具体实施方式

在本公开中，提供一种燃料电池系统，其特征在于，具有：

燃料电池组；

喷出器；

喷射器集合部，其包括第1喷射器和第2喷射器，上述第1喷射器向上述喷出器供给燃料气体，上述第2喷射器与该第1喷射器并列配置，向上述喷出器供给上述燃料气体，且该燃料气体的喷射量小于上述第1喷射器；

第3喷射器，其向上述燃料电池组的各燃料极供给上述燃料气体；

燃料气体供给部，其向上述第1喷射器、上述第2喷射器、以及上述第3喷射器供给上述燃料气体；

第1供给流路，其依次连接上述燃料气体供给部、上述喷射器集合部、上述喷出器以及上述燃料电池组；

第2供给流路，其在上述第1供给流路的上述燃料气体供给部与上述喷射器集合部之间的区域分支，绕过上述喷射器集合部和上述喷出器而在该喷出器的下游位置与该第1供给流路合流，使得能够从上述第3喷射器向上述燃料电池组的各燃料极供给上述燃料气体；

循环流路，其回收从上述燃料电池组的各燃料极排出的燃料废气，并使该燃料废气作为循环气体向上述喷出器返回；

温度检测部，其检测上述燃料电池组的温度；以及

控制部，

上述喷出器将包含上述燃料气体和上述循环气体的混合气体向上述燃料电池组的各燃料极供给，

在上述温度检测部检测到的上述燃料电池组的温度超过规定的阈值的情况下，上述控制部进行控制而使得从上述第1喷射器切换为上述第2喷射器来向上述喷出器供给上述燃料气体，并且从上述第3喷射器向上述燃料电池组的各燃料极供给上述燃料气体。

根据本公开，在具有燃料气体喷射量不同的多个喷射器并具备循环路径的燃料电池系统中，在高温运转时，从第2供给流路(喷出器旁通流路)向电池组供给燃料气体，并且从燃料气体喷射量较小的第2喷射器向喷出器供给燃料气体，从而能够减少循环气体流量、即减少来自电池组的带走水蒸气量。

根据本公开，在高温运转时，通过一并使用喷出器和喷出器旁通流路，由此来自喷出器旁通流路的燃料气体欲向喷出器的循环气体喷射口侧逆流的力发挥作用，因此能够使循环流量减少。

在高温运转时，若不使用喷出器旁通流路，而使燃料气体向喷出器的供给流量降低，并且使循环气体流量降低，则有可能因阳极过电压的增加而电池组的性能降低。

另一方面，通过使用喷出器旁通流路，能够提高燃料气体向电池组的供给流量，并且能够使循环气体向电池组的供给流量降低。

作为高温运转，在搭载了本公开的燃料电池系统的车辆中，例如假定为与油耗相比更重视确保输出的上坡行驶、和一边牵引其他车辆一边行驶的情况等。

图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。

图1所示的燃料电池系统100具备燃料电池组11、温度检测部12、第1供给流路13、循环流路14、第2供给流路15、并列地包括第1喷射器21和第2喷射器22的喷射器集合部20、第3喷射器23、喷出器24、燃料气体供给部30、氧化剂气体供给部40、氧化剂气体供给流路41、氧化剂气体排出流路42以及控制部50。

温度检测部12、第1喷射器21、第2喷射器22以及第3喷射器23分别与控制部50电连接，控制部50取得由温度检测部12检测到的燃料电池组11的温度，控制部50基于该温度来控制第1喷射器21、第2喷射器22以及第3喷射器23。

本公开的燃料电池系统至少具备燃料电池组、温度检测部、第1供给流路、循环流路、第2供给流路、并列地包括第1喷射器和第2喷射器的喷射器集合部、第3喷射器、喷出器、燃料气体供给部以及控制部，通常还具备氧化剂气体供给部、氧化剂气体供给流路、氧化剂气体排出流路、冷却水供给部以及冷却水循环流路等。

本公开的燃料电池系统通常被搭载于将驱动源作为电动机(马达)的燃料电池车辆来使用。

并不特别地限定电动机，也可以是以往公知的马达。

燃料电池组也可以向电动机供给电力。

燃料电池组通过层叠多个燃料电池的单电池而构成。

并不特别地限定单电池的层叠数，例如，可以是2个～数百个，也可以是2～200个。

燃料电池组也可以在单电池的层叠方向的两端具备端板。

燃料电池的单电池至少具备包括氧化剂极、电解质膜以及燃料极的膜电极接合体，也可以根据需要而具备夹持该膜电极接合体的两面的两片隔离件。

隔离件也可以在同气体扩散层接触的面具有反应气体流路。另外，隔离件也可以在与同气体扩散层接触的面相反的一侧的面具有用于将燃料电池组的温度保持恒定的冷却水流路。

隔离件也可以具有用于使反应气体和冷却水向单电池的层叠方向流通的供给孔和排出孔。

供给孔能够举出燃料气体供给孔、氧化剂气体供给孔、以及冷却水供给孔等。

排出孔能够举出燃料气体排出孔、氧化剂气体排出孔、以及冷却水排出孔等。

隔离件也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如也可以是将碳压缩而成为不透气的致密质碳、以及冲压成型的金属(例如，铁、铝、以及不锈钢等)板等。另外，隔离件也可以具备集电功能。

燃料电池组也可以具有各供给孔连通的入口岐管、以及各排出孔连通的出口岐管等岐管。

入口岐管能够举出阳极入口岐管、阴极入口岐管、以及冷却水入口岐管等。

出口岐管能够举出阳极出口岐管、阴极出口岐管、以及冷却水出口岐管等。

氧化剂极包括氧化剂极催化剂层和气体扩散层。

燃料极包括燃料极催化剂层和气体扩散层。

氧化剂极催化剂层和燃料极催化剂层例如也可以具备促进电化学反应的催化剂金属、具有质子传导性的电解质、以及具有电子传导性的碳粒子等。

作为催化剂金属，例如，能够使用白金(Pt)、和由Pt与其他金属构成的合金(例如混合了钴、和镍等的Pt合金)等。

作为电解质，也可以是氟类树脂等。作为氟类树脂，例如，也可以使用全氟磺酸树脂溶液等。

上述催化剂金属担载于碳粒子上，在各催化剂层，担载有催化剂金属的碳粒子(催化剂粒子)与电解质也可以混合存在。

用于担载催化剂金属的碳粒子(担载用碳粒子)例如也可以使用对一般出售的碳粒子(碳粉末)进行加热处理而提高了自身的疏水性的疏水化碳粒子等。

气体扩散层也可以是具有透气性的导电性部件等。

作为导电性部件，例如，能够举出碳布及碳纸等碳多孔质体、和金属网及发泡金属等金属多孔质体等。

电解质膜也可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如能够举出含有水分的全氟磺酸的薄膜等的氟类电解质膜、和烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如也可以是全氟磺酸膜(杜邦公司制)等。

温度检测部检测燃料电池组的温度。燃料电池组的温度也可以是在燃料电池组的内外循环的冷却水的温度。另外，燃料电池组的温度可以是在燃料电池组的冷却水入口附近流动的冷却水的温度，也可以是在燃料电池组的冷却水出口附近流动的冷却水的温度。

作为温度检测部，并不特别地限定，能够举出温度传感器等。

第1供给流路依次连接燃料气体供给部、喷射器集合部、喷出器以及燃料电池组。

第1供给流路连接燃料气体供给部与喷射器集合部，使得能够从燃料气体供给部向喷射器集合部中的第1喷射器和第2喷射器的供给燃料气体。另外，第1供给流路连接喷射器集合部与喷出器，使得能够从喷射器集合部向喷出器供给燃料气体。并且，第1供给流路连接喷出器与燃料电池组的燃料系统气体入口(阳极入口岐管等)，使得能够从喷出器向燃料电池组的各燃料极供给混合气体。此外，燃料系统气体是指包括燃料气体、以及包含燃料气体和循环气体在内的混合气体的概念。

第2供给流路在第1供给流路的燃料气体供给部的下游位置、即第1供给流路的燃料气体供给部与喷射器集合部之间的区域分支，绕过喷射器集合部和喷出器而在喷出器的下游位置与该第1供给流路合流，使得能够从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极供给燃料气体。因此，第2供给流路连接燃料气体供给部与第3喷射器，使得能够从燃料气体供给部向第3喷射器供给燃料气体。

第2供给流路是绕过喷出器而能够直接向燃料电池组供给燃料气体的喷出器旁通流路。

循环流路连接燃料电池组的燃料废气排出口(阳极出口岐管等)与喷出器，回收从燃料电池组的各燃料极排出的燃料废气，能够使燃料废气作为循环气体而向喷出器返回。

燃料废气主要包括在燃料极未发生反应而通过的燃料气体、和在氧化剂极生成的生成水到达燃料极的水分。

也可以在循环流路设置有用于除去在循环流路内燃料废气中的水蒸气变冷而产生的结露水的气液分离器。而且，也可以具备通过气液分离器从循环流路分支的排水流路，并在该排水流路上具备排水阀。

在气液分离器，也可以通过设置于从循环流路分支的排水流路的排水阀的开启来排出所除去的结露水。

另外，也可以在循环流路设置有用于将循环气体向喷出器高效地供给的循环泵。

喷出器将包括燃料气体和循环气体在内的混合气体向燃料电池组的各燃料极供给。作为喷出器，能够采用以往公知的喷出器。

喷射器集合部并列地具有第1喷射器和第2喷射器。

第1喷射器向喷出器供给燃料气体。

第2喷射器与第1喷射器并列配置，向喷出器供给燃料气体，并且燃料气体的喷射量比第1喷射器小。

第2喷射器的燃料气体的喷射量只要小于第1喷射器，则不特别地限定。

也可以构成为：喷射器集合部中的各喷射器与控制部电连接，通过来自控制部的信号而使得喷射器集合部中的任意一个喷射器能够单独地使用。另外，为了切换喷射器集合部中所使用的喷射器，也可以在喷射器集合部内配置喷射器的切换阀。也可以构成为：切换阀与控制部电连接，通过来自控制部的信号来控制切换阀，由此切换所使用的喷射器。

第3喷射器与喷射器集合部分开而配置于第2供给流路上，直接向燃料电池组的各燃料极供给燃料气体。

并不特别地限定第3喷射器的燃料气体的喷射量，但也可以比第1喷射器小。另外，第3喷射器的燃料气体的喷射量可以大于第2喷射器的燃料气体的喷射量，可以小于第2喷射器的燃料气体的喷射量，也可以与第2喷射器的燃料气体的喷射量相同。从减小循环流量的观点出发，第3喷射器的燃料气体的喷射量可以大于第2喷射器的燃料气体的喷射量。

通常情况下，第2供给流路在第1供给流路的喷出器下游位置与第1供给流路合流，并且电池组的燃料系统气体入口(阳极入口岐管等)附近的压损大于第1供给流路的压损，因此从第3喷射器向燃料电池组供给的燃料气体的一部分在第1供给流路中逆流，从而抑制混合气体从喷出器向燃料电池组的供给。由此，能够使循环气体的流量减少，从而能够减少由从燃料电池组排出的阳极废气所带走的水蒸气量。

另外，通过将与第1喷射器相比燃料气体的喷射量较小的第2喷射器与第3喷射器一起使用，能够抑制阳极过电压的增加，从而能够抑制电池组的性能的降低。

也可以构成为：第3喷射器与控制部电连接，通过控制部能够控制第3喷射器的启动开关的接通、断开。

燃料气体供给部向第1喷射器、第2喷射器以及第3喷射器供给燃料气体。

燃料气体是主要含有氢的气体，例如也可以是氢气。

作为燃料气体供给部，例如能够举出燃料罐等，具体而言能够举出液体氢罐和压缩氢罐等。

也可以构成为：燃料气体供给部与控制部电连接，通过来自控制部的信号，燃料气体供给部能够控制供给燃料气体的喷射器。另外，也可以在第2供给流路的第3喷射器的上游位置配置控制燃料气体向第3喷射器的供给的控制阀。也可以构成为：控制阀与控制部电连接，通过来自控制部的信号来控制控制阀的开闭，由此控制燃料气体从燃料气体供给部向第3喷射器的供给。

燃料电池系统也可以具备氧化剂气体供给部、氧化剂气体供给流路、以及氧化剂气体排出流路。

氧化剂气体供给部至少向燃料电池组的各氧化剂极供给氧化剂气体。

作为氧化剂气体供给部，例如能够使用空气压缩机等。根据来自控制部的控制信号来驱动空气压缩机，从而将氧化剂气体导入于燃料电池的阴极侧(氧化剂极、阴极入口岐管等)。

氧化剂气体供给流路将燃料电池组与氧化剂气体供给部连接起来，使得能够从氧化剂气体供给部向燃料电池组的各氧化剂极供给氧化剂气体。

氧化剂气体是含氧气体，也可以是空气、干燥空气、以及纯氧等。

氧化剂气体排出流路能够使氧化剂气体从燃料电池组的各氧化剂极排出。

燃料电池系统也可以具备冷却水供给部和冷却水循环流路。

冷却水循环流路与设置于燃料电池组的冷却水入口岐管和冷却水出口岐管连通，使从冷却水供给部供给的冷却水在燃料电池组内外循环，从而能够对燃料电池组进行冷却。

冷却水供给部例如能够举出冷却水泵等。

作为冷却水(制冷剂)，为了防止低温时的冻结，例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。

燃料电池系统也可以具备燃料废气排出部。

燃料废气排出部也可以将燃料气体的浓度为规定的浓度以下的燃料废气向外部排出。此外，外部是指燃料电池系统的外部。

燃料废气排出部也可以具备燃料废气排出阀，根据需要，还可以具备燃料废气排出流路。

燃料废气排出阀调整燃料废气的排出流量。

燃料废气排出流路也可以从循环流路分支。

例如在燃料废气中的氢等燃料气体的浓度为规定的浓度以下的情况下，燃料废气排出部也可以将该燃料废气向外部排出。此外，并不特别地限定燃料气体的规定的浓度，例如可以考虑燃料电池系统的油耗等来适当地设定。

并不特别地限定燃料废气中的燃料气体的浓度的检测方法，例如能够使用以往公知的浓度传感器等。

控制部进行燃料电池系统的控制。

控制部也可以经由输入输出接口与温度检测部、喷射器集合部、第3喷射器、燃料气体供给部、燃料废气排出部、以及氧化剂气体供给部等连接。

控制部进行对温度检测部检测到的燃料电池组的温度是否超过规定的阈值的判断、喷射器集合部中所使用的喷射器的切换、以及第3喷射器的启动开关的接通、断开控制等。

控制部在物理上例如具有CPU(中央运算处理装置)等运算处理装置、存储由CPU处理的控制程序和控制数据等的ROM(只读存储器)和主要作为用于控制处理的各种作业区域而使用的RAM(随机访问存储器)等存储装置、以及输入输出接口。另外，控制部例如也可以是ECU(发动机控制单元)等控制装置。

图2是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的一个例子的流程图。此外，本公开并不一定仅限定于本典型例。

在图2所示的控制方法中，首先，控制部在燃料电池组的运转开始时或者通常运转时，从第1喷射器向喷出器供给燃料气体，并使用喷出器来向燃料电池组的各燃料极供给混合气体。

之后，温度检测部检测燃料电池组的温度。

而且，在检测到的燃料电池组的温度为规定的阈值以下的情况下，控制部结束控制。

另一方面，在超过该阈值的情况下，控制部进行控制而从第1喷射器切换为第2喷射器来向喷出器供给燃料气体，并使用喷出器来向燃料电池组的各燃料极供给混合气体，并且控制部启动第3喷射器，从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极供给燃料气体，并结束控制。

(1)燃料气体的温度的检测

温度检测部每隔规定的时间而检测燃料电池组的温度。

并不特别地限定检测燃料电池组的温度的方法，例如也可以构成为：将以往公知的温度传感器设置于燃料电池系统内，使用温度传感器来检测该燃料电池组的温度(例如，燃料电池组的冷却水入口(冷却水入口岐管等)附近的冷却水温度)。

并不特别地限定检测燃料电池组的温度的时机，可以从燃料电池组的运转开始时起每经过规定的时间来进行，可以在燃料电池组的运转开始时进行，也可以始终检测燃料电池组的温度，能够适当地设定检测时期。

(2)对燃料电池组的温度是否超过规定的阈值的判断

控制部对温度检测部检测到的燃料电池组的温度是否超过规定的阈值进行判断。

对于燃料电池组的温度的阈值而言，例如能够预先通过实验等准备表示燃料电池组的温度与燃料电池组的发电性能的相关关系的数据组，能够通过该数据组而根据燃料电池组的性能等适当地设定。

(3)循环气体流量的调整

(3-1)燃料电池组的温度超过规定的阈值的情况

在温度检测部检测到的燃料电池组的温度超过规定的阈值的情况下，控制部进行控制而从第1喷射器切换为第2喷射器来向喷出器供给燃料气体，并使用喷出器来向燃料电池组的各燃料极供给混合气体，并且控制部启动第3喷射器，从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极供给燃料气体，并结束控制。

由此，能够在燃料电池组的高温运转时使循环气体的流量减少，从而能够抑制燃料电池组内的干燥，并使燃料电池组的发电性能提高。

(3-2)燃料电池组的温度为规定的阈值以下的情况

在燃料电池组的运转开始时以及通常运转时等，控制部从第1喷射器向喷出器供给燃料气体，控制部不进行燃料气体从第2喷射器向喷出器的供给、以及不进行燃料气体从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极的供给。

因此，在燃料电池组的温度为规定的阈值以下的情况下，并且在从第1喷射器向喷出器供给燃料气体的情况下，控制部也可以结束控制。

另一方面，也可以构成为：在燃料电池组的温度为规定的阈值以下的情况下、且是从第2喷射器向喷出器供给燃料气体、并且从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极供给燃料气体的情况下，控制部进行控制而从第2喷射器切换为第1喷射器来向喷出器供给燃料气体，并且控制部使第3喷射器停止，从而停止燃料气体从第3喷射器向燃料电池组的各燃料极的供给，并结束控制。

在控制部的第一次的控制结束后，并不特别地限定第二次以后的控制的开始时期，可以以规定的时间间隔进行，也可以不空开时间间隔地进行，能够适当地设定。