記バイパス通路における前記燃料の流量を調整するバイパス流量調整部と、を有すること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、エゼクタを介して燃料供給通路から燃料電池へ供給される燃料の流量が必要な流量に対して不足する場合に、エゼクタを介さずにバイパス通路から燃料電池へ燃料を供給することにより、安定して必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる。そのため、燃料電池の制御性を向上させることができる。

【0008】

上記の態様においては、前記エゼクタは、前記燃料を噴射するノズルとして、第１ノズルと、前記第１ノズルよりも多くの流量の前記燃料を噴射可能な第２ノズルと、を備え、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第１ノズルの使用時の最大流量である第１の流量またはその付近の流量となるまでの第１供給領域では、前記第１ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給し、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第１供給領域よりも多くなったときに、前記第２ノズルの使用時に前記エゼクタの循環効率が最大値となるときの流量である第２の流量またはその付近の流量となるまでの第２供給領域では、前記第１ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給するとともに、前記バイパス通路から前記燃料を前記燃料電池に供給し、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記第２供給領域よりも多くなった第３供給領域では、前記第２ノズルを使用して前記燃料を前記燃料電池に供給すること、が好ましい。

【0009】

この態様によれば、第１ノズルを使用して燃料を燃料電池に供給している状況下で、要求される燃料電池への燃料の供給流量が、第１供給領域よりも多くなったときに、第２の流量またはその付近の流量となるまでの第２供給領域では、第１ノズルを使用して燃料を燃料電池に供給することを継続したまま、バイパス通路から燃料を燃料電池に供給する。そして、このようにして、第２ノズルよりもエゼクタの循環効率が高くなる第１ノズルを継続して使用する。

【0010】

これにより、要求される燃料電池への燃料の供給流量が第１ノズル領域よりも多くなったときにすぐに第１ノズルから第２ノズルに切り替えて第２ノズルを使用して燃料を燃料電池に供給する場合と比較して、エゼクタの循環効率を向上させることができる。そのため、エゼクタへの未使用の燃料の循環流量を確保しながらエゼクタを介して燃料供給通路から燃料を燃料電池に供給するとともに、バイパス通路から燃料を燃料電池に供給するので、より確実に、安定して必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる。

【0011】

また、第１供給領域では第１ノズルを使用し、第２供給領域では第１ノズルとバイパス通路を使用し、第３供給領域では第２ノズルを使用することにより、要求される燃料電池への燃料の供給流量の全ての領域について、安定して必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる。

【0012】

上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料供給通路に設けられるエゼクタと、前記燃料電池から排出される未使用の前記燃料を前記エゼクタに循環させる循環通路と、を有し、前記エゼクタを介して前記燃料供給通路から前記燃料を前記燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、前記エゼクタは、前記燃料を噴射するノズルとして、第１ノズルと、前記第１ノズルよりも多くの流量の前記燃料を噴射可能な第２ノズルと、を備え、使用するノズルを前記第１ノズルから前記第２ノズルに切り替えるときに、所定時間、前記第１ノズルと前記第２ノズルの両方のノズルを使用すること、を特徴とする。

【0013】

この態様によれば、エゼクタにて使用するノズルを第１ノズルから第２ノズルに切り替えたときの初期の燃料の流量不足を第１ノズルで補うことができるので、エゼクタの循環効率が向上する。

【発明の効果】

【0014】

本開示の燃料電池システムによれば、必要な流量の燃料を燃料電池に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第1，２実施形態の燃料電池システムの構成図である。

【図2】第1，２実施形態のエゼクタの構成図である。

【図3】第１実施形態における要求供給流量とエゼクタの循環効率との関係図である。

【図4】第１実施形態で行われる制御の内容を示すフローチャート図である。

【図5】第１実施形態で行われる制御の一例を示すタイムチャート図である。

【図6】第２実施形態で行われる制御の内容を示すフローチャート図である。

【図7】オーバラップ制御の内容を示すフローチャート図である。

【図8】第２実施形態で行われる制御の一例を示すタイムチャート図である。

【図9】従来技術における要求供給流量とエゼクタの循環効率との関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の燃料電池システムの実施形態について説明する。

【0017】

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態について説明する。

【0018】

＜燃料電池システムの概要＞
本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、ＦＣスタック１１と、燃料供給通路１２と、エゼクタ１３と、小流量調整弁１４と、大流量調整弁１５と、循環通路１６と、減圧弁１７と、パージバルブ１８と、制御部１９などを有する。

【0019】

ＦＣスタック１１は、水素を燃料として発電を行う燃料電池である。燃料供給通路１２は、ＦＣスタック１１に燃料（例えば、水素（Ｈ_２））を供給する通路である。

【0020】

エゼクタ１３は、燃料供給通路１２に設けられている。このエゼクタ１３は、図２に示すように、ディフューザ３１と、燃料を噴射するノズルとして、小ノズル３２と、大ノズル３３を備えている。小ノズル３２は、大ノズル３３よりも径が小さく、大ノズル３３よりも少ない流量の燃料を噴射可能である。大ノズル３３は、小ノズル３２よりも径が大きく、小ノズル３２よりも多くの流量の燃料を噴射可能である。そして、小ノズル３２が大ノズル３３の内側に配置されるようにして、小ノズル３２と大ノズル３３は同軸に（すなわち、各々の中心軸が一致するようにして）配置されている。なお、小ノズル３２は本開示の「第１ノズル」の一例であり、大ノズル３３は本開示の「第２ノズル」の一例である。

【0021】

このような構成を有するエゼクタ１３は、小ノズル３２および／または大ノズル３３により燃料を噴射することにより、ディフューザ３１内に燃料を供給するとともに、ディフューザ３１内に発生する負圧により循環通路１６からオフガス（すなわち、未使用の燃料）を吸引する。そして、ディフューザ３１内に供給された燃料と循環通路１６から吸引したオフガスとを、エゼクタ１３から燃料供給通路１２を介してＦＣスタック１１に供給する。

【0022】

図１の説明に戻って、小流量調整弁１４は、小ノズル３２に供給する燃料の流量を調整する。大流量調整弁１５は、大ノズル３３に供給する燃料の流量を調整する。

【0023】

循環通路１６は、ＦＣスタック１１から排出されるオフガスをエゼクタ１３に循環させる通路である。

【0024】

減圧弁１７は、燃料タンク（不図示）から供給される高圧の燃料を減圧させる弁である。パージバルブ１８は、循環通路１６に接続しており、ＦＣスタック１１で消費できない余剰の燃料（すなわち、余剰のオフガス）を外部へ放出させるときに開弁させる弁である。

【0025】

制御部１９は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）や各種メモリ等を備え、燃料電池システム１の全体を制御するＥＣＵである。具体的には、制御部１９は、小流量調整弁１４や大流量調整弁１５や減圧弁１７やパージバルブ１８やバイパス流量調整弁２２などを制御する。

【0026】

このような構成を有する燃料電池システム１は、燃料タンクから供給される高圧の燃料を減圧弁１７にて減圧した後、小流量調整弁１４や大流量調整弁１５により燃料の流量を調整して燃料をエゼクタ１３に供給し、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に燃料を供給する。なお、図１に示すバイパス通路２１とバイパス流量調整弁２２については、後述する。

【0027】

＜バイパス通路について＞
従来、図９に示すように、要求されるＦＣスタック１１への燃料の供給流量である要求供給流量Ｑが、０から徐々に増加して、小ノズル３２の使用時の最大流量である第１の流量ｔｈ１になるまでは、小ノズル領域として小ノズル３２を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に燃料を供給していた。そして、その後、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１よりも多くなると、大ノズル領域として大ノズル３３を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に燃料を供給していた。このようにして、従来は、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１よりも多くなると、エゼクタ１３で使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えていた。

【0028】

しかしながら、エゼクタ１３の循環効率は、図９に示すように、小ノズル３２を使用するときよりも、大ノズル３３を使用するときのほうが大きく低下する。そのため、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１よりも多くなったときに、エゼクタ１３で使用するノズルをすぐに小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えると、エゼクタ１３の循環効率が大きく低下してしまう。したがって、エゼクタ１３へのオフガスの循環流量が大きく低下するので、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に供給される燃料の流量が少なくなって、必要な流量の燃料をＦＣスタック１１に供給できないおそれがある。

【0029】

ここで、エゼクタ１３の循環効率とは、ＦＣスタック１１への燃料の供給流量に対する、エゼクタ１３へのオフガスの循環流量の割合であり、以下の数式で示される。
［数１］
（エゼクタ１３の循環効率）＝（エゼクタ１３へのオフガスの循環流量）／（ＦＣスタック１１への燃料の供給流量）

【0030】

なお、例えば、小ノズル３２と大ノズル３３を同時に使用すると、大ノズル３３による流れが小ノズル３２の負圧を打ち消してしまうので、図９に点線で示すように、エゼクタ１３の循環効率は低下してしまう。

【0031】

これに対し、本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、バイパス通路２１とバイパス流量調整弁２２を有する。ここで、バイパス通路２１は、減圧弁１７とＦＣスタック１１との間でエゼクタ１３や小流量調整弁１４や大流量調整弁１５を迂回するようにして、燃料供給通路１２とは別に設けられており、エゼクタ１３を介さずにＦＣスタック１１に燃料を供給する通路である。また、バイパス流量調整弁２２は、バイパス通路２１における燃料の流量を調整する弁である。なお、バイパス流量調整弁２２は、本開示の「バイパス流量調整部」の一例である。

【0032】

そして、本実施形態では、図３に示すように、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１よりも多くなったときに、小ノズル３２の使用を継続するとともに、バイパス通路２１も使用する。すなわち、要求供給流量Ｑが、０から増加して、小ノズル領域よりも多くなったときに、第２の流量ｔｈ２となるまでの中間領域である小ノズル＋バイパス通路領域では、制御部１９は、小ノズル３２を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給することを継続するとともに、バイパス通路２１から燃料をＦＣスタック１１に供給するように制御する。なお、小ノズル領域は本開示の「第１供給領域」の一例であり、小ノズル＋バイパス通路領域は本開示の「第２供給領域」の一例である。

【0033】

ここで、第２の流量ｔｈ２は、大ノズル３３を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給するときに、エゼクタ１３の循環効率が最大値η２となるときのＦＣスタック１１への燃料の供給流量である。また、図３において、値η１は、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１であるときのエゼクタ１３の循環効率の値である。

【0034】

このようにして、要求供給流量Ｑが小ノズル領域よりも多くなったときに小ノズル＋バイパス通路領域にて小ノズル３２とバイパス通路２１を使用することにより、要求供給流量Ｑが小ノズル領域よりも多くなったときにすぐにエゼクタ１３で使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替える従来技術と比較して、エゼクタ１３の循環効率を向上させることができる。

【0035】

すなわち、本実施形態では、要求供給流量Ｑが小ノズル領域よりも多くなったときに、エゼクタ１３で使用するノズルを小ノズル３２のまま継続して燃料をＦＣスタック１１に供給するとともに、ＦＣスタック１１に供給する燃料をバイパス通路２１からも補う。そのため、エゼクタ１３の循環効率が高い小ノズル３２の使用が継続されるので、エゼクタ１３の循環効率の低下が抑制される。したがって、エゼクタ１３へのオフガスの循環流量が低下することが抑制されるので、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に供給される燃料の流量が維持されるとともに、ＦＣスタック１１に供給する燃料をバイパス通路２１からも補うので、安定して必要な流量の燃料をＦＣスタック１１に供給できる。

【0036】

なお、小ノズル＋バイパス通路領域におけるエゼクタ１３の循環効率ηＸは、以下の数式のように表すことができる。なお、ｔｈＸは、バイパス通路２１における燃料の供給流量である。
［数２］
ηＸ＝η１×ｔｈ１／（ｔｈ１＋ｔｈＸ）

【0037】

本実施形態では、具体的には、制御部１９は、図４に示す内容の制御を行う。図４に示すように、制御部１９は、まず、要求供給流量Ｑが小ノズル領域であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

【0038】

そして、要求供給流量Ｑが小ノズル領域である場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、制御部１９は、小ノズル３２のみを使用する（ステップＳ２）。このようにして、要求供給流量Ｑが、小ノズル３２の使用時の最大流量である第１の流量ｔｈ１となるまでの小ノズル領域では、制御部１９は、小流量調整弁１４により小ノズル３２へ供給する燃料の流量を調整しながら小ノズル３２を使用して、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0039】

一方、要求供給流量Ｑが小ノズル領域でない場合（ステップＳ１：ＮＯ）には、制御部１９は、要求供給流量Ｑが大ノズル領域であるか否かを判断する（ステップＳ３）。なお、大ノズル領域は、本開示の「第３供給領域」の一例である。

【0040】

そして、要求供給流量Ｑが大ノズル領域である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）には、制御部１９は、大ノズル３３のみを使用する（ステップＳ４）。このようにして、要求供給流量Ｑが、小ノズル＋バイパス通路領域よりも多くなった大ノズル領域では、制御部１９は、大流量調整弁１５により大ノズル３３へ供給する燃料の流量を調整しながら大ノズル３３を使用して、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0041】

一方、要求供給流量Ｑが大ノズル領域でない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、すなわち、第１の流量ｔｈ１よりも多くかつ第２の流量ｔｈ２未満である小ノズル＋バイパス通路領域である場合には、制御部１９は、小ノズル３２とバイパス通路２１を使用する（ステップＳ５）。このようにして、要求供給流量Ｑが小ノズル＋バイパス通路領域では、制御部１９は、小流量調整弁１４により小ノズル３２へ供給する燃料の流量を調整しながら小ノズル３２を使用して、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給するとともに、バイパス流量調整弁２２によりバイパス通路２１における燃料の流量を調整しながらバイパス通路２１を使用して、エゼクタ１３を介さずにバイパス通路２１から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0042】

このような図４に示す制御を行うことにより、例えば、図５のタイムチャートに示されるような制御の一例が行われる。図５に示すように、要求供給流量Ｑが０（時間Ｔ０）から増加して第１の流量ｔｈ１に達する（時間Ｔ１）までは、小ノズル領域として、小ノズル３２のみが使用される。

【0043】

その後、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１から増加して第２の流量ｔｈ２に達する（時間Ｔ２）までは、小ノズル＋バイパス通路領域として、小ノズル３２とバイパス通路２１が使用される。

【0044】

さらに、その後、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２から増加すると（時間Ｔ２以降）、大ノズル領域として、大ノズル３３が使用される。

【0045】

＜本実施形態の作用効果＞
以上のように、本実施形態の燃料電池システム１は、エゼクタ１３を介さずにＦＣスタック１１に燃料を供給するバイパス通路２１と、バイパス通路２１における燃料の流量を調整するバイパス流量調整弁２２と、を有する。

【0046】

これにより、エゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１へ供給される燃料の流量が必要な流量に対して不足する場合に、エゼクタ１３を介さずにバイパス通路２１からＦＣスタック１１へ燃料を供給することにより、安定して必要な流量の燃料をＦＣスタック１１に供給できる。そのため、ＦＣスタック１１の制御性を向上させることができる。

【0047】

そして、制御部１９は、要求供給流量Ｑが、第１の流量ｔｈ１となるまでの小ノズル領域では、小ノズル３２を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0048】

また、制御部１９は、要求供給流量Ｑが、小ノズル領域よりも多くなったときに、第２の流量ｔｈ２となるまでの中間領域である小ノズル＋バイパス通路領域では、小ノズル３２を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給するとともに、バイパス通路２１から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0049】

さらに、制御部１９は、要求供給流量Ｑが、小ノズル＋バイパス通路領域よりも多くなった大ノズル領域では、大ノズル３３を使用してエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２からＦＣスタック１１に燃料を供給する。

【0050】

このようにして、小ノズル３２を使用して燃料をＦＣスタック１１に供給している状況下で、要求されるＦＣスタック１１への燃料の供給流量が、小ノズル領域よりも多くなったときに、第２の流量ｔｈ２となるまでの小ノズル＋バイパス通路領域では、小ノズル３２を使用して燃料をＦＣスタック１１に供給することを継続したまま、バイパス通路２１から燃料をＦＣスタック１１に供給する。そして、このようにして、大ノズル３３よりもエゼクタ１３の循環効率が高くなる小ノズル３２を継続して使用する。

【0051】

これにより、要求供給流量Ｑが小ノズル領域よりも多くなったときにすぐに小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えて大ノズル３３を使用して燃料をＦＣスタック１１に供給する場合と比較して、エゼクタ１３の循環効率を向上させることができる。そのため、エゼクタ１３へのオフガスの循環流量を確保しながらエゼクタ１３を介して燃料供給通路１２から燃料をＦＣスタック１１に供給するとともに、バイパス通路２１から燃料をＦＣスタック１１に供給するので、より確実に、安定して必要な流量の燃料をＦＣスタック１１に供給できる。

【0052】

また、小ノズル領域では小ノズル３２を使用し、小ノズル＋バイパス通路領域では小ノズル３２とバイパス通路２１を使用し、大ノズル領域では大ノズル３３を使用することにより、要求されるＦＣスタック１１への燃料の供給流量の全ての領域について、安定して必要な流量の燃料をＦＣスタック１１に供給できる。

【0053】

また、小ノズル領域は、第１の流量ｔｈ１付近となるまでの領域であるとしてもよい。また、小ノズル＋バイパス通路領域は、第２の流量ｔｈ２付近となるまでの領域であるとしてもよい。

【0054】

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、第１実施形態と異なる点を説明する。

【0055】

本実施形態では、エゼクタ１３にて使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えるときに、所定時間Δｔ、小ノズル３２と大ノズル３３の両方のノズルを使用する。ここで、所定時間Δｔは、小ノズル３２の噴射実行（使用時）から噴射停止（不使用時）までの応答性と、大ノズル３３の噴射停止（不使用時）から噴射実行（使用時）までの応答性とを考慮して求めた時間とする。

【0056】

これにより、エゼクタ１３にて使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えたときの初期の燃料の流量不足を小ノズル３２で補うことができるので、エゼクタ１３の循環効率が向上する。

【0057】

具体的には、制御部１９は、図６に示す内容の制御を行う。図６に示すように、まず、制御部１９は、要求供給流量Ｑが大ノズル領域であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

【0058】

そして、要求供給流量Ｑが大ノズル領域である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、制御部１９は、要求供給流量Ｑの前回値が小ノズル領域であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。なお、「要求供給流量Ｑの前回値」とは、前回図６に示す制御処理を行ったときの要求供給流量Ｑの値である。

【0059】

そして、要求供給流量Ｑの前回値が小ノズル領域である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、制御部１９は、オーバラップ制御を実行する（ステップＳ１０３）。ここで、「オーバラップ制御」とは、小ノズル３２と大ノズル３３の両方のノズルを使用する制御である。

【0060】

一方、要求供給流量Ｑの前回値が小ノズル領域でない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、制御部１９は、大ノズル通常制御を実行する（ステップＳ１０４）。ここで、「大ノズル通常制御」とは、大ノズル３３のみ使用する制御である。

【0061】

また、ステップＳ１０１において要求供給流量Ｑが大ノズル領域でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、制御部１９は、小ノズル通常制御を実行する（ステップＳ１０４）。ここで、「小ノズル通常制御」とは、小ノズル３２のみ使用する制御である。

【0062】

また、オーバラップ制御は、図７に示すようにして行われる。図７に示すように、制御部１９は、オーバラップ制御を実行中か否かを判断する（ステップＳ２０１）。

【0063】

そして、オーバラップ制御を実行中である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）には、制御部１９は、大ノズル応答遅れ（大ノズル３３の噴射停止（不使用時）から噴射実行（使用時）までの応答遅れ）を計算し（ステップＳ２０２）、小ノズル応答遅れ（小ノズル３２の噴射実行（使用時）から噴射停止（不使用時）までの応答遅れ）を計算し（ステップＳ２０３）、大ノズル応答遅れと小ノズル応答遅れとの差である応答遅れ時間差に相当する所定時間Δｔを計算する（ステップＳ２０４）。次に、制御部１９は、小流量調整弁１４をオフにするタイミングを所定時間Δｔだけ遅延させる（ステップＳ２０５）。これにより、エゼクタ１３にて使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えるときに、所定時間Δｔ、小ノズル３２と大ノズル３３の両方のノズルを使用する。

【0064】

このような図６と図７に示す制御を行うことにより、例えば、図８のタイムチャートに示されるような制御の一例が行われる。図８に示すように、要求供給流量Ｑ（ＦＣ要求電流）が閾値に達して、エゼクタ１３にて使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えるとき（時間Ｔ１１）において、その後、図中破線で示すように小ノズル３２の使用を継続し、所定時間Δｔ、小ノズル３２と大ノズル３３の両方のノズルが使用される。これにより、従来は流量不足であった時間Ｔ１１からＴ１２の間において、燃料の供給流量を確保できる。なお、図８において、「小ノズル中間圧」とは小流量調整弁１４と小ノズル３２との間の位置での圧力であり、「大ノズル中間圧」とは大流量調整弁１５と大ノズル３３との間の位置での圧力であり、「出口圧」とはエゼクタ１３の出口の圧力である。

【0065】

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0066】

１ 燃料電池システム
１１ ＦＣスタック
１２ 燃料供給通路
１３ エゼクタ
１６ 循環通路
１９ 制御部
２１ バイパス通路
２２ バイパス流量調整弁
３２ 小ノズル
３３ 大ノズル
Ｑ 要求供給流量
ｔｈ１ 第１の流量
ｔｈ２ 第２の流量
Δｔ 所定時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】