特開 2023-157436 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】P2023157436

(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 J

H01M8/04 Z

H01M8/0438

H01M8/04 N

H01M8/04746

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022067361

(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】安藤 広和

(72)【発明者】

【氏名】藤田 祐輝

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA58

5H127BA59

5H127BA60

5H127DB02

5H127DC02

5H127DC08

(57)【要約】

【課題】エゼクタの循環効率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】本開示の一態様は、燃料電池システム１において、要求供給流量Ｑが、大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動した場合にエゼクタ１３の循環効率が最大値η２となる第２の流量（ｔｈ２）未満であるときには、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動し、要求供給流量Ｑが、第２の流量（ｔｈ２）以上であるときには、大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動する。
【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、
前記エゼクタに前記燃料を供給する燃料供給部と、
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、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記燃料供給部を比例制御で駆動した場合に前記エゼクタの循環効率が最大値となる最大循環効率時の流量未満であるときには、前記燃料供給部をパルス制御で駆動し、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量以上であるときには、前記燃料供給部を比例制御で駆動すること、
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、
前記燃料供給部として、
前記第１ノズルに前記燃料を供給する第１燃料供給部と、
前記第２ノズルに前記燃料を供給する第２燃料供給部と、
を有し、
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供給領域よりも多い第２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ものであって、
前記第２供給領域では、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量未満であるときには、前記第２燃料供給部をパルス制御で駆動し、
要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量以上であるときには、前記第２燃料供給部を比例制御で駆動すること、
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（水素供給ライン）内に還流させるエゼクタ（ジェットポンプ）を有する燃料電池システムが開示されている。そして、特許文献１に開示される燃料電池システムでは、燃料電池内の圧力が所定圧力未満の場合にはパルス制御で燃料供給装置（ソレノイドバルブ）の駆動を行い、燃料電池内の圧力が所定圧力以上の場合には比例制御で燃料供給装置の駆動を行っている。そして、これにより、燃料電池への燃料の供給流量が少ない燃料電池システムの低出力運転時におけるエゼクタの循環効率（再循環ガス吸入性能）を向上させようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２５５４２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、特許文献１に開示される燃料電池システムでは、燃料供給装置の駆動方式をパルス制御と比例制御に切り替えるタイミングを、燃料電池内の圧力により規定している。しかしながら、燃料電池内の圧力に対する燃料電池への燃料の供給流量は一定ではないので、燃料電池への燃料の供給流量が少ない燃料電池システムの低出力運転時におけるエゼクタの循環効率を向上させることが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、エゼクタの循環効率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、前記エゼクタに前記燃料を供給する燃料供給部と、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、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記燃料供給部を比例制御で駆動した場合に前記エゼクタの循環効率が最大値となる最大循環効率時の流量未満であるときには、前記燃料供給部をパルス制御で駆動し、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量以上であるときには、前記燃料供給部を比例制御で駆動すること、を特徴とする。

【0007】

ここで、要求される燃料電池への燃料の供給流量が少ないときには、燃料供給部からエゼクタへの供給流量が少なく、エゼクタ内の燃料の流速が低くなり易いので、エゼクタの循環効率が低くなる傾向にある。なお、エゼクタの循環効率とは、エゼクタへのオフガス（燃料電池にて未使用の燃料）の循環性能である。

【0008】

そこで、上記の態様によれば、要求される燃料電池への燃料の供給流量が最大循環効率時の流量以下のように少ないときに、燃料供給部をパルス制御で駆動することにより、燃料供給部からエゼクタに燃料を間欠的に供給して、エゼクタに供給される燃料の流速を上げることができる。そして、これにより、エゼクタへのオフガスの循環流量を増やすことができるので、エゼクタの循環効率を向上させることができる。

【0009】

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、前記燃料供給部として、前記第1ノズルに前記燃料を供給する第１燃料供給部と、前記第２ノズルに前記燃料を供給する第２燃料供給部と、を有し、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供給領域よりも多い第２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ものであって、前記第２供給領域では、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量未満であるときには、前記第２燃料供給部をパルス制御で駆動し、要求される前記燃料電池への前記燃料の供給流量が、前記最大循環効率時の流量以上であるときには、前記第２燃料供給部を比例制御で駆動すること、が好ましい。

【0010】

この態様によれば、要求される燃料電池への燃料の供給流量が増えて第１供給領域から第２供給領域になって、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に、その後の一定時間にて、第２燃料供給部をパルス制御で駆動することになる。そして、第２燃料供給部をパルス制御で駆動することにより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後の一定時間にて、第１ノズルから第２ノズルに切り替えることにより生じるエゼクタ内の燃料の流速の低下によるエゼクタの循環効率の低下を抑制できる。

【0011】

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。

【0012】

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】

【0013】

本開示の燃料電池システムによれば、エゼクタの循環効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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】デューティ比の求め方を示すフローチャート図である。

【図6】大流量リニアソレノイド弁の開度（ＬＶＳ開度）と要求供給流量の相関図である。

【図7】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8】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9】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10】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11】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】

【0015】

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。

【0016】

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態について説明する。

【0017】

＜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、大流量リニアソレノイド弁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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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内に発生する吸引圧により循環通路１６からオフガス（すなわち、ＦＣスタック１１から排出される未使用の燃料）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。

【0021】

図１の説明に戻って、小流量調整弁１４は、エゼクタ１３に備わる小ノズル３２に燃料を供給する燃料供給部であって、小ノズル３２に供給する燃料の流量を調整する。大流量リニアソレノイド弁１５は、エゼクタ１３に備わる大ノズル３３に燃料を供給する燃料供給部であって、エゼクタ１３に備わる大ノズル３３に供給する燃料の流量を調整する。なお、小流量調整弁１４は本開示の「第１燃料供給部」の一例であり、大流量リニアソレノイド弁１５は本開示の「第２燃料供給部」の一例である。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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や大流量リニアソレノイド弁１５や減圧弁１７やパージバルブ１８などを制御する。

【0025】

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や大流量リニアソレノイド弁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から燃料をＦＣスタック１１に供給する。

【0026】

＜大ノズル領域における制御について＞
従来、図１１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よりも多くなり、エゼクタ１３への燃料の供給流量が多くなると、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。

【0027】

しかしながら、エゼクタ１３の循環効率は、図１１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、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。

【0028】

ここで、エゼクタ１３の循環効率とは、エゼクタ１３へのオフガスの循環性能を表すものであって、ＦＣスタック１１への燃料の供給流量（すなわち、エゼクタ１３からの燃料の排出流量）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）

【0029】

本実施形態では、制御部１９は、図３に示すように、大ノズル領域において、大流量リニアソレノイド弁１５の駆動方式をパルス制御とリニア制御に切り替える。具体的には、制御部１９は、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２未満であるときには大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御（すなわち、デューティ比制御）で駆動し、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２以上であるときには大流量リニアソレノイド弁１５をリニア（すなわち、比例制御）で駆動する。

【0030】

すなわち、要求供給流量Ｑが増加して小ノズル領域から大ノズル領域になったときに、エゼクタ１３で使用するノズルを小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えるが、制御部１９は、第２の流量ｔｈ２となるまでは大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動させ、その後、大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動させる。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、大ノズル領域は本開示の「第２供給領域」の一例である。

【0031】

ここで、第２の流量ｔｈ２は、大ノズル３３を使用するときに、大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動した場合において、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。なお、第２の流量ｔｈ２は、本開示の「最大循環効率時の流量」の一例である。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。

【0032】

このようにして、要求供給流量Ｑが小ノズル領域から大ノズル領域になって、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に切り替えたときに、その後の一定時間にて、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動させる。そして、このようにして大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動させることにより、エゼクタ１３内において、燃料が間欠的に供給されて燃料の流速が上がるので、オフガスの吸引圧が大きくなる。そのため、エゼクタ１３へのオフガスの循環流量が多くなるので、エゼクタ１３の循環効率を向上させることができる。したがって、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に切り替えた後の一定時間にて、小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えることにより生じるエゼクタ１３内の燃料の流速の低下を抑制して、エゼクタ１３の循環効率の低下を抑制することができる。

【0033】

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（すなわち、Ｑ＜ｔｈ１）であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

【0034】

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またはその付近の流量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。

【0035】

また、要求供給流量Ｑが小ノズル領域よりも多い大ノズル領域では、制御部１９は、大流量リニアソレノイド弁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流量リニアソレノイド弁１５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。

【0036】

具体的には、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が第２の流量ｔｈ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

【0037】

そして、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２以上である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）には、制御部１９は、大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動する（ステップＳ４）。

【0038】

一方、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２未満である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、すなわち、第１の流量ｔｈ１以上、かつ、第２の流量ｔｈ２未満である場合には、制御部１９は、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動する（ステップＳ５）。

【0039】

ここで、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動するときのデューティ比ａは、図５に示すように求める。図５に示すように、制御部１９は、要求供給流量Ｑを求めて（ステップＳ１０１）、第２の流量ｔｈ２を求める（ステップＳ１０２）。次に、制御部１９は、図６に示す相関図をもとに、第２の流量ｔｈ２を実現する大流量リニアソレノイド弁１５の開度ｏｐｎ＿２を求める（ステップＳ１０３）。次に、制御部１９は、Ｑ＝ｔｈ２×ａを満たすデューティ比ａを求める（ステップＳ１０４）。

【0040】

このような図４～図６に示す制御を行うことにより、例えば、図７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７に示すように、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２以上であるとき（時間Ｔ０～時間Ｔ２）は、大流量リニアソレノイド弁１５はリニア制御で駆動する。

【0041】

また、要求供給流量Ｑが流量ｔｈ２×ａ（ａは、０よりも大きく、かつ、１未満の数）であるとき、すなわち、第１の流量ｔｈ１より多く、かつ、第２の流量ｔｈ２未満であるとき（時間Ｔ２～時間Ｔ３）は、大流量リニアソレノイド弁１５はデューティ比がａのパルス制御で駆動する。

【0042】

また、要求供給流量Ｑが第１の流量ｔｈ１であるとき（時間Ｔ３以降）は、大流量リニアソレノイド弁１５はデューティ比が（ｔｈ１／ｔｈ２）のパルス制御で駆動する。

【0043】

＜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、制御部１９は、大ノズル領域では、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２以下であるときには大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動し、要求供給流量Ｑが第２の流量ｔｈ２よりも多いときには大流量リニアソレノイド弁１５をリニア制御で駆動する。

【0044】

このようにして、要求供給流量Ｑが小ノズル領域から大ノズル領域になって、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に切り替えたときに、その後の一定時間にて、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動する。そして、大流量リニアソレノイド弁１５をパルス制御で駆動することにより、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に切り替えた後の一定時間にて、小ノズル３２から大ノズル３３に切り替えることにより生じるエゼクタ１３内の燃料の流速の低下を抑制して、エゼクタ１３の循環効率の低下を抑制することができる。

【0045】

〔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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

具体的には、制御部１９は、図８に示す内容の制御を行う。図８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Ｓ２０１）。

【0049】

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Ｓ２０１：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Ｓ２０２）。なお、「要求供給流量Ｑの前回値」とは、前回図８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。

【0050】

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Ｓ２０２：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Ｓ２０３）。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。

【0051】

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Ｓ２０２：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Ｓ２０４）。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。

【0052】

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Ｓ２０１：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Ｓ２０４）。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。

【0053】

また、オーバラップ制御は、図９に示すようにして行われる。図９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Ｓ３０１）。

【0054】

そして、オーバラップ制御を実行中である場合（ステップＳ３０１：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Ｓ３０２）、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Ｓ３０３）、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Ｓ３０４）。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Ｓ３０５）。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。

【0055】

このような図８と図９に示す制御を行うことにより、例えば、図１０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１０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１０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」とは大流量リニアソレノイド弁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。

【0056】

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】

【0057】

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
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】

【図10】

【図11】