JP2010009921A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】交換された交換部品が正常に取り付けられたことを判定できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】システムは、アノード極１０およびカソード極１１をもつ燃料電池１と、燃料電池１の発電運転に寄与する機能を有する交換可能な交換部品と、交換部品が有する機能のうちの少なくとも一つの機能を利用する要素とを備える。アノード極１０にアノード流体およびカソード極１１にカソード流体を供給して燃料電池１を発電運転させる運転部２が設けられている。制御装置８は、運転部２のうち要素の状態を取得する取得操作と、取得した要素の状態が交換部品が正常作動しているときにおける要素の状態にならないとき警報を出力する交換適否操作とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は交換可能な水精製器等の交換部品を有する燃料電池システムに関する。

消耗品の使用時間を計測するタイマと、消耗品の使用時間を記憶する記憶装置と、消耗品の使用時間とタイマの計測時間とに基づいて消耗品の余寿命時間を演算する演算部と、消耗品の余寿命時間が一定時間になると警報を出力する警報表示手段とを備える燃料電池システムが知られている（特許文献１）。消耗品としては、水処理設備のイオン交換樹脂、脱硫器、燃料電池の触媒が挙げられている。
特開２００２−２９８８９２号公報

上記したシステムによれば、消耗品の余寿命時間が一定時間になると警報が出力されるため、ユーザーまたはメンテナンス者は消耗品を交換させる。しかしながら消耗品の交換時期が近づくと警報されるものの、消耗品が交換されて正常に取り付けられたか否かは、必ずしも明確ではない。ユーザーまたはメンテナンス者が不慣れな場合には、消耗品が交換されたものの、正常に作動しないように取り付けられているおそれがある。この場合、消耗品の交換後における燃料電池システムの発電運転に影響を与えるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、消耗品等の交換部品が正常に取り付けられたと判定できる燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）アノード流体が供給されるアノード極およびカソード流体が供給されるカソード極をもつ燃料電池と、（ｉｉ）燃料電池の発電運転に直接的または間接的に寄与する機能を有する交換可能な交換部品と、交換部品が有する機能のうちの少なくとも一つの機能を利用する要素とを備えており、燃料電池のアノード極にアノード流体および燃料電池のカソード極にカソード流体を供給して燃料電池を発電運転させる運転部と、（ｉｉｉ）運転部のうち交換部品を交換した後における要素の状態を取得する取得操作と、取得した要素の状態が交換部品が正常作動しているときにおける要素の状態にならないとき、警報を出力する交換適否操作とを実行する制御装置とを具備する。

要素の状態としては、要素の物理的状態および／または要素の化学的状態が挙げられる。要素の物理的状態としては、要素における単位時間あたりの流量、要素における貯留量、要素における圧力、要素における温度等が挙げられる。警報は、視覚的警報、聴覚的警報、臭覚的警報等を含む。要素の化学的状態として、要素におけるＰＨ値等が挙げられる。

燃料電池は、アノード流体が供給されるアノード極と、カソード流体が供給されるカソード極とをもつ。交換部品は、燃料電池の発電運転に直接的または間接的に寄与する機能を有する交換可能な部品である。燃料電池の発電運転に直接的に寄与する機能を有する交換部品とは、当該交換部品が燃料電池システムに存在しないとき、短時間（例えば５分以内）のうちに燃料電池の発電反応に大きな影響を与える部品をいう。燃料電池の発電運転に間接的に寄与する機能を有する交換部品とは、燃料電池の発電反応に大きな影響を与えないが、燃料電池システムの運転時間が長くなるにつれて、燃料電池の発電電力を次第に低下させる部品をいう。両者は必ずしも明確に区別できるものではなく、相対的なものであり、燃料電池の発電運転に寄与する機能を有する交換部品である。

運転部のうち、要素は、交換部品が有する機能のうちの少なくとも一つの機能を利用するものである。ここで、運転部は、燃料電池のアノード極にアノード流体および燃料電池のカソード極にカソード流体を供給し、燃料電池を発電運転させるものである。従って、交換部品および要素を有する。制御装置は、運転部のうち要素の状態を取得する取得操作と、取得した要素の状態が交換部品が正常作動しているときにおける要素の状態にならないとき、警報を出力する交換適否操作とを実行する。

本発明によれば、次の好適態様が挙げられる。

・好ましくは、交換部品としては、脱硫器等の有害成分低減器、水を精製させる水精製器、燃料電池を冷却させる冷媒（冷却水等の冷却液）を精製させる冷媒精製器、塵埃を低減させるフィルタ部等の塵埃低減部のうちの少なくとも一つが挙げられる。

・好ましくは、交換部品が交換されたとき自動または手動で操作される操作部が設けられている。これにより制御装置は作業者の交換作業の終了を知ることができる。この場合、制御装置は操作部が操作されるとき、取得操作および交換適否操作を自動的に実行する（請求項２）。交換された交換部品が正常に取り付けられたときには、交換部品が正常である旨を表示部に表示させることが好ましい。表示部は、視覚的表示、聴覚的表示等が挙げられる。

・好ましくは、運転部は、アノードガス等のアノード流体を燃料電池のアノード極に供給するアノード流体供給部と、カソードガス等のカソード流体を燃料電池のカソード極に供給するカソード流体供給部とを備えている。この場合、アノード流体供給部は、燃料電池のアノード極に供給されるアノード流体を燃料原料から改質させる改質器と、原料水を精製させる水精製材を有する水精製器と、水精製器で精製された精製水を改質器において使用される改質水として溜める改質水タンクとを備えていることが好ましい。この場合、交換部品は水精製器であり、要素は改質水タンクである。好ましくは、制御装置は、水精製器の交換作業後において、運転部のうち改質水タンクの状態を取得し、取得した改質水タンクの状態が、水精製器が正常作動しているときにおける改質水タンクの状態にならないとき、警報を出力する（請求項３）。ここで、改質水タンクの状態とは、改質水タンクにおける貯水量、改質水タンクに貯留されている水の電気伝導度のうちの少なくとも一つが挙げられる。

・好ましくは、制御装置は、原料水を水精製器に供給する貯湯槽等の水源の水が不足するとき警報を出力する（請求項４）。これにより水精製器に供給する原料水が不足することを知ることができる。この場合、制御装置または作業者は、貯湯槽等の水源の給水能力を確保するように努める。

・好ましくは、制御装置は、改質水タンクの貯水状態（改質水タンクの物理的状態）を取得するにあたり、水精製器に供給する原料水の単位時間あたりの流量を燃料電池の定常運転時よりも少なくするか、あるいは、多くするか、あるいは、定常運転時に対応させる（請求項５）。なお、改質水タンクの貯水状態（改質水タンクの物理的状態）を取得するセンサが設けられていることが好ましい。また、改質水タンクに貯留されている水の電気伝導度を取得するセンサが設けられていることが好ましい。

・好ましくは、運転部は、アノード流体を燃料電池のアノード極に供給するアノード流体供給部と、カソード流体を燃料電池のカソード極に供給するカソード流体供給部とを備えている。この場合、カソード流体供給部は、燃料電池のカソード極に供給されるカソード流体を透過させ且つカソード流体に含まれている塵埃を低減させる塵埃低減部と、定常運転時において塵埃低減部を透過したカソード流体が燃料電池のカソード極に向けて流れるカソード流体通路とを備えていることが好ましい。この場合、交換部品は塵埃低減部であり、要素はカソード流体通路である。この場合、好ましくは、制御装置は、塵埃低減部の交換作業後において、運転部のうちカソード流体通路におけるカソード流体の状態を取得し、取得したカソード流体通路の状態が、塵埃低減部が正常作動しているときにおけるカソード流体通路の状態にならないとき、警報を出力する（請求項６）。なお、カソード流体通路におけるカソード流体の状態（物理的状態）を検知するセンサが設けられていることが好ましい。

・好ましくは、制御装置は、カソード流体通路におけるカソード流体の通過状態を取得するにあたり、塵埃除去部を透過させるカソード流体の単位時間あたりの流量を燃料電池の定常運転時よりも少なくするか、あるいは、多くするか、あるいは、定常運転時に対応させる（請求項７）。カソード流体通路のカソード流体の状態（物理的状態）を検知するセンサが設けられていることが好ましい。カソード流体としては、酸素含有ガス等のカソードガスが挙げられる。上記した取得操作において、塵埃除去部を透過させるカソード流体の単位時間あたりの流量を、燃料電池の定常運転時よりも少なくすることができる。この場合、燃料電池のアノード極にアノード流体が供給されないときであっても、燃料電池のイオン伝導膜に対する負荷が低減される。

・好ましくは、改質用燃料原料を改質させてアノード流体を形成する改質部と燃焼用燃料をカソード流体を用いて燃焼させることにより改質部を加熱する燃焼部とを有する改質器が設けられている。この場合、カソード流体通路は、燃料電池のカソード極に連通する第１連通路と、改質器の燃焼部に連通する第２連通路とに分岐されている。この場合、好ましくは、制御装置は、塵埃除去部の交換作業後において、カソード流体通路におけるカソード流体の状態を取得するにあたり、塵埃除去部を透過させたカソード流体を第２連通路に供給し、且つ、カソード流体が第１連通路およびカソード極に流れることを制限させる（請求項８）。カソード流体通路におけるカソード流体の状態とは、カソード流体の単位時間あたりの流量が挙げられる。この場合、取得操作において、燃料電池のアノード極にアノード流体が供給されていない状態で、過剰のカソード流体が燃料電池のカソード極に流れることが制限される。故に、燃料電池のイオン伝導膜にカソード流体の圧力負荷がかかることが抑制され、イオン伝導膜の耐久性向上に有利である。

・好ましくは、運転部は、アノード流体を燃料電池のアノード極に供給するアノード流体供給部とカソード流体を燃料電池のカソード極に供給するカソード流体供給部を備えている。この場合、アノード流体供給部は、燃料電池のアノード極に供給されるアノード流体を燃料原料から改質させる改質器と、改質前の改質用燃料原料を改質器に向けて流す燃料原料通路と、改質器に供給される前の改質用燃料原料に含まれている有害成分（例えば硫黄成分）を低減させる有害成分低減器とを備えている。交換部品は有害成分低減器であり、要素は燃料原料通路である。好ましくは、制御装置は、有害成分低減器の交換作業後において、運転部のうち燃料原料通路の状態を取得し、取得した燃料原料通路の状態が、有害成分低減器が正常作動しているときにおける燃料原料通路の状態にならないとき、警報を出力する（請求項９）。燃料原料通路の状態を取得するセンサが設けられていることが好ましい。燃料原料通路の状態とは、燃料原料通路における圧力、有害成分（例えば硫黄成分）の濃度が挙げられる。従って、燃料原料通路には、圧力センサ、有害成分の濃度センサを設けても良い。

・好ましくは、運転部は、燃料電池を冷却する燃料電池冷却部を備えている。
この場合、好ましくは、燃料電池冷却部は、燃料電池を冷却する冷却路に冷媒を流す冷媒搬送路と、冷媒搬送路を流れる冷媒の電気伝導度を低下させる冷媒精製器とを備えている。従って、交換部品は冷媒精製器であり、要素は冷媒搬送路である。好ましくは、制御装置は、冷媒精製器の交換作業後において、運転部のうち冷媒搬送路の状態を取得し、取得した冷媒搬送路の状態が、冷媒精製器が正常作動しているときにおける冷媒搬送路の流れ状態にならないとき、警報を出力する（請求項１０）。冷媒搬送路の状態とは、冷媒搬送路を流れる冷媒の流量、冷媒の電気伝導度が挙げられる。

・好ましくは、交換部品は複数個であり、要素は複数個である。好ましくは、制御装置は、操作部の操作に基づいて、運転部のうち複数の交換部品に対応する複数の要素の状態をそれぞれ取得し、取得した複数の要素のうち少なくとも一つの状態が、各交換部品が正常作動しているときにおける要素の状態にならないとき、警報を出力する。従って、定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換部品の交換を終了したとき、作業者が操作部を操作すれば、制御装置は、当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換の適否を良好に判定することができる。

本発明方法によれば、消耗品等の交換部品が正常に取り付けられたと判定できる燃料電池システムを提供することができる。

（実施形態１）
図１は定置用の燃料電池システムに適用した実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは、（ｉ）活物質である水素を含有するアノードガス（アノード流体）が供給されるアノード極１０および活物質である酸素を含有するカソードガス（カソード流体）が供給されるカソード極１１をもつ燃料電池のスタック１と；（ｉｉ）スタック１のアノード極１０にアノードガスおよび燃料電池のカソード極１１にカソードガスを供給してスタック１を発電運転させる運転部２と；（ｉｉｉ）スタック１の運転および運転部２を制御する制御装置８とを有する。

スタック１は複数の膜電極接合体をもつ。膜電極接合体は、アノード極１０と、カソード極１１と、アノード極１０およびカソード極１１で挟まれているイオン伝導膜１３とを有する。イオン伝導膜１３はイオン伝導性をもつものであり、炭化フッ素系または炭化水素系等の固体高分子膜または含水可能な無機膜で形成されている。電極接合体は、シート型でもチューブ型でも良い。スタック１には、これを冷却させる冷却路１４が形成されている。

図１に示すように、運転部２は、アノードガスをスタック１のアノード極１０に供給するアノードガス供給部３（アノード流体供給部）と、カソードガスをスタック１のカソード極１１に供給するカソードガス供給部（カソード流体供給部）と、スタック１の冷却路１４に冷媒を流してスタック１を冷却させるスタック冷却部６と、アノードガス供給部３に改質水を供給する改質水供給部７とを備えている。

図２はアノードガス供給部３を示す。図２に示すように、アノードガス供給部３は、改質用燃料原料源３０（例えば都市ガス源または燃料タンク）とスタック１のアノード極１０とを繋ぐガス供給路３１と、改質用燃料原料源３０に繋がる遮断バルブ３２と、ガス供給路３１に設けられガス状の改質用燃料原料を搬送させる第１ポンプ３３（改質用燃料原料搬送源）と、第１ポンプ３３の下流に配置されガス状の改質用燃料原料に含有されている硫黄成分（有害成分）を低減させる脱硫器３４（有害成分低減部）と、改質器３５と、改質器３５の出口側に設けられた改質器出口バルブ３６と、改質器３５で生成されたアノードガスに含まれている水分および熱を低減させる凝縮器３７と、スタック１のアノード極１０の入口側に位置するスタック入口バルブ１６Ａとをもつ。ガス供給路３１において改質器３５とスタック１との間には、ガス供給路３１におけるガス圧を検知する圧力センサ３８が設けられている。圧力センサ３８の位置はここに限定されるものではなく、遮断バルブ３２とスタック入口バルブ１６Ａとの間であれば、何処でも良い。改質器３５は、改質用燃料原料を水蒸気改質させてアノードガス（水素含有ガス）を形成する改質部３５ａと、燃焼用燃料をカソードガス（空気）を用いて燃焼させることにより改質部３５ａを高温に加熱する燃焼部３５ｃとを有する。燃焼部３５ｃには分岐路４０が設けられている。分岐路４０の分岐バルブ４１が開弁すると、改質用燃料原料源３０からの燃料原料が分岐バルブ４１を介して燃焼部３５ｃに供給され、燃焼用空気（カソードガス）により燃焼され、改質部３５ａを高温領域に加熱させる。

図３はカソードガス供給部５を示す。カソードガス供給部５は、定常運転時においてカソードガスをスタック１のカソード極１１に供給するカソードガス通路５０と、カソードガス通路５０の最上流に設けられカソードガスに含まれている塵埃等を低減させるフィルタ部５１（塵埃低減部）と、スタック１のカソード極１１に向けてカソードガスを搬送させる第２ポンプ５２（カソードガス搬送源）と、カソードガス通路５０に設けられカソードガスの単位時間あたりの流量を検知するガス流量センサ５３（流量検知手段）と、スタック１のカソード極１１に供給されるカソードガスを加湿させる加湿器５４と、カソードガス用のスタック入口バルブ１６Ｃとを備えている。カソードガス通路５０には、カソードガス通路５０を流れるカソードガスの流量を検知するガス流量センサ５３が設けられている。加湿器５４は、スタック１のカソード極１１に供給されるカソードガスを加湿させる加湿路５４ａと、スタック１のカソード極１１から排出されたカソードオフガスを吸湿させる吸湿路５４ｂと、吸湿路５４ｂおよび加湿路５４ａを仕切る水分保持膜５４ｃとを備える。加湿器５４を迂回させる迂回路５６と、加湿器５４の加湿路５４ａを流れるカソードガスの流量Ｖ１と迂回路５６を流れるカソードオフガスの流量Ｖ２との比率（Ｖ１／Ｖ２）を可変にする迂回バルブ５７とが設けられている。スタック１のカソード極１１の出口から排出されたカソードガスは、スタック１のカソード極１１の入口に供給されるカソードガスに比較して高温高湿である。上記した比率（Ｖ１／Ｖ２）が増加すれば、加湿器５４の加湿路５４ａを流れる高温高湿のカソードオフガスの流量Ｖ１が増加するため、カソードオフガスの水分および熱が水分保持膜５４ｃに伝達され、加湿器５４の加湿能力が増加し、カソードガスに保持させ得る水蒸気量を増加させ得る。上記した比率（Ｖ１／Ｖ２）が減少すれば、加湿器５４の加湿路５４ａを流れる高温高湿のカソードオフガスの流量Ｖ１が減少するため、カソードオフガスの水分および熱が水分保持膜５４ｃに伝達されにくくなり、加湿器５４の加湿能力が減少する。図３に示すように、カソードガス通路５０は、フィルタ部５１を介してスタック１のカソード極１１に連通する第１連通路５ａと、改質器３５の燃焼部３５ｃに連通する第２連通路５ｃとに分岐部５ｄにより分岐されている。第２連通路５ｃは改質器３５の燃焼部３５ｃにカソードガス（外気）を燃焼用空気として供給する第３ポンプ５９（燃焼用空気搬送源）をもつ。これにより燃焼部３５ｃにおける燃焼が良好に行われる。分岐部５ｄは、第２ポンプ５２５２とフィルタ部５１との間に設けられている。

図４は改質用水供給部７を示す。図４に示すように、改質用水供給部７は、水源として機能する温水を貯留する貯湯槽７０と、改質水タンク７１と、貯湯槽７０と改質水タンク７１との間をつなぐ給水路７２と、給水路７２に設けられた水バルブ７３と、第１水精製器７４と、第２水精製器７５とを有する。第１水精製器７４および第２水精製器７５は水バルブ７３と改質水タンク７１との間に設けられている。第１水精製器７４は、第１ケース７４ａと、第１ケース７４ａに収容された第１水精製材７４ｃ（例えばイオン交換樹脂）とで形成されている。第２水精製器７５は、第２ケース７５ａと、第２ケース７５ａに収容された第２水精製材７５ｃ（例えば第２イオン交換樹脂）とで形成されている。改質水タンク７１は、水精製器７４，７５で精製された精製水を改質器３５において使用される改質水として溜める。改質水タンク７１は、改質水タンク７１に溜められている水を排出させるための排水バルブ７３をもつ。改質水タンク７１に溜められた改質水は、第４ポンプ７８（改質水搬送源）により改質器３５の蒸発部に供給される。原料水を補充するための水道管７９が貯湯槽７０に繋がる。貯湯槽７０の水は温水とされ、コージェネレーションとして使用される。ここで、水バルブ７３が開放されると、貯湯槽７０の水は第１水精製器７４、第２水精製器７５を順に流れて精製されて純水化され、改質水タンク７１に流れる。改質部３５ａの改質反応に使用される水は、高い純水度をもつことが好ましい。改質水タンク７１には、改質水タンク７１内の水量を検知する貯水センサ７７が設けられている。改質水タンク７１内の水は、第４ポンプ７８により改質器３５の蒸発部に供給され、水蒸気化され、改質器３５において水蒸気改質に使用される。

図５はスタック冷却部６を示す。図５に示すように、スタック冷却部６は、スタック１の冷却路１４に連通する循環路６０（冷媒搬送路）と、冷媒を循環路６０において循環させる第５ポンプ６１（冷媒搬送源）と、スタック１に対して並列に位置する冷媒精製器６２と、循環路６０に設けられた冷媒流量センサ６３と、循環路６０に設けられた加熱装置６４と、冷媒に含まれている空気を抜く空気抜け部６５と、熱交換器６６を備えている。循環路６０を流れる冷媒は、スタック１の冷却路１４に流れてスタック１を冷却するため、冷媒は加熱される。循環路６０の冷媒の熱は、熱交換器６６を介して温水路６７の温水に伝達され、最終的には貯湯タンク７０に温水として貯湯される。上記した冷媒精製器６２は、ケース６２ａと、ケース６２ａに収容されたイオン交換樹脂６２ｃとで形成されている。上記した冷媒は冷却水等の冷却液とされているが、スタック１における電気ロスの低減を考慮すると、電気絶縁性が高いものが好ましく、このためイオン交換樹脂６２ｃにより純水度を高める。

図１に示すように、交換部品を交換完了したとき作業者等により手動操作または交換時に自動操作される操作スイッチ８０（操作部）と、圧力センサ３８、貯水センサ７７、冷媒流量センサ６３、ガス流量センサ５３のそれぞれの信号が制御装置８に入力される。操作スイッチ８０は、脱硫器３４，水精製器７４，７５，冷媒精製器６２、フィルタ部５１の交換をそれぞれ個別に選別できる機能を有するスイッチである。従って、操作スイッチ８０は、脱硫器３４交換用のスイッチ機能，水精製器７４交換用のスイッチ機能，水精製器７５交換用のスイッチ機能，冷媒精製器６２交換用のスイッチ機能、フィルタ部５１交換用のスイッチ機能を併有する。

制御装置８は、バルブ１６Ａ，１６Ｃ，３２，３６，５７，７６、水バルブ７３、第１ポンプ３３、第２ポンプ５２，第３ポンプ５９、第４ポンプ７８、第５ポンプ６１、迂回バルブ５７等を制御する。第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に交換されたことを表示する水精製正常表示部８１が設けられている。第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に交換されなかったことを表示する水精製警報部８２が設けられている。冷媒精製器６２が正常に交換されたことを表示する冷媒精製正常表示部８３が設けられている。冷媒精製器６２が正常に交換されなかったことを表示する冷媒精製警報部８４が設けられている。脱硫器３４が正常に交換されたことを表示する脱硫正常表示部８５が設けられている。脱硫器３４が正常に交換されなかったことを表示する脱硫警報部８６が設けられている。フィルタ部５１が正常に交換されたことを表示するフィルタ正常表示部８７が設けられている。フィルタ部５１が正常に交換されなかったことを表示するフィルタ警報部８８が設けられている。

（第１水精製器７４および第２水精製器７５を交換する場合Ｉについて）
この場合、交換部品は第１水精製器７４および第２水精製器７５（図４参照）である。この場合、要素は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の水透過機能により貯水される改質水タンク７１である。操作スイッチ８０は第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換作業の終了時に操作される。まず、交換時には、燃料電池システムの発電は停止されているため、水バルブ７３は閉鎖され、第４ポンプ７８は停止している。次に、作業者が燃料電池システムの停止を確認した後、第１水精製器７４および第２水精製器７５を交換する。この場合、作業者は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の全体を新品に交換しても良い。あるいは、作業者は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の第１ケース７４ａおよび第２ケース７５ａをそのままにした状態で、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃを新品に交換しても良い。

なお、第１水精製器７４および第２水精製器７５は給水路７２にカプラで接続されている。カプラは蓋を付勢部材で付勢する構造であり、自動閉止機能を有する。従って、第１水精製器７４および第２水精製器７５が給水路７２から離脱されると、給水路７２から水が流出することはほとんどない。

交換終了したら、作業者は操作スイッチ８０を操作し、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換作業完了を制御装置８に知らせる。操作スイッチ８０の信号は制御装置８に入力される。操作スイッチ８０が操作されると、制御装置８は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換作業完了であることを認識できるように設定されている。この結果、制御装置８は、水バルブ７３を所定時間開弁させ、水源としての貯湯槽７０の水を第１水精製器７４および第２水精製器７５を介して改質水タンク７１に供給する。ここで、第１水精製器７４および第２水精製器７５が交換されて正常に取り付けられているとき、水バルブ７３の開弁時間に相当するぶんの水量が改質水タンク７１に貯水される。すなわち、改質水タンク７１に貯水される水量（改質水タンク７１の物理的状態）は、水バルブ７３の開弁時間に対応する。これに対して、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられていないときには、第１水精製器７４および第２水精製器７５等において水漏れ等が発生する。この場合、改質水タンク７１への通水量が制限され、改質タンク７１に溜まる貯水量は制限される。

制御装置８は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換後、操作スイッチ８０の操作から所定時間経過すると、運転部２のうち改質水タンク７１の貯水状態を貯水センサ７７から取得する取得操作を実行する。すなわち、貯水センサ７７により改質水タンク７１が所定の水量が貯水されていることが検知される場合には、第１水精製器７４および第２水精製器７５は交換されて正常に取り付けられたものと推定される。そこで制御装置８は、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられた旨を示す信号を水精製正常表示部８１に入力させる。これにより水精製正常表示部８１は、第１水精製器７４および第２水精製器７５が交換されて正常に取り付けられたことを示す表示を行う。作業者またはユーザーは、第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に交換されたことを認識することができる。

これに対して、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられていないとき、貯水センサ７７の検知信号に基づいて制御装置８が取得した改質水タンク７１の貯水状態が、第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常作動しているときにおける改質水タンク７１の貯水状態にならない。この場合、制御装置８は、水精製警報部８２に警報を出力する警報操作を実行する。これにより作業者は、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられなかったことを認識することができる。作業者は第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換取付作業を再び行うことが好ましい。従って、定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換部品（第１水精製器７４および第２水精製器７５）の交換を終了すると、作業者が操作スイッチ８０を操作すれば、制御装置８は当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換を良好に実施することができる。

なお、場合によっては、第１水精製器７４の第１水精製材７４ｃおよび第２水精製器７５の第２水精製材７５ｃうちのいずれか他方が劣化しにくい場合等には、第１水精製器７４および第２水精製器７５のうちの一方のみを交換することにしても良い。同様に、第１水精製器７４の第１水精製材７４ｃおよび第２水精製器７５の第２水精製材７５ｃうちの一方のみを交換することにしても良い。

ところで、第１水精製器７４には装填されている第１水精製材７４ｃは、粒状、塊状、片状、フレーク状、繊維状等をなす。第２水精製器７５も同様である。このため水を急激に第１水精製器７４および第２水精製器７５に供給する場合には、第１水精製器７４および第２水精製器７５から水が溢れるおそれがある。そこで、上記したように第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換作業の完了時に、水バルブ７３の開弁により改質水タンク７１に水を貯水させる場合には、水バルブ７３の開弁時間ｔ１および閉弁時間ｔ２が交互に繰り返されるように、水バルブ７３を間欠的に開弁させる。このため、水は、第１水精製器７４および第２水精製器７５に間欠的に少量ずつ供給される。これにより第１水精製器７４および第２水精製器７５における溢水を抑制しつつ、第１水精製器７４の第１水精製材７４ａおよび第２水精製器７５の第２水精製材７５ａに残留している空気を良好に排出させることができる。なお、燃料電池システムの定常運転（定格運転）時においても、水バルブ７３の開弁時間ｔ１および閉弁時間ｔ２が交互に繰り返される。なお、定格運転は、指定された条件において連続的に運転である最大出力をいう。定格運転の出力は一般的には銘板に記載されている。

図６は、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換の正否について、制御装置８が実行するフローチャートを示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図６に示すように、制御装置８は、水源としての貯湯槽７０の貯水センサ（図略）の信号を読み込み、貯湯槽７０に水が存在する（水張り状態）か否か判定し（ステップＳ１０２）、貯湯槽７０の水が不足すれば（ステップＳ１０２のＮＯ）、貯湯槽７０に水無しである旨の警報を出力する（ステップＳ１０４）。これにより作業者または制御装置８により貯湯槽７０に原料水が水道管７９から供給される。制御装置８は電源をオンし（ステップＳ１０６）、改質水タンク７１の貯水センサ７７の信号を読み込み、改質水タンク７１に貯水されているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。改質水タンク７１に貯水されていれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、改質水タンク７１の水抜き警報を行い、排水バルブ７３を開弁させ、改質水タンク７１の水抜きを行い、改質水タンク７１を空にする（ステップＳ１１０）。改質水タンク７１が空であれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、制御装置８は、水バルブ７３を時間ｔ１（例えばｔ１＝１．５秒）オンして開弁する（ステップＳ１１２，１１４）。その後、水バルブ７３を時間ｔ２（ｔ２＝５９秒）オフして閉弁する（ステップＳ１１６，１１８）。ｔ１およびｔ２は上記した値に限定されるものではなく、適宜変更できる。制御装置８は積算カウント数を１増加させる（ステップＳ１２０）。

制御装置８はカウント数がＡ回以内（例えばＡ＝１５）か判定する（ステップＳ１２２）。カウント数がＡ回以内であれば、カウント数がＡ回以内という条件のもとで、改質水タンク７１の貯水量が所定水量になったか否か判定する（ステップＳ１２４）。改質水タンク７１の貯水量が所定水量になっていなければ、ステップＳ１１２に戻り、引き続いて、制御装置８は、水バルブ７３を時間ｔ１（ｔ１＝１．５秒）開弁する（ステップＳ１１２，１１４）操作と、水バルブ７３を時間ｔ２（例えばｔ２＝５９５秒）閉弁させる操作（ステップＳ１１６，１１８）とを繰り返す。これにより改質水タンク７１に水を貯める。

カウント数がＡ回を超えても、改質水タンク７１の貯水量が所定水量にならなければ（ステップＳ１２４のＮＯ）、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられておらず、水漏れが発生しているおそれがある。そこで制御装置８はその旨を示す警報信号を水精製警報部８２に出力する（ステップＳ１３４）。これにより作業者またはユーザーは、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられていない旨を認識することができる。

上記したカウント数がＡ回以内という条件のもとで、改質水タンク７１の貯水量が所定水量になれば、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられた旨を示す正常信号を水精製正常表示部８１に出力する（ステップＳ１２６）。これにより作業者またはユーザーは、第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられた旨を認識することができる。

（第１水精製器７４および第２水精製器７５を交換する場合ＩＩについて）
図４に示すように、必要に応じて、改質水タンク７１に電気伝導度センサ７１ｒを搭載させても良い。この場合、第１水精製器７４および第２水精製器７５が交換された後、所定時間経過した後において、制御装置８は、電気伝導度センサ７１ｒにより改質水タンク７１の水の電気伝導度（電気絶縁度）を測定しても良い。この場合、改質水タンク７１の水の電気絶縁性が高い場合には、制御装置８は第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に交換されたと判定することができる。水精製材７４ｃ，７５ｃが不良品である場合にも、制御装置８は対処できる。

（水バルブ７３の開弁時間ｔ１について）
上記した第１水精製器７４および第２水精製器７５を交換する場合の制御にあたり、次のようにすることもできる。図７における定常運転の欄に示すように、燃料電池システムの定常運転（定格運転）時において、単位時間あたり水バルブ７３の開弁時間をｔｏ１とし、閉弁時間をｔｏ２とする。これに対して、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換の適否を判定するときには、単位時間あたり水バルブ７３の開弁時間をｔ１とし、閉弁時間をｔ２とする。

ここで、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換時において、改質タンクにできるだけ短時間で貯水できることが要請されている。ここで、第１水精製器７４の第１水精製材７４ｃおよび第２水精製器７５の第２水精製材７５ｃが新品であるとき、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃは汚れていないため、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃからの空気排出性は良好である。そこで、図７における例１に示すように、ｔ１＞ｔｏ１の関係にできる。この場合、第１水精製器７４および第２水精製器７５に対する間欠給水性（空気排出性）を確保しつつ、ｔ１＞ｔｏ１の関係であるため、第１水精製器７４および第２水精製器７５に供給される単位時間あたりの水量を増加させることができるため、改質水タンク７１に短時間で貯水できる利点が得られる。

また第１水精製器７４の第１水精製材７４ｃおよび第２水精製器７５の第２水精製材７５ｃが新品であっても、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃの充填度が高い場合がある。この場合、ビーズ状等の第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃにおける水透過性および空気排出性が制約される。そこで、交換した第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃの充填度等に対応するように、図７における例２に示すように、ｔ１＜ｔｏ１の関係とすることができる。この場合、第１水精製器７４および第２水精製器７５に対して供給される単位時間あたりの水量が減少する。このため第１水精製器７４および第２水精製器７５に対する間欠給水性が向上する。故に、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃの充填度が高いときであっても、第１水精製材７４ｃおよび第２水精製材７５ｃから空気を排出させる空気排出性および溢水性が良好に確保される利点が得られる。但し、第１水精製器７４および第２水精製器７５に供給される単位時間あたりの水量が減少するため、改質水タンク７１に貯水できる時間が長くなる。なお、ｔ１およびｔｏ１の具体的値については、燃料電池システムに応じて実験またはシミュレーション等により設定できる。

（冷媒精製器６２を交換する場合Ｉについて）
この場合、図５から理解できるように、交換部品は、冷媒精製機能および冷媒透過機能をもつ冷媒精製器６２である。この場合、要素は、冷媒精製器６２の冷媒透過機能により通水される循環路６０である。操作スイッチ８０は冷媒精製器６２の交換作業の終了時に操作される。まず、冷媒精製器６２の交換時には、燃料電池システムの発電は停止されているため、第５ポンプ６１および加熱装置６４は停止しており、循環路６０の水は停止されている。作業者は、燃料電池システムの停止を確認した後、冷媒精製器６２を交換する作業を行う。この場合、作業者は、冷媒精製器６２の全体を新品に交換しても良い。あるいは、作業者は、冷媒精製器６２のケース６２ａをそのままにした状態で、イオン交換樹脂６２ｃを新品に交換しても良い。なお冷媒精製器６２は循環路６０にカプラーで接続されるため、冷媒精製器６２の交換時には水の流出は少ない。

交換終了したら、作業者は操作スイッチ８０を操作し、交換完了を制御装置８に知らせる。操作スイッチ８０の信号は制御装置８に入力される。すると、制御装置８は、第５ポンプ６１を駆動させ、冷媒精製器６２を介して循環路６０の冷媒を循環させる。ここで、交換された冷媒精製器６２が循環路６０に正常に取り付けられているときには、循環路６０における冷媒流れが冷媒流量センサ６３の信号により検知される。すなわち、循環路６０を循環する冷媒の流量は、基本的には、第５ポンプ６１の駆動量（単位時間あたりの回転数）に対応する。これに対して、交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられていないときには、冷媒精製器６２において冷媒漏れ等が発生するため、循環路６０における冷媒の流量が制限される。

制御装置８は、操作スイッチ８０の操作から所定時間経過すると、運転部２のうち循環路６０の通水状態を冷媒流量センサ６３から取得する取得操作を実行する。すなわち、流量センサにより循環路６０に所定の冷媒の流量が流れていることが検知される場合には、冷媒精製器６２は交換されて正常に取り付けられたものと推定される。そこで制御装置８は、冷媒精製器６２が交換されて正常に取り付けられた旨を示す信号を冷媒精製正常表示部８３に入力させる。これにより冷媒精製正常表示部８３は、冷媒精製器６２が正常に取り付けられたことを示す表示を行う。

交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられていないとき、循環路６０における冷媒流量センサ６３の検知信号に基づいて制御装置８が取得した循環路６０の通水状態（単位時間あたりの流量、循環路６０の物理的状態）が、冷媒精製器６２が正常作動しているときにおける循環路６０の通水状態（単位時間あたりの流量を示す状態）にならない。この場合には、制御装置８は、冷媒精製警報部８４に警報を出力する警報操作を実行する。これにより作業者は、冷媒精製器６２が正常に取り付けられなかったことを認識することができる。作業者は冷媒精製器６２の交換取付作業を再び行うことが好ましい。従って、定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換部品（冷媒精製器６２）の交換を終了すると、作業者が操作スイッチ８０を操作すれば、制御装置８は当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換を良好に実施することができる。

ところで、冷媒精製器６２に装填されているイオン交換樹脂６２ｃは、粒状、塊状、片状、フレーク状、繊維状等をなす。このため、新品の冷媒精製器６２における空気排出を行うことが好ましい。そこで、上記したように冷媒精製器６２の交換作業の完了時における第５ポンプ６１の駆動量（単位時間あたりの回転数Ｎ２）を、定常運転（定格運転）時における第５ポンプ６１の駆動量（単位時間あたりの回転数Ｎ１）よりも増加させる。これにより冷媒を冷媒精製器６２に強制的に供給させる。この結果、冷媒精製器６２に残留している空気を、空気抜け部６５から強制的に排出させることができる。なお、場合によっては、Ｎ２＜Ｎ１の関係、Ｎ２＝Ｎ１の関係、Ｎ２≒Ｎ１の関係とすることができる。

図８は、冷媒精製器６２を交換した後に交換の正否を判定する制御装置８が実行するフローチャートの一例を示す。図８に示すように、電源をオンし（ステップＳ２０４）、第５ポンプ６１を単位時間あたりの回転数Ｎ２で起動させ（ステップＳ２０６）、所定時間Ｔ２駆動させる（ステップＳ２０８）。Ｔ２は、例えば１０秒〜１０分間の間の範囲内の任意値とすることができる。次に冷媒流量センサ６３の信号を読み込み、循環路６０を流れる冷媒流量が閾値以上か否か判定する（ステップＳ２１０）。循環路６０を流れる冷媒流量が閾値未満であれば、交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられなかったことに相当するため、制御装置８は警報信号を冷媒精製警報部８４に出力する（ステップＳ２１２）。これに対して、循環路６０を流れる冷媒流量が閾値以上であれば、交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられたことに相当するため、制御装置８は正常信号を冷媒精製正常表示部８３に出力する（ステップＳ２１４）。

（冷媒精製器６２を交換する場合ＩＩについて）
この場合、図５から理解できるように、交換部品は、冷媒精製機能および冷媒透過機能をもつ冷媒精製器６２である。この場合、要素は、冷媒精製器６２の冷媒透過機能により通水される循環路６０である。循環路６０の分岐路６０ｍにおいて冷媒精製器６２付近には、第２冷媒流量センサ６２ｘが設けられている。操作スイッチ８０は冷媒精製器６２の交換作業の終了時に操作される。

まず、冷媒精製器６２の交換時には、燃料電池システムの発電は停止されているため、第５ポンプ６１および加熱装置６４は停止しており、循環路６０の水は停止されている。作業者は、燃料電池システムの停止を確認した後、冷媒精製器６２を交換する作業を行う。この場合、作業者は、冷媒精製器６２の全体を新品に交換しても良い。あるいは、作業者は、冷媒精製器６２のケース６２ａをそのままにした状態で、イオン交換樹脂６２ｃを新品に交換しても良い。なお前述同様に、冷媒精製器６２は循環路６０にカプラーで接続されるため、冷媒精製器６２の交換時には水の流出は少ない。

交換終了したら、作業者は操作スイッチ８０を操作し、交換完了を制御装置８に知らせる。操作スイッチ８０の信号は制御装置８に入力される。すると、制御装置８は、第５ポンプ６１を駆動させ、冷媒精製器６２を介して循環路６０の冷媒を循環させる。ここで、交換された冷媒精製器６２が循環路６０に正常に取り付けられているとき、循環路６０における冷媒流れが第２冷媒流量センサ６２ｘの信号により検知される。すなわち、交換された冷媒精製器６２を循環する冷媒の流量は、基本的には、第２冷媒流量センサ６２ｘの検知流量に対応する。これに対して、交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられていないときには、冷媒精製器６２において冷媒漏れ等が発生するため、第２冷媒流量センサ６２ｘの検知流量が制限される。

制御装置８は、操作スイッチ８０の操作から所定時間経過すると、運転部２のうち冷媒精製器６２の通水状態を第２冷媒流量センサ６２ｘから取得する取得操作を実行する。すなわち、第２冷媒流量センサ６２ｘにより冷媒精製器６２に所定の冷媒の流量が流れていることが検知される場合には、冷媒精製器６２は交換されて正常に取り付けられたものと推定される。そこで制御装置８は、冷媒精製器６２が交換されて正常に取り付けられた旨を示す信号を冷媒精製正常表示部８３に入力させる。これにより冷媒精製正常表示部８３は、冷媒精製器６２が正常に取り付けられたことを示す表示を行う。

交換された冷媒精製器６２が正常に取り付けられていないとき、第２冷媒流量センサ６２ｘの検知信号に基づいて制御装置８が取得した冷媒精製器６２の通水状態（単位時間あたりの流量、冷媒精製器６２の物理的状態）が、冷媒精製器６２が正常のときにおける通水状態（単位時間あたりの流量を示す状態）にならない。この場合には、制御装置８は、冷媒精製警報部８４に警報を出力する警報操作を実行する。これにより作業者は、冷媒精製器６２が正常に取り付けられなかったことを認識することができる。作業者は冷媒精製器６２の交換取付作業を再び行うことが好ましい。従って、定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換部品（冷媒精製器６２）の交換を終了すると、作業者が操作スイッチ８０を操作すれば、制御装置８は当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換を良好に実施することができる。

第２冷媒流量センサ６２ｘの検知流量は、冷媒流量センサ６３の検知流量と相関性を有するため、第２冷媒流量センサ６２ｘを廃止し、制御装置８は冷媒流量センサ６３の検知流量で冷媒精製器６２の交換の適否を判定することもできる。第２冷媒流量センサ６２ｘの検知流量および冷媒流量センサ６３の検知流量は、第５ポンプ６１の駆動量（回転数）と相関関係を有する。このため、第５ポンプ６１の駆動量（回転数）で制御装置８は冷媒精製器６２の交換の適否を判定することも期待できる。

（冷媒精製器６２を交換する場合ＩＩＩについて）
図５に示すように、循環路６０、分岐路６０ｍまたは冷媒精製器６２に電気伝導度センサ６２ｒを搭載させても良い。この場合、冷媒精製器６２の水精製材６２ｃが交換された後、所定時間経過した後に、制御装置８は電気伝導度センサ６２ｒにより水の電気伝導度（電気絶縁度）を測定しても良い。この場合、水の電気絶縁性が高い場合には、冷媒精製器６２の精製材６２ｃの精製機能が正常に作用しているため、制御装置８は、冷媒精製器６２が正常に交換されたと判定することができる。この場合、冷媒精製器６２の精製材６２ｃの不良品である場合にも、制御装置８は対処できる。

（脱硫器３４を交換する場合）
この場合、交換部品は、改質用燃料原料に含有されている硫黄成分（有害成分）を低減させるための脱硫器３４である。この場合、要素は、脱硫器３４の下流に位置するガス供給路３１である。操作スイッチ８０は脱硫器３４の交換作業の終了時に操作される。まず、交換作業を開始するにあたり、燃料電池システムの発電は停止されている。このため、バルブ４１、遮断バルブ３２およびスタック入口バルブ１６Ａは閉鎖され、第１ポンプ３３は停止している。次に、作業者が燃料電池システムの停止を確認した後、脱硫器３４を交換する作業を行う。この場合、作業者は、脱硫器３４を新品に交換しても良い。あるいは、作業者は、脱硫剤のみを新品に交換しても良い。脱硫器３４はガス供給路３１にカプラーにより接続されているため、脱硫器３４の交換時にガス流出はほとんどない。

作業者による交換作業が終了したら、作業者は操作スイッチ８０を操作し、交換完了を制御装置８に知らせる。操作スイッチ８０の信号は制御装置８に入力される。制御装置８は、バルブ４１および改質器出口バルブ３６を閉鎖した状態で遮断バルブ３２を所定時間開弁させ、第１ポンプ３３を駆動させ、燃料原料源３０のガス状の燃料原料を改質器３５に向けて搬送する。制御装置８は、所定時間経過すると、遮断バルブ３２を閉鎖させ、ガス供給路３１のうち改質器出口バルブ３６と遮断バルブ３２とで形成される密閉空間を形成させる。

ここで、交換された脱硫器３４がガス供給路３１に正常に取り付けられているとき、第１ポンプ３３の駆動および駆動量（回転数）に相当するぶんのガス圧力をもつガス状の燃料原料がガス供給路３１に供給される。これによりガス供給路３１の当該密閉空間のガス圧力が上昇する。これに対して交換された脱硫器３４がガス供給路３１に正常に取り付けられていないとき、脱硫器３４においてガス漏れ等が発生するため、ガス供給路３１の当該密閉空間におけるガス圧力が制限される。

制御装置８は、操作スイッチ８０の操作から所定時間経過すると、運転部２のうちガス供給路３１におけるガス圧力値（ガス供給路３１の物理的状態）を圧力センサ３８から取得する取得操作を実行する。すなわち、改質器出口バルブ３６またはスタック入口バルブ１６Ａを閉弁した状態で、遮断バルブ３２を開放し、第１ポンプ３３を駆動し、燃料原料源３０のガス状の燃料原料を脱硫器３４を介してガス供給路３１に所定時間供給する。その後、遮断バルブ３２を閉弁して燃料原料の供給を停止する。この場合、交換した脱硫器３４の取付が正常であれば、遮断バルブ３２の閉弁時刻から所定時間ｔｃ経過したとしても、ガス供給路３１のうち当該密閉空間は高圧状態の圧力値Ｐ２に維持されている。従って、遮断バルブ３２の閉弁時刻から所定時間ｔｃ経過するとき、ガス供給路３１におけるガス圧力が所定圧力を超えていることが圧力センサ３８により検知される場合には、交換された脱硫器３４がガス供給路３１に正常に取り付けられたものと推定される。そこで制御装置８は、交換された脱硫器３４がガス供給路３１に正常に取り付けられた旨を示す信号を脱硫正常表示部８５に入力させる。これにより脱硫正常表示部８５は、脱硫器３４がガス供給路３１に正常に取り付けられたことを示す表示を行う。

これに対して、交換した脱硫器３４の取付が正常でなければ、遮断バルブ３２の閉弁時刻から所定時間ｔｃ経過すると、ガス供給路３１のうち当該密閉空間は、高圧状態の圧力値Ｐ２よりも低下する。このように脱硫器３４が正常に交換されていないときには、圧力センサ３８の検知信号に基づいて制御装置８が取得した密閉空間状のガス供給路３１の密閉空間のガス圧力値が、脱硫器３４が正常作動しているときにおけるガス供給路３１のガス圧力値にならない。この場合には、制御装置８は、脱硫警報部８６に警報を出力する警報操作を実行する。これにより作業者は、交換された脱硫器３４が正常に取り付けられなかったことを認識することができる。従って作業者は脱硫器３４の交換取付作業を再び行うことが好ましい。

燃料電池システムの定常運転時におけるガス供給路３１におけるガス圧力の圧力値をＰ１とし、脱硫器３４の交換が終了時におけるガス供給路３１の当該密閉空間のガス圧力の圧力値をＰ２とすると、Ｐ２＞Ｐ１の関係とされている。これにより脱硫器３４の交換取付に対する検査性を高めている。なお、Ｐ２は例えば ゲージ圧で例えば１０ｋＰａにできる。殊に、Ｐ２＞（２×Ｐ１）の関係とされている。但し、場合によっては、Ｐ２＝Ｐ１の関係、Ｐ２≒１の関係でも良い。

なお、ガス供給路３１のうち当該密閉空間における高圧状態の圧力値の低下により、ガス供給路３１のうち当該密閉空間における高圧状態の圧力変化率に基づいて、脱硫器３４の交換の適否を判定することにしているが、これに限らず、脱硫器３４の交換が正常であれば、脱硫器３４による脱硫作用は良好であるため、脱硫器３４を通過した硫黄成分の濃度に基づいて、制御装置８は脱硫器３４の交換の適否を判定しても良い。

（フィルタ部５１を交換する場合について）
この場合、交換部品はフィルタ部５１である。この場合、要素は、フィルタ部５１の下流に位置するカソードガス通路５０である。操作スイッチ８０は、フィルタ部５１の交換作業の終了時に操作される。まず、フィルタ部５１を交換する交換作業を開始するにあたり、燃料電池システムの発電は停止されている。このため、第２ポンプ５２および第３ポンプ５９は停止し、スタック入口バルブ１６Ｃおよび迂回バルブ５７は閉弁されている。次に、作業者が燃料電池システムの停止を確認した後、フィルタ部５１を交換する作業を行う。

フィルタ部５１の交換作業が終了したら、作業者は操作スイッチ８０を操作し、交換完了を制御装置８に知らせる。すると、操作スイッチ８０の信号は制御装置８に入力される。制御装置８は、スタック入口バルブ１６Ｃおよび迂回バルブ５７を開弁させ、第２ポンプ５２を駆動させ、外気である空気をフィルタ部５１に通過させて加湿器５４の加湿路５４ａを介してスタック１のカソード極１１に供給する。スタック１に供給された空気は、加湿器５４の吸湿路５４ａまたは迂回路５６を介して排出される。

ここで、交換されたフィルタ部５１がカソードガス通路５０に正常に取り付けられているとき、第２ポンプ５２の駆動に相当する空気の流量（カソードガス通路５０の物理的状態）が、ガス流量センサ５３により検知される。これに対して、交換されたフィルタ部５１がカソードガス通路５０に正常に取り付けられていないとき、カソードガス通路５０における流量（ガス流量センサ５３により検知される流量）が異状値となる。

従って制御装置８は、操作スイッチ８０の操作から所定時間経過すると、運転部２のうちカソードガス通路５０における空気の流れ状態をガス流量センサ５３から取得する取得操作を実行する。すなわち、スタック入口バルブ１６Ｃおよび迂回バルブ５７を開弁した状態で、第２ポンプ５２を駆動し、外気をフィルタ部５１を介してカソードガス通路５０に所定時間供給する。この場合、交換したフィルタ部５１の取付が正常であれば、カソードガス通路５０を流れる空気の単位時間当たりの流量は、所定範囲内に納まる。この場合、交換されたフィルタ部５１が正常に取り付けられたものと推定される。そこで制御装置８は、フィルタ部５１が交換されて正常に取り付けられた旨を示す信号をフィルタ正常表示部８７に入力させる。これによりフィルタ正常表示部８７は、フィルタ部５１が正常に取り付けられたことを示す表示を行う。

これに対して、交換したフィルタ部５１の取付が正常でなければ、ガス流量センサ５３の検知信号に基づいて制御装置８が取得したカソードガス通路５０の空気の単位時間当たりの搬送流量が、フィルタ部５１が正常作動しているときにおけるカソードガス通路５０を流れる空気の搬送流量にならない。この場合、制御装置８は、フィルタ警報部８８に警報を出力する警報操作を実行する。これにより作業者は、交換されたフィルタ部５１が正常に取り付けられなかったことを認識することができる。従って作業者はフィルタ部５１の交換取付作業を再び行うことが好ましい。従って、定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換部品（フィルタ部５１）の交換を終了すると、作業者が操作スイッチ８０を操作すれば、制御装置８は当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換を良好に実施することができる。

ここで、燃料電池システムの定常運転（定格運転）時におけるカソードガス通路５０における空気の単位時間当たりの搬送流量をＶＡとし、フィルタ部５１の交換の終了時におけるカソードガス通路５０の空気の単位時間当たりの搬送流量をＶＢとすると、ＶＡ＞ＶＢの関係、ＶＡ＜ＶＢの関係、ＶＡ＝ＶＢの関係、ＶＡ≒ＶＢの関係のいずれでも良い。ＶＡ＜ＶＢの関係の場合には、フィルタ部５１の正常取り付けの適否が良好に検知できる。ＶＡ＞ＶＢの関係の場合には、スタック１のカソード極１１に空気が流れる空気量が低減されるため、アノードガスがスタック１のアノード極１０に供給されていないときであっても、スタック１のイオン伝導膜１３に対する負荷が軽減され、イオン伝導膜１３の保護性を向上させ得る。ＶＡ＝ＶＢの関係、ＶＡ≒ＶＢの関係の場合には、空気量が定常運転（定格運転）と同程度となるため、制御が簡便となる。

また、フィルタ部５１の交換の適否を判定するにあたり、スタック入口バルブ１６Ｃが閉弁され、スタック１のカソード極１１に空気を供給しないようにした状態で、第２ポンプ５２および第３ポンプ５９を駆動させて行っても良い。この場合、第３ポンプ５９で搬送される空気は改質器３５の燃焼部３５ｃから排出されるものの、空気はスタック１のカソード極１１に供給されない。このため、アノードガスがスタック１のアノード極１０に供給されていないときであっても、スタック１のイオン伝導膜１３に対する負荷が軽減される。

（メンテナンス時に交換部品をまとめて交換する場合について）
メンテナンス時に交換部品をまとめて交換する場合の一例について説明する。操作スイッチ８０は、脱硫器３４，水精製器７４，７５，冷媒精製器６２、フィルタ部５１の交換作業の終了に共通化されている共通スイッチとされている。この場合、燃料電池システムの発電運転が停止している状態で、作業者は、脱硫器３４、フィルタ部６１、冷媒精製器６２、水精製器７４，７５を新品に交換する。交換作業が終了すると、作業者は操作スイッチ８０を手動で操作する。

図９は、交換の正否について制御装置８が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図９に示すように、制御装置８は、操作スイッチ８０の状態を読み込み（ステップＳ４０２）、操作スイッチ８０が操作されているか否かを判定する（ステップＳ４０４）。操作スイッチ８０が操作されているとき、制御装置８０は燃料原料封入処理を行う（ステップＳ４０６）。すなわち、図２から理解できるように、制御装置８は、改質器出口バルブ３６を閉鎖した状態で、遮断バルブ３２を所定時間開弁させ、第１ポンプ３３を所定時間駆動させ、燃料原料源３０のガス状の燃料原料を改質器３５に向けて搬送する。所定時間経過すると、改質器出口バルブ３６を閉鎖した状態で、遮断バルブ３２を閉鎖させ、第１ポンプ３３を停止させ、ガス供給路３１のうち改質器出口バルブ３６と遮断バルブ３２とで形成される密閉空間を形成させる。この結果、第１ポンプ３３の駆動および駆動量（回転数）に相当するぶんのガス圧力をもつガス状の燃料原料がガス供給路３１に供給される。これによりガス供給路３１の当該密閉空間のガス圧力が高圧となる。

次に、制御装置８はカソードガス供給処理を行う（ステップＳ４０８）。すなわち、制御装置８は、スタック入口バルブ１６Ｃおよび迂回バルブ５７を開弁させ、第２ポンプ５２を駆動させ、外気である空気をフィルタ部５１に通過させて加湿器５４の加湿路５４ａを介してスタック１のカソード極１１に供給する。スタック１に供給された空気は、加湿器５４の吸湿路５４ａまたは迂回路５６を介して排出される。

次に、制御装置８は水精製処理を行う（ステップＳ４１０）。すなわち、制御装置８は、水バルブ７３を所定時間開弁させ、水源としての貯湯槽７０の水を第１水精製器７４および第２水精製器７５を介して改質水タンク７１に供給する。ここで、交換された第１水精製器７４および第２水精製器７５が正常に取り付けられているとき、水バルブ７３の開弁時間に相当するぶんの水量が改質水タンク７１に貯水される。

次に、制御装置８はスタック冷媒循環処理を行う（ステップＳ４１２）。すなわち、制御装置８は、第５ポンプ６１を駆動させ冷媒精製器６２を介して循環路６０の冷媒を循環させる。

次に、制御装置８はタイマーをスタートさせる。タイマースタートから第１所定時間ＴＡ経過していたら（ステップＳ４１６のＹＥＳ）、制御装置８は、冷媒流量センサ６３の信号を読み込み、循環路６０の冷媒流量センサ６３が所定流量以上を示すか否か判定する（ステップＳ４１８）。冷媒流量センサ６３が所定流量以上を示せば（ステップＳ４１８のＹＥＳ）、制御装置８は、冷媒精製器６２の正常表示を冷媒精製正常表示部８３に出力する（ステップＳ４２２）。冷媒流量センサ６３が所定流量以上を示さなければ（ステップＳ４１８のＮＯ）、制御装置８は、冷媒精製器６２の交換が正常ではない警報を冷媒精製警報部８４に出力する（ステップＳ４２２）。

また、タイマースタートから第２所定時間ＴＢ（ＴＢ＞ＴＡ）。経過していたら（ステップＳ４２６のＹＥＳ）、制御装置８は、カソードガス通路５０のガス流量センサ５３の信号を読み込み、ガス流量センサ５３が所定流量以上を示すか否か判定する（ステップＳ４２８）。ガス流量センサ５３が所定流量以上を示せば（ステップＳ４２８のＹＥＳ）、制御装置８は、フィルタ部５１の正常表示をフィルタ正常表示部８７に出力する（ステップＳ４３２）。ガス流量センサ５３が所定流量以上を示さなければ（ステップＳ４２８のＮＯ）、制御装置８は、フィルタ部５１の交換が正常ではない警報をフィルタ警報部８８に出力する（ステップＳ４３０）。

また、タイマースタートから第３所定時間ＴＣ（ＴＣ＞ＴＢ＞ＴＡ）経過していたら（ステップＳ４３６のＹＥＳ）、制御装置８は改質水タンク７１の貯水センサ７７の信号を読み込み、貯水センサ７７が所定貯水量以上を示すか否か判定する（ステップＳ４３８）。貯水センサ７７が所定流量以上を示せば（ステップＳ４３８のＹＥＳ）、制御装置８は、水精製器７４，７５の正常表示を水精製正常表示部８１に出力する（ステップＳ４４２）。貯水センサ７７が所定水量以上を示さなければ（ステップＳ４３８のＮＯ）、制御装置８は、水精製器７４，７５の交換が正常ではない警報を水精製警報部８２に出力する（ステップＳ４４０）。

また、タイマースタートから第４所定時間ＴＤ（ＴＤ＞ＴＣ＞ＴＢ＞ＴＡ）経過していたら（ステップＳ４４６のＹＥＳ）、制御装置８は、ガス供給路３１の圧力センサ３８の信号を読み込み、圧力センサ３８が所定圧力以上を示すか否か判定する（ステップＳ４４８）。圧力センサ３８が所定圧力値以上を示せば（ステップＳ４４８のＹＥＳ）、制御装置８は、脱硫器３４の正常表示を脱硫正常表示部８５に出力する（ステップＳ４５２）。圧力センサ３８が所定圧力値以上を示さなければ（ステップＳ４５０のＮＯ）、制御装置８は、脱硫器３４の交換が正常ではない警報を脱硫警報部８６に出力する（ステップＳ４５０）。全て終了か判定し（ステップＳ４５６）、終了でなければ、ステップＳ４１６に戻る。終了であれば、メインルーチンにリターンする。なお、ＴＤ＞ＴＣ＞ＴＢ＞ＴＡとされているが、これに限定されるものではない。

以上説明したように定期的または不定期的なメンテナンスにおいて、作業者が交換する必要がある交換部品（脱硫器３４，水精製器７４，７５，冷媒精製器６２、フィルタ部５１）の交換を終了すると、作業者が操作スイッチ８０（操作部）をする。すると、制御装置８は、当該交換部品が正常に取り付けられたかどうか否かの判定を自動的に実行する。従って、燃料電池システムに対して詳細な知識を必ずしも有しない作業者等であっても、交換を良好に実施することができる。

（その他）
上記した実施形態によれば、脱硫器３４，水精製器７４，７５，冷媒精製器６２、フィルタ部５１をそれぞれ交換することにしているが、メンテナンス時において、脱硫器３４，水精製器７４，７５，冷媒精製器６２、フィルタ部５１のうちのいずれか一つのみ、あるいは、二つのみ、あるいは、三つのみを交換することにしても良い。上記した実施形態によれば、ガス供給路３１において改質器３５とスタック１との間に圧力センサ３８が設けられているが、これに限らず、改質器出口バルブ３６とスタック入口バルブ１６Ａとの間に設けられていても良い。この場合、スタック入口バルブ１６Ａと遮断バルブ３２との間の密閉空間の圧力を、圧力センサ３８を検知する。

上記した実施形態によれば、第１水精製器７４および第２水精製器７５の交換作業の完了時に、水バルブ７３の開弁時間および閉弁時間が交互に繰り返されるが、これに限らず、水バルブ７３を連続的に開弁させる形態でも良い。本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。上記した記載から次の技術的思想を把握できる。
［付記項１］アノード流体が供給されるアノード極およびカソード流体が供給されるカソード極をもつ燃料電池と、アノード流体を燃料電池のアノード極に供給するアノード流体供給部と、カソード流体を燃料電池のカソード極に供給するカソード流体供給部とを具備する燃料電池システム。
［付記項２］付記項１において、前記燃料電池の発電運転に直接的または間接的に寄与する機能を有する交換可能な交換部品と、前記交換部品が有する機能のうちの少なくとも一つの機能を利用する要素とを備えている燃料電池システム。
［付記項３］付記項２において、前記燃料電池の前記アノード極に前記アノード流体および前記燃料電池の前記カソード極に前記カソード流体を供給して前記燃料電池を発電運転させる運転部と、前記運転部のうち前記交換部品を交換した後における前記要素の状態を取得する取得操作と、取得した前記要素の状態が前記交換部品が正常作動しているときにおける前記要素の状態にならないとき、警報を出力する交換適否操作とを実行する制御装置とを具備する燃料電池システム。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。

実施例に係り、燃料電池システムの概略を示すブロック図である。 実施例に係り、アノードガス供給部の概略を示す配管図である。 実施例に係り、カソードガス供給部の概略を示す配管図である。 実施例に係り、改質水供給部の概略を示す配管図である。 実施例に係り、スタック冷却部の概略を示す配管図である。 実施例に係り、制御装置が実行するフローチャートである。 実施例に係り、水バルブの開弁時間および閉弁時間を示すタイミングチャートである。 実施例に係り、制御装置が実行するフローチャートである。 実施例に係り、制御装置が実行するフローチャートである。

符号の説明

１はスタック（燃料電池）、１０はアノード極、１１はカソード極、１３はイオン伝導膜、１４は冷却路、２は運転部、３はアノードガス供給部（アノード流体ス供給部）、３１はガス供給路（燃料原料通路，要素）、３０は改質用燃料原料源、３２は遮断バルブ、３３は第１ポンプ、３４は脱硫器（交換部品）、３５は改質器、３８は圧力センサ、４１は分岐バルブ、５はカソードガス供給部（カソード流体供給部）、５０はカソードガス通路（要素）、５１はフィルタ部（塵埃低減部，交換部品）、５２は第２ポンプ、５３はガス流量センサ、５４は加湿器、６はスタック冷却部、６０は循環路（要素）、６１は第５ポンプ、６２は冷媒精製器（交換部品）、７は改質水供給部、７０は貯湯槽、７１は改質水タンク（要素）、７２は給水路、７３は水バルブ、７４は第１水精製器（交換部品）、７５は第２水精製器（交換部品）、７７は貯水センサ、８０は操作部を示す。

Claims (11)

1. （ｉ）アノード流体が供給されるアノード極およびカソード流体が供給されるカソード極をもつ燃料電池と、
   （ｉｉ）前記燃料電池の発電運転に直接的または間接的に寄与する機能を有する交換可能な交換部品と、前記交換部品が有する機能のうちの少なくとも一つの機能を利用する要素とを備えており、前記燃料電池の前記アノード極に前記アノード流体および前記燃料電池の前記カソード極に前記カソード流体を供給して前記燃料電池を発電運転させる運転部と、
   （ｉｉｉ）前記運転部のうち前記交換部品を交換した後における前記要素の状態を取得する取得操作と、取得した前記要素の状態が前記交換部品が正常作動しているときにおける前記要素の状態にならないとき、警報を出力する交換適否操作とを実行する制御装置とを具備する燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記交換部品が交換されたとき自動または手動で操作される操作部が設けられており、前記制御装置は前記操作部が操作されるとき、前記取得操作および前記交換適否操作を自動的に実行する燃料電池システム。
3. 請求項１または２において、前記運転部は、前記アノード流体を前記燃料電池の前記アノード極に供給するアノード流体供給部と、前記カソード流体を前記燃料電池の前記カソード極に供給するカソード流体供給部とを備えており、
   前記アノード流体供給部は、前記燃料電池の前記アノード極に供給される前記アノード流体を燃料原料から改質させる改質器と、原料水を精製させる水精製材を有する水精製器と、前記水精製器で精製された精製水を前記改質器において使用される改質水として溜める改質水タンクとを備えており、
   前記交換部品は前記水精製器であり、前記要素は前記改質水タンクであり、
   前記制御装置は、前記水精製器の交換作業後において、前記運転部のうち前記改質水タンクの状態を取得し、取得した前記改質水タンクの状態が、前記水精製器が正常作動しているときにおける前記改質水タンクの状態にならないとき、前記警報を出力する燃料電池システム。
4. 請求項３において、前記制御装置は、前記原料水を前記水精製器に供給する水源の水が不足するとき警報を出力する燃料電池システム。
5. 請求項３または４において、前記制御装置は、前記改質水タンクの貯水状態を取得するにあたり、前記水精製器に供給する前記原料水の単位時間あたりの流量を前記燃料電池の定常運転時よりも少なくするか、あるいは、多くするか、あるいは、定常運転時に対応させる燃料電池システム。
6. 請求項１または２において、前記運転部は、前記アノード流体を前記燃料電池の前記アノード極に供給するアノード流体供給部と、前記カソード流体を前記燃料電池の前記カソード極に供給するカソード流体供給部とを備えており、
   前記カソード流体供給部は、前記燃料電池の前記カソード極に供給される前記カソード流体を透過させ且つ前記カソード流体に含まれている塵埃を低減させる塵埃低減部と、定常運転時において前記塵埃低減部を透過した前記カソード流体が前記燃料電池の前記カソード極に向けて流れるカソード流体通路とを備えており、
   前記交換部品は前記塵埃低減部であり、前記要素は前記カソード流体通路であり、
   前記制御装置は、前記塵埃低減部の交換作業後において、前記運転部のうち前記カソード流体通路における前記カソード流体の状態を取得し、取得した前記カソード流体通路の状態が、前記塵埃低減部が正常作動しているときにおける前記カソード流体通路の状態にならないとき、前記警報を出力する燃料電池システム。
7. 請求項６において、前記制御装置は、前記カソード流体通路における前記カソード流体の通過状態を取得するにあたり、前記塵埃除去部を透過させる前記カソード流体の単位時間あたりの流量を前記燃料電池の定常運転時よりも少なくするか、あるいは、多くするか、あるいは、定常運転時に対応させる燃料電池システム。
8. 請求項６または７において、前記改質用燃料原料を改質させて前記アノード流体を形成する前記改質部と燃焼用燃料を燃焼用空気を用いて燃焼させることにより前記改質部を加熱する燃焼部とを有する改質器が設けられており、
   前記カソード流体通路は、前記燃料電池の前記カソード極に連通する第１連通路と、前記改質器の前記燃焼部に連通する第２連通路とに分岐されており、前記制御装置は、前記塵埃除去部の交換作業後において、前記カソード流体通路における前記カソード流体の状態を取得するにあたり、交換後の前記塵埃除去部を透過させた前記カソード流体を前記第２連通路に供給し、且つ、前記カソード流体が前記第１連通路および前記カソード極に流れることを制限させる燃料電池システム。
9. 請求項１または２において、前記運転部は、前記アノード流体を前記燃料電池の前記アノード極に供給するアノード流体供給部と前記カソード流体を前記燃料電池の前記カソード極に供給するカソード流体供給部とを備えており、
   前記アノード流体供給部は、前記燃料電池の前記アノード極に供給される前記アノード流体を前記改質用燃料原料から改質させる改質器と、改質前の前記改質用燃料原料を前記改質器に向けて流す燃料原料通路と、前記改質器に供給される前の前記改質用燃料原料に含まれている有害成分を低減させる有害成分低減器とを備えており、
   前記交換部品は前記有害成分低減器であり、前記要素は前記燃料原料通路であり、
   前記制御装置は、前記有害成分低減器の交換作業後において、前記運転部のうち前記燃料原料通路の状態を取得し、取得した前記燃料原料通路の状態が、前記有害成分低減器が正常作動しているときにおける前記燃料原料通路の状態にならないとき、前記警報を出力する燃料電池システム。
10. 請求項１または２において、前記運転部は、前記燃料電池を冷却する燃料電池冷却部を備えており、前記燃料電池冷却部は、前記燃料電池を冷却する前記冷却路に冷媒を流す冷媒搬送路と、前記冷媒搬送路を流れる前記冷媒の電気伝導度を低下させる冷媒精製器とを備えており、
    前記交換部品は前記冷媒精製器であり、前記要素は前記冷媒搬送路であり、
    前記制御装置は、前記冷媒精製器の交換作業後において、前記運転部のうち前記冷媒搬送路の流れ状態を取得し、取得した前記冷媒搬送路の流れ状態が、前記冷媒精製器が正常作動しているときにおける前記冷媒搬送路の流れ状態にならないとき、前記警報を出力する燃料電池システム。
11. 請求項１〜１０のうちの一項において、前記交換部品は複数個であり、前記要素は複数個であり、
    前記制御装置は、前記操作部の操作に基づいて、前記運転部のうち複数の前記交換部品に対応する複数の前記要素の状態をそれぞれ取得し、取得した複数の前記要素のうち少なくとも一つの状態が、各前記交換部品が正常作動しているときにおける前記要素の状態にならないとき、前記警報を出力する燃料電池システム。

Images