JP6268980B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

水素を供給するためのインフラが整備されていないため、通常、燃料電池システムなどの水素を燃料とするシステムでは、天然ガス又はＬＰＧなどから水素含有ガスを生成させる水素生成器が設けられている。例えば、特許文献１では、水素生成器の改質器に空気を供給するための供給路と、燃料電池のカソードに空気を供給するための供給路と、を単一のポンプ及びガス供給路で共用する構成が提案されている。これにより、燃料電池システムの小型化及び低コスト化が図られている。

特開２００８‐１５９４６７号公報

しかし、特許文献１は、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合に、燃料電池のアノードオフガスの燃焼において生じる問題については十分に検討されていない。

本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合に生じる問題に適切に対応し得る燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様の燃料電池システムは、原料を用いて水素を含む水素含有ガスを生成する水素生成器と、水素含有ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器に供給される酸素含有ガスが流れる第１の酸素含有ガス供給路と、前記第１の酸素含有ガス供給路より分岐して前記燃料電池に供給される酸素含有ガスが流れる第２の酸素含有ガス供給路と、前記燃料電池から排出された水素含有ガスと前記燃料電池のアノードオフガスを用いて拡散燃焼する燃焼器と、前記第２の酸素含有ガス供給路、前記燃料電池のカソード流路を経由して前記燃焼器に至るまでの第２のガス流路の異常を検査する異常検査器を備える。

本発明の一態様は、従来に比べ、燃料電池のアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。 図２は、第１実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示した図である。 図３は、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示した図である。 図４は、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。 図５は、酸素含有ガス供給器の所定の動作量に対して、流量検知器の検知流量の正常範囲の一例を示した図である。 図６は、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。 図７は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示した図である。 図８は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。 図９は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。 図１０は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。 図１１は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。 図１２は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。

（第１実施形態）
本発明者らは、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合に、燃料電池のアノードオフガスの燃焼において生じる問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。

特許文献１では、空気供給器から改質器に空気が供給されておらず、燃料電池からのアノードオフガス及びカソードオフガスが、燃焼器において燃焼しているとき、拡散燃焼の状態なので逆火は発生しにくい。

これに対して、改質器に原料及び空気が供給され、かつ燃料電池からのアノードオフガス及びカソードオフガスが、燃焼器において燃焼しているとき、予混合燃焼の状態になり逆火する可能性がある。例えば、水素生成器で部分酸化改質反応が行われているとき、水素生成器に供給された空気中の酸素が部分改質反応で完全に消費されず、水素生成器で生成された水素含有ガスに酸素が含まれる場合がある。この場合、改質器から燃料電池のアノードに供給されるガス中に、酸素と可燃ガスとが含まれる。つまり、燃料電池のアノードオフガスとカソードオフガスを燃焼する燃焼器において予混合燃焼の状態となり、逆火する可能性が生じる。

ここで、本発明者らは、鋭意検討し、水素生成器への空気の供給路でなく、この供給路より分岐して、燃料電池のカソードへ空気を供給する分岐供給路に異常が発生すると、アノードオフガス中の酸素濃度が増加し、逆火が発生する可能性が高くなるという知見を得た。

上記異常としては、例えば、燃料電池のカソードへ空気を供給する分岐供給路の流路閉塞、本供給路上の弁の固着などの分岐供給路の流路抵抗が増加する異常が挙げられる。この場合、水素生成器側への空気供給量が増えるため、アノードオフガス中の酸素濃度が増加する。

そこで、上記のようなアノードオフガス中の酸素濃度の上昇に伴う逆火の可能性の増加を抑制するため、本実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素を含む水素含有ガスを生成する水素生成器と、水素含有ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、水素生成器に供給される酸素含有ガスが流れる第１の酸素含有ガス供給路と、第１の酸素含有ガス供給路より分岐して燃料電池に供給される酸素含有ガスが流れる第２の酸素含有ガス供給路と、燃料電池のアノードオフガスを用いて拡散燃焼する燃焼器と、第２の酸素含有ガス供給路、燃料電池のカソード流路を経由して燃焼器に至るまでの第２のガス流路の異常を検査する異常検査器を備える。

かかる構成により、従来に比べ、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

［装置構成］
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。

図１で示す例では、本実施形態の燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第２のガス流路６と、異常検査器８と、を備える。

水素生成器１は、原料を用いて水素を含む水素含有ガスを生成する。具体的には、水素生成器１は、改質器（図示せず）を備え、改質器において、原料ガスが改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器などが設けられる。なお、原料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。

水素生成器１の改質器の下流に改質器で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのＣＯ低減器を設けても構わない。ＣＯ低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。

燃料電池２は、水素含有ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する。燃料電池２としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池２が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質器と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるように構成してもよい。

第１の酸素含有ガス供給路３は、水素生成器１に供給される酸素含有ガスが流れる。このような酸素含有ガスとして、例えば、水素生成器１が、原料及び酸素含有ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器を備える場合、この改質器に供給される空気が例示される。また、酸素含有ガスとして、例えば、水素生成器１が、酸化反応により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器を備える場合、このＣＯ除去器に供給される空気が例示される。

第２の酸素含有ガス供給路４は、第１の酸素含有ガス供給路３より分岐して燃料電池２に供給される酸素含有ガスが流れる。つまり、本実施形態では、第１の酸素含有ガス供給路３と第２の酸素含有ガス供給路４との間の接続箇所において、第２の酸素含有ガス供給路４は、第１の酸素含有ガス供給路３から分岐し、本接続箇所よりも上流の第１の酸素含有ガス供給路３の部分は、水素生成器１及び燃料電池２の両方の酸素含有ガス供給に使用されている。なお、酸素含有ガスとして、例えば、燃料電池２のカソード流路に供給される空気が例示される。

燃焼器５は、燃料電池２のアノードオフガスを用いて拡散燃焼する。このとき、燃料電池２のカソードオフガスを上記の拡散燃焼に用いても構わない。例えば、燃料電池２のアノード流路からのアノードオフガスと燃料電池２のカソード流路からのカソードオフガスとを別々に燃焼器５内に拡散させて、燃焼器５において拡散燃焼が行われてもよい。

異常検査器８は、第２の酸素含有ガス供給路４、燃料電池２のカソード流路を経由して燃焼器５に至るまでの第２のガス流路６の異常を検査する。なお、本異常検査は、燃焼器５の着火動作前に行ってもよい。

これにより、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

例えば、燃焼器５では、燃料電池２のアノードオフガスとカソードオフガスとを用いて拡散燃焼していても、流路閉塞などで第２のガス流路６の圧力損失が上昇すると、水素生成器１側への酸素含有ガスの供給量が増える可能性がある。この場合、燃焼器５で燃焼を行うと、燃料電池２のアノードオフガスが流れる流路側に逆火が起きる恐れがあるが、上記第２のガス流路６の異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。例えば、異常検査器８により第２のガス流路６に異常があると判定された場合は、燃焼器５の燃焼動作を実行しないことで、上記の異常に対応できる。

なお、異常検査器８の具体例は、第１実施例及び第２実施例で説明する。

（変形例）
第１実施形態の変形例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、異常検査器は、第１の酸素含有ガス供給路、水素生成器、燃料電池のアノードガス流路を経由して燃焼器に至るまでの第１のガス流路の異常を検査する。

かかる構成により、従来に比べ、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図２は、第１実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示した図である。

図２に示す例では、本変形例の燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第１のガス流路７と、異常検査器８と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４及び燃焼器５については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

異常検査器８は、第１の酸素含有ガス供給路３、水素生成器１、燃料電池２のアノードガス流路を経由して燃焼器に至るまでの第１のガス流路７の異常を検査する。なお、本異常検査は、燃焼器５の着火動作前に行ってもよい。

これにより、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

例えば、燃焼器５では、燃料電池２のアノードオフガスとカソードオフガスとを用いて拡散燃焼していても、水素生成器１内の触媒の偏りなどで水素生成器１内を酸素含有ガスが通り抜けやすくなると、第１のガス流路７の圧力損失が低下する。この場合、水素生成器１側への酸素含有ガスの供給量が増え、燃焼器５で燃焼を行うと、燃料電池２のアノードオフガスが流れる流路側に逆火が起きる恐れがあるが、上記第１のガス流路７の異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。例えば、異常検査器８により第２のガス流路６に異常があると判定された場合は、燃焼器５の燃焼動作を実行しないことで、上記の異常に対応できる。

なお、異常検査器８の具体例は、第１実施例及び第２実施例で説明する。

（第１実施例）
第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、異常検査器として、第１の酸素含有ガス供給路に設けられた、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器と、第１の酸素含有ガス供給路に設けられた、流量検知器と、酸素含有ガス供給器の動作量及び流量検知器で検知された流量とに基づき第２のガス流路の異常を判定する異常判定器とを備える。

かかる構成により、異常判定器は、酸素含有ガス供給器の動作量及び流量検知器で検知された流量とに基づいて第２のガス流路に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器は、流路閉塞などによる第２のガス流路の圧力損失の上昇を上記動作量及び流量で判定できる。

本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図３は、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示した図である。

図３で示す例では、本実施例の燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第２のガス流路６と、酸素含有ガス供給器９と、流量検知器１０と、異常判定器２０と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４、燃焼器５及び第２のガス流路６については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

酸素含有ガス供給器９は、異常検査器８として、第１の酸素含有ガス供給路３に設けられており、酸素含有ガスを供給する。本例では、酸素含有ガス供給器９は、第１の酸素含有ガス供給路３と第２の酸素含有ガス供給路４との間の接続箇所よりも上流の第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。酸素含有ガス供給器９は、第１の酸素含有ガス供給路３を流れる酸素含有ガスの流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器などにより構成される。昇圧器は、例えば、定容積型ポンプ又はダイヤフラム型ポンプなどが用いられるが、これに限定されるものではない。

流量検知器１０は、異常検査器８として、第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。本例では、流量検知器１０は、第１の酸素含有ガス供給路３と第２の酸素含有ガス供給路４との間の接続箇所よりも上流の第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。流量検知器１０は、酸素含有ガスの流量を直接的または間接的に検知できれば、いかなる検知器であっても構わない。酸素含有ガスの流量を直接的に検知する検知器は、第１の酸素含有ガス供給路３を流れる酸素含有ガスの供給量を検知する検知器で、例えば、マスフローメータなどが例示される。酸素含有ガスの流量を間接的に検知する検知器は、酸素含有ガスの流量に相関する量を検知する検知器で、例えば、酸素含有ガス供給器９への出力を検知する検知器、又は、酸素含有ガス供給器９への制御指令をモニターする制御器などが例示される。

異常判定器２０は、異常検査器８として、酸素含有ガス供給器９の動作量及び流量検知器１０で検知された流量と、に基づき第２のガス流路６の異常を判定する。異常判定器２０は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵなどが例示される。記憶部としては、メモリーなどが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

［動作］
図４は、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。以下の動作は、異常判定器２０の制御プログラムにより行われる。

まず、ステップＳ１０１で、燃焼器５の着火動作前に、第２のガス流路６が開放される。第２のガス流路６の開放には、例えば、第２のガス流路６に設けられた弁（図示せず）を開き、第１のガス流路７に設けられた弁（図示せず）を閉めるとよい。

次に、ステップＳ１０２で、酸素含有ガス供給器９を、所定の動作量で動作させる。これにより、第２のガス流路６に酸素含有ガスが流れる。

次に、ステップＳ１０３で、流量検知器１０を用いて、第２のガス流路６に流れる酸素含有ガスの流量が検知される。

次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２の酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、ステップＳ１０３の流量検知器１０の検知流量が正常範囲か否かが判定される。なお、かかる正常範囲は、例えば、図５に示す如く、正常範囲の上下限により設定されており、異常判定器２０の記憶部に記憶されている。

ステップＳ１０４で、流量検知器１０の検知流量が正常範囲でないと判定された場合、第２のガス流路６の異常が起きていると判断される（ステップＳ１０５）。例えば、検知流量が正常範囲の下限に対応する流量よりも少ない場合、第２のガス流路６の流路閉塞などで第２のガス流路６の圧力損失が上昇していると判断される。

以上により、異常判定器２０は、酸素含有ガス供給器９の動作量及び流量検知器１０で検知された流量と、に基づいて第２のガス流路６に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器２０は、流路閉塞などによる第２のガス流路６の圧力損失の上昇を上記動作量と流量で判定できる。

一方、ステップＳ１０４で、流量検知器１０の検知流量が正常範囲であると判定された場合、次のステップに進む。例えば、図６に示すように、第１のガス流路７に異常の有無を判定してもよい。

まず、ステップＳ１０６で、燃焼器５の着火動作前に、第１のガス流路７が開放される。第１のガス流路７の開放には、例えば、第２のガス流路６に設けられた弁（図示せず）を閉め、第１のガス流路７に設けられた弁（図示せず）を開くとよい。

なお、図６のステップＳ１０７−Ｓ１０８の動作は、図４のステップＳ１０２−Ｓ１０３の動作と同様であるので説明を省略する。

そして、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０７の酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、ステップＳ１０８の流量検知器１０の検知流量が正常範囲か否かが判定される。

ステップＳ１０９で、流量検知器１０の検知流量が正常範囲でないと判定された場合、第１のガス流路７の異常が起きていると判断される（ステップＳ１１０）。例えば、検知流量が正常範囲の上限に対応する流量よりも多い場合、水素生成器１内の触媒の偏りなどで、水素生成器１内を酸素含有ガスが通り抜けやすくなり、第１のガス流路７の圧力損失が低下していると判断される。

ステップＳ１０９で、流量検知器１０の検知流量が正常範囲であると判定された場合、燃焼器５の着火動作が行われる。

以上により、異常判定器２０は、酸素含有ガス供給器９の動作量及び流量検知器１０で検知された流量と、に基づいて、第１のガス流路７に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器２０は、水素生成器１内の触媒の偏りなどによる第１のガス流路７の圧力損失の低下を上記動作量及び流量で判定できる。

なお、上記の第２のガス流路６及び第１のガス流路７の異常の判定方法は例示であって、本例に限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０４では、酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、流量検知器１０の検知流量が正常範囲か否かを判定しているが、流量検知器１０の所定の流量に対して、酸素含有ガス供給器９の動作量が正常範囲か否かを判定しても構わない。

また、本実施形態では、ステップＳ１０４で、流量検知器１０の検知流量が正常範囲であると判定された場合、ステップＳ１０６を行う動作が示されているが、この動作に代えて、燃焼器５の着火動作を実行しても構わない。この場合でも、第２のガス流路６の異常判定が行われているので、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。また、ステップＳ１０１−ステップＳ１０５の動作を行わずに、ステップＳ１０６−ステップＳ１１０の動作のみを行っても構わない。この場合でも、第１のガス流路７の異常判定が行われているので、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

（第２実施例）
第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、異常検査器として、第１の酸素含有ガス供給路に設けられた、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器と、第１の酸素含有ガス供給路に設けられた、圧力検知器と、酸素含有ガス供給器の動作量及び圧力検知器で検知された圧力とに基づき第２のガス流路の異常を判定する異常判定器とを備える。

かかる構成により、異常判定器は、酸素含有ガス供給器の動作量及び圧力検知器で検知された圧力とに基づいて第２のガス流路に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器は、流路閉塞などによる第２のガス流路の圧力損失の上昇を上記動作量及び圧力で判定できる。

本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図７は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示した図である。

図７で示す例では、本実施例の燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第２のガス流路６と、酸素含有ガス供給器９と、圧力検知器１３と、異常判定器２０と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４、燃焼器５、第２のガス流路６及び酸素含有ガス供給器９については、第１実施形態の第１実施例と同様であるので説明を省略する。

圧力検知器１３は、異常検査器８として、第１の酸素含有ガス供給路に設けられている。本例では、圧力検知器１３は、第１の酸素含有ガス供給路３と第２の酸素含有ガス供給路４との間の接続箇所よりも上流の第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。圧力検知器１３は、第１の酸素含有ガス供給路３内の圧力できれば、いかなる検知器であっても構わない。圧力検知器１３として、例えば、差圧計などが例示される。

異常判定器２０は、異常検査器８として、酸素含有ガス供給器９の動作量及び圧力検知器１３で検知された圧力とに基づき第２のガス流路６の異常を判定する。異常判定器２０は、第１実施形態の第１実施例と同様に、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。

［動作］
図８は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの動作の一例を示したフローチャートである。以下の動作は、異常判定器２０の制御プログラムにより行われる。

まず、ステップＳ２０１で、燃焼器５の着火動作前に、第２のガス流路６が開放される。第２のガス流路６の開放には、例えば、第２のガス流路６に設けられた弁（図示せず）を開き、第１のガス流路７に設けられた弁（図示せず）を閉めるとよい。

次に、ステップＳ２０２で、酸素含有ガス供給器９を、所定の動作量で動作させる。これにより、第２のガス流路６に酸素含有ガスが流れる。

次に、ステップＳ２０３で、圧力検知器１３を用いて、第２のガス流路６内のガス圧力が検知される。

次に、ステップＳ２０４において、ステップＳ２０２の酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、ステップＳ２０３の圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲か否かが判定される。

ステップＳ２０４で、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲でないと判定された場合、第２のガス流路６の異常が起きていると判断される（ステップＳ２０５）。例えば、検知圧力が正常範囲の上限に対応する圧力よりも高い場合、流路閉塞などで第２のガス流路６の圧力損失が上昇していると判断される。

以上により、異常判定器２０は、酸素含有ガス供給器９の動作量及び圧力検知器１３で検知された圧力と、に基づいて第２のガス流路６に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器２０は、流路閉塞などによる第２のガス流路６の圧力損失の上昇を上記動作量と圧力で判定できる。

一方、ステップＳ２０４で、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲であると判定された場合、次のステップに進む。例えば、図９に示すように、第１のガス流路７に異常の有無を判定してもよい。

まず、ステップＳ２０６で、燃焼器５の着火動作前に、第１のガス流路７が開放される。第１のガス流路７の開放には、例えば、第２のガス流路６に設けられた弁（図示せず）を閉め、第１のガス流路７に設けられた弁（図示せず）を開くとよい。

なお、図９のステップＳ２０７−Ｓ２０８の動作は、図８のステップＳ２０２−Ｓ２０３の動作と同様であるので説明を省略する。

そして、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７の酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、ステップＳ２０８の圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲か否かが判定される。

ステップＳ２０９で、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲でないと判定された場合、第１のガス流路７の異常が起きていると判断される（ステップＳ２１０）。例えば、検知圧力が正常範囲の下限に対応する圧力よりも低い場合、水素生成器１内の触媒の偏りなどで水素生成器１内を酸素含有ガスが通り抜けやすくなり、第１のガス流路７の圧力損失が低下していると判断される。

ステップＳ２０９で、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲であると判定された場合、燃焼器５の着火動作が行われる。

以上により、異常判定器２０は、酸素含有ガス供給器９の動作量及び圧力検知器１３で検知された圧力と、に基づいて、第１のガス流路７に異常が起きているか否かを判定できる。例えば、異常判定器２０は、水素生成器１内の触媒の偏りなどによる第１のガス流路７の圧力損失の低下を上記動作量及び圧力で判定できる。

なお、上記の第２のガス流路６及び第１のガス流路７の異常の判定方法は例示であって、本例に限定されるものではない。例えば、ステップＳ２０４では、酸素含有ガス供給器９の所定の動作量に対して、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲か否かを判定しているが、圧力検知器１３の所定の圧力に対して、酸素含有ガス供給器９の動作量が正常範囲か否かを判定しても構わない。

また、本実施形態では、ステップＳ２０４で、圧力検知器１３の検知圧力が正常範囲であると判定された場合、ステップＳ２０６を行う動作が示されているが、この動作に代えて、燃焼器５の着火動作を実行しても構わない。この場合でも、第２のガス流路６の異常判定が行われているので、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。また、ステップＳ２０１−ステップＳ２０５の動作を行わずに、ステップＳ２０６−ステップＳ２１０の動作のみを行っても構わない。この場合でも、第１のガス流路７の異常判定が行われているので、従来に比べ、水素生成器１への空気供給路と燃料電池２のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合の燃料電池２から排出されたアノードオフガスの燃焼において生じる問題に適切に対応し得る。

（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態の変形例の燃料電池システムにおいて、異常検査器は、第１のガス流路の異常の検査の前に第２のガス流路の異常を検査し、第２のガス流路の異常が検知されると、第１のガス流路の異常を検査しない。

第１のガス流路には、水素生成器の触媒が存在する。このため、第１のガス流路の異常の検査で酸素含有ガスを水素生成器の触媒に通すと、この触媒が酸化劣化する恐れがある。一方、第２のガス流路の異常を検知した場合であっても、第１のガス流路の異常を検知した場合であっても、燃焼器で燃焼を行うと、上記のとおり、燃料電池のアノードオフガスが流れる流路側に逆火発生の可能性がある。

そこで、本実施形態では、上記のとおり、異常検査器が、第１のガス流路の異常の検査の前に第２のガス流路の異常を検査し、第２のガス流路の異常が検知されると、第１のガス流路の異常を検査しないようにしている。これにより、第２のガス流路の異常の検査の前に第１のガス流路の異常を検査する場合に比べ、酸素含有ガスを水素生成器の触媒に通す回数が低減されるので、水素生成器の触媒の酸化劣化が抑制される。

本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の変形例の燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図１０は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の燃料電池システム１００は、同一構成を備えるものであり、燃料電池システム１００の第１のガス流路７と第２のガス流路６とを理解しやすくする目的で、燃料電池システム１００が、別々の図１０（ａ）及び図１０（ｂ）にて図示されている。

図１０に示す例では、燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第１のガス流路７と、第２のガス流路６と、異常検査器８と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４、第２のガス流路６及び燃焼器５については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。第１のガス流路７については、第１実施形態の変形例と同様であるので説明を省略する。

異常検査器８は、第１のガス流路７の異常の検査の前に第２のガス流路６の異常を検査し、第２のガス流路６の異常が検知されると、第１のガス流路７の異常を検査しない。

第１のガス流路７には、水素生成器１の触媒が存在する。このため、第１のガス流路７の異常の検査で酸素含有ガスを水素生成器１の触媒に通すと、この触媒が酸化劣化する恐れがある。一方、第２のガス流路６の異常を検知した場合であっても、第１のガス流路７の異常を検知した場合であっても、燃焼器５で燃焼を行うと、上記のとおり、燃料電池２のアノードオフガスが流れる流路側に逆火発生の可能性がある。

そこで、本実施形態では、異常検査器８が、第１のガス流路７の異常の検査の前に第２のガス流路６の異常を検査し、第２のガス流路６の異常が検知されると、第１のガス流路７の異常を検査しないようにしている。これにより、第２のガス流路６の異常の検査の前に第１のガス流路７の異常を検査する場合に比べ、酸素含有ガスを水素生成器１の触媒に通す回数が低減されるので、水素生成器１の触媒の酸化劣化が抑制される。

なお、本実施形態の異常検査器８による第２のガス流路６及び第１のガス流路７の異常検査の具体例は、第１実施形態の第１実施例又は第１実施形態の第２実施例と同様であっても構わない。

（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態の変形例又は第２実施形態の燃料電池システムにおいて、異常検査器は、第１の酸素含有ガス供給路に設けられた流量調整弁の固着異常を検査する。

仮に、流量調整弁が開固着で流量調整弁を閉止できないと、第２の酸素含有ガス供給路側に水素生成器で生成した水素含有ガスが流入し、燃料電池のカソード上で燃焼反応を起こし、その燃焼熱でカソードが劣化してしまう可能性がある。これは、流量調整弁が開固着し、かつ水素生成器で水素含有ガスが生成されているとき、燃料電池の内圧が高いと、水素生成器で生成された水素含有ガスが、第１の酸素含有ガス供給路に逆流し、第２の酸素含有ガス供給路への分岐箇所を経由して、第２の酸素含有ガス供給路に流入する可能性があるからである。

しかしながら、流量調整弁の固着異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。

本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の変形例又は第２実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図１１は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。

図１１に示す例では、燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第１のガス流路７と、流量調整弁１２と、異常検査器８と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４、燃焼器５及び第１のガス流路７については、第１実施形態の変形例と同様であるので説明を省略する。

流量調整弁１２は、第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。具体的には、流量調整弁１２は、第１の酸素含有ガス供給路３と第２の酸素含有ガス供給路４との間の接続箇所よりも下流の第１の酸素含有ガス供給路３に設けられている。流量調整弁１２は、第１の酸素含有ガス供給路３を調整できれば、いかなる構成であってもよい。流量調整弁１２として、例えば、電磁弁などが例示される。このような流量調整弁１２により、例えば、水素生成器１に供給される酸素含有ガスの流量を調整できる。

異常検査器８は、第１の酸素含有ガス供給路３に設けられた流量調整弁１２の固着異常を検査する。なお、本固着異常検査は、燃焼器５の着火動作前に行ってもよい。

仮に、流量調整弁１２が開固着で流量調整弁１２を閉止できないと、第２の酸素含有ガス供給路４側に水素生成器１で生成した水素含有ガスが流入し、燃料電池２のカソード上で燃焼反応を起こし、その燃焼熱でカソードが劣化してしまう可能性がある。これは、流量調整弁１２が開固着し、かつ水素生成器１で水素含有ガスが生成されているとき、燃料電池２の内圧が高いと、水素生成器１で生成された水素含有ガスが、第１の酸素含有ガス供給路３に逆流し、第２の酸素含有ガス供給路４への分岐箇所を経由して、第２の酸素含有ガス供給路４に流入する可能性があるからである。

しかしながら、流量調整弁１２の固着異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。

（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態及び第３実施形態のいずれかの燃料電池システムにおいて、異常検査器は、第２の酸素含有ガス供給路に設けられた開閉弁の固着異常を検査する。

開閉弁の固着異常で開閉弁の開度を調整できないと、水素生成器側への酸素含有ガスの供給量が増える可能性がある。この場合、燃焼器で燃焼を行うと、燃料電池のアノードオフガスが流れる流路側に逆火が起きる恐れがあるが、上記開閉弁の固着異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。

本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例、第１実施形態の第１実施例−第２実施例、第２実施形態及び第３実施形態のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。

［装置構成］
図１２は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示した図である。

図１２に示す例では、燃料電池システム１００は、水素生成器１と、燃料電池２と、第１の酸素含有ガス供給路３と、第２の酸素含有ガス供給路４と、燃焼器５と、第２のガス流路６と、開閉弁１１と、異常検査器８と、を備える。

水素生成器１、燃料電池２、第１の酸素含有ガス供給路３、第２の酸素含有ガス供給路４、燃焼器５及び第２のガス流路６については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

開閉弁１１は、第２の酸素含有ガス供給路４に設けられている。開閉弁１１は、第２の酸素含有ガス供給路４を開閉できれば、いかなる構成であってもよい。開閉弁１１として、例えば、電磁弁などが例示される。このような開閉弁１１により、例えば、燃料電池２に酸素含有ガスを供給する必要がない場合に、燃料電池２と酸素含有ガス供給器の間を遮断できる。

異常検査器８は、第２の酸素含有ガス供給路４に設けられた開閉弁１１の固着異常を検査する。なお、本固着異常検査は、燃焼器５の着火動作前に行ってもよい。

開閉弁１１の固着異常で開閉弁１１の開度を調整できないと、水素生成器１側への酸素含有ガスの供給量が増える可能性がある。例えば、開閉弁１１の固着による流路閉塞などで第２のガス流路６の圧力損失が上昇すると、水素生成器１側への酸素含有ガスの供給量が増える可能性がある。この場合、燃焼器５で燃焼を行うと、燃料電池２のアノードオフガスが流れる流路側に逆火が起きる恐れがあるが、上記開閉弁１１の固着異常の検査により、このような問題に適切に対応し得る。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の一態様は、従来に比べ、水素生成器への空気供給路と燃料電池のカソードへの空気供給路とを一部共用化している場合に生じる問題に適切に対応し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。

１ 水素生成器
２ 燃料電池
３ 第１の酸素含有ガス供給路
４ 第２の酸素含有ガス供給路
５ 燃焼器
６ 第２のガス流路
７ 第１のガス流路
８ 異常検査器
９ 酸素含有ガス供給器
１０ 流量検知器
１３ 圧力検知器
２０ 異常判定器
１００ 燃料電池システム

Claims (6)

1. 原料を用いて水素を含む水素含有ガスを生成する水素生成器と、水素含有ガス及び酸素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器に供給される酸素含有ガスが流れる第１の酸素含有ガス供給路と、前記第１の酸素含有ガス供給路より分岐して前記燃料電池に供給される酸素含有ガスが流れる第２の酸素含有ガス供給路と、前記燃料電池のアノードオフガスを用いて拡散燃焼する燃焼器と、前記第１の酸素含有ガス供給路、前記水素生成器、前記燃料電池のアノードガス流路を経由して前記燃焼器に至るまでの第１のガス流路と、前記第２の酸素含有ガス供給路、前記燃料電池のカソード流路を経由して前記燃焼器に至るまでの第２のガス流路と、前記第１の酸素含有ガス供給路に設けられた、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器と、前記酸素含有ガスの流量を検知する流量検知器と、制御器と、を備え、
   前記流量検知器は、前記第１の酸素含有ガス供給路の、前記第１の酸素含有ガス供給路と前記第２の酸素含有ガス供給路との接続箇所よりも上流部分に設けられており、
   前記制御器は、前記第１のガス流路に設けられた弁を閉め、前記第２のガス流路に設けられた弁を開くことにより、前記酸素含有ガス供給器の動作量及び前記流量検知器で検知された流量に基づいて前記第２のガス流路の異常が起きているか否かを判定する、燃料電池システム。
2. 前記制御器は、前記第１のガス流路に設けられた弁を開き、前記第２のガス流路に設けられた弁を閉めることにより、前記酸素含有ガス供給器の動作量及び前記流量検知器で検知された流量に基づいて前記第１のガス流路の異常が起きているか否かを判定する、請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記制御器は、前記第１のガス流路の異常が起きているか否かの判定の前に前記第２のガス流路の異常が起きているか否かを判定し、前記第２のガス流路の異常が起きていると判定すると、前記第１のガス流路の異常が起きているか否かの判定をしない、請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記制御器は、前記第１の酸素含有ガス供給路に設けられた流量調整弁の固着異常が起きているか否かを判定する、請求項２または３に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御器は、前記第２の酸素含有ガス供給路に設けられた開閉弁の固着異常が起きているか否かを判定する、請求項１−４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である、請求項１−５のいずれかに記載の燃料電池システム。

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