JP2013069618A - 温度検出装置故障判定装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】温度検出装置故障判定装置において、故障判定を早期かつ確実に行う。
【解決手段】温度検出装置故障判定装置においては、供給された可燃ガスが燃焼される燃焼部の温度を検出する温度検出装置と、燃焼部の温度を安定に保つべく燃料電池を一定の出力で発電する第１の温度安定手段（ステップ３０４）と、第１の温度安定手段により燃料電池の発電出力を一定にしている第１の期間中における燃焼検出装置による検出信号が周期的に振動しかつ最小値と最大値との差が第１の所定値以上である場合、温度検出装置は接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、温度検出装置は接触不良でないと判定する第１の判定手段（ステップ３１２）と、を備えている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、温度検出装置故障判定装置および燃料電池システムに関する。

温度検出装置故障判定装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図９に示されているように、温度検出装置故障判定装置は、高温焼成炉１７内の炉内温度Ｔｃｓが設定温度Ｔｓ未満のときに、設定温度Ｔｓと設定時間ｔ２とから目標温度Ｔｔを算出し、目標温度Ｔｔが高温焼成炉１７内の炉内温度Ｔｃｓを超えている場合はマイクロ波を出力し、未満である場合はマイクロ波の出力を停止し、さらに目標温度Ｔｔと炉内温度Ｔｃｓの差の絶対値が所定温度Ｘ℃以上であって、その状態がｙ回連続した場合に異常を検知するようになっている。これにより、補助熱電対１９が完全に断線する前にその異常を検知することが可能となり、高温焼成炉１７内の被処理体の損傷を防ぐことができる。

特開２００７−２７８６１１号公報

上述した特許文献１に記載されている温度検出装置故障判定装置においては、設定温度Ｔｓと設定時間ｔ２とから目標温度Ｔｔを算出しなければならないので、異常を検知するために比較的時間がかかる。また、算出された目標温度Ｔｔが正確でないおそれがあり、その場合には誤判定するおそれがある。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、温度検出装置故障判定装置において、故障判定を早期かつ確実に行うことを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る温度検出装置故障判定装置の発明は、燃料電池を有する燃料電池システムに適用される温度検出装置故障判定装置であって、供給された可燃ガスが燃焼される燃焼部の温度を検出する温度検出装置と、燃焼部の温度を安定に保つべく燃料電池を一定の出力で発電する第１の温度安定手段と、第１の温度安定手段により燃料電池の発電出力を一定にしている第１の期間中における燃焼検出装置による検出信号が周期的に振動しかつ最小値と最大値との差が第１の所定値以上である場合、温度検出装置は接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、温度検出装置は接触不良でないと判定する第１の判定手段と、を備えている。

また請求項２に係る温度検出装置故障判定装置の発明は、請求項１において、温度検出装置は、検出対象の温度を検出する熱接点で異なる種類からなる２本の金属線を接合されている熱電対から構成されており、熱電対の熱接点は燃焼部の火炎の範囲の境界に位置するように配置され、熱電対の金属線は火炎の範囲から離れるように配置され、第１の判定手段による判定の後に、燃焼部の温度を第１の期間中の温度より高い温度で安定に保つべく可燃ガスを第１の期間中の流量より増大させて供給する第２の温度安定手段と、第２の温度安定手段により可燃ガスを一定の供給流量で供給している第２の期間における燃焼検出装置による検出信号の偏差が第２の所定値未満である場合、熱電対は短絡状態であると判定し、一方、そうでない場合、熱電対は短絡状態でないと判定する第２の判定手段と、を備えている。

また請求項３に係る温度検出装置故障判定装置の発明は、請求項１または請求項２において、各判定手段による判定は、温度検出装置を校正する校正処理と併せて行われている。

また請求項４に係る温度検出装置故障判定装置の発明は、請求項３において、各判定手段によって温度検出装置が異常であると判定された場合には、校正処理は行われない。

また請求項５に係る燃料電池システムの発明は、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の温度検出装置故障判定装置と、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質水を蒸発して改質部に供給する蒸発部と、燃料電池からのアノードオフガスが燃焼されて改質部および蒸発部を加熱する燃焼部と、を備えている。

燃焼部において燃焼温度が所定の期間にて所定の温度（比較的高温）に安定に保たれている場合に、燃焼検出装置が接触不良である場合には、その検出信号が比較的大きな振幅にて周期的に振動することを本願発明者は見出した。これにより、上記のように構成した請求項１に係る発明においては、第１の温度安定手段が、燃焼部の温度を安定に保つべく燃料電池を一定の出力で発電し、第１の判定手段が、第１の温度安定手段により燃料電池の発電出力を一定にしている第１の期間中における燃焼検出装置（供給された可燃ガスが燃焼される燃焼部の温度を検出する。）による検出信号が周期的に振動しかつ最小値と最大値との差が第１の所定値以上である場合、温度検出装置は接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、温度検出装置は接触不良でないと判定する。このように、燃焼部の温度を安定させた所定の期間中において、燃焼検出装置による検出信号のみを使用して、温度検出装置が接触不良であるか否かを判定することができる。よって、温度検出装置故障判定装置において、故障判定を早期かつ確実に行うことができる。

温度検出装置が熱電対から構成されている場合がある。熱電対は、検出対象の温度を検出する熱接点で異なる種類からなる２本の金属線を接合されている。熱電対の熱接点で検出対象の温度を検出するが、熱電対の２本の金属線が途中で短絡すると、その短絡した点での温度を検出することになる。熱電対の熱接点が燃焼部の火炎の範囲の境界に位置するように配置され、熱電対の金属線が火炎の範囲から離れるように配置されている場合に、熱電対の２本の金属線が途中で短絡すると、火炎から離れた場所の温度すなわち火炎の温度より低い温度が検出されることになる。そのため、燃焼部の燃焼温度を変化させた場合に、熱電対が短絡している場合には、火炎から離れた場所の温度を検出した検出信号の偏差は燃焼部の燃焼温度の偏差に比較して小さい。

このことを利用して、上記のように構成した請求項２に係る発明においては、温度検出装置は、検出対象の温度を検出する熱接点で異なる種類からなる２本の金属線を接合されている熱電対から構成されており、熱電対の熱接点は燃焼部の火炎の範囲の境界に位置するように配置され、熱電対の金属線は火炎の範囲から離れるように配置されている。また、第２の温度安定手段が、第１の判定手段による判定の後に、燃焼部の温度を第１の期間中の温度より高い温度で安定に保つべく可燃ガスを第１の期間中の流量より増大させて供給し、第２の判定手段が、第２の温度安定手段により可燃ガスを一定の供給流量で供給している第２の期間における燃焼検出装置による検出信号の偏差が第２の所定値未満である場合、熱電対は短絡状態であると判定し、一方、そうでない場合、熱電対は短絡状態でないと判定する。

このように、燃焼部の燃焼温度を変化させ、燃焼検出装置による検出信号の偏差を閾値と比較することで、熱電対が短絡しているか否かを判定することができる。よって、温度検出装置故障判定装置において、故障の種類を判別することができ、また故障判定を早期かつ確実に行うことができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、各判定手段による判定は、温度検出装置を校正する校正処理と併せて行われている。これにより、温度検出装置を判定する処理を別に行うのでなく、校正処理と併せて行うことができるので、単独で行う場合と比較して処理時間を短縮することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項３において、各判定手段によって温度検出装置が異常であると判定された場合には、校正処理は行われない。これにより、間違った温度検出装置の検出結果に基づいて校正されることを防止することができる。

上記のように構成した請求項５に係る燃料電池システムの発明においては、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の温度検出装置故障判定装置と、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質水を蒸発して改質部に供給する蒸発部と、燃料電池からのアノードオフガスが燃焼されて改質部および蒸発部を加熱する燃焼部と、を備えている。これにより、上述した作用・効果を得る燃料電池システムを提供することができる。

本発明による温度検出装置故障判定装置を適用した燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 (ａ)は、燃料電池を上方からみた上面図であり、（ｂ）は、正常な状態である熱電対を拡大した部分拡大断面図であり、（ｃ）は、短絡状態である熱電対を拡大した部分拡大断面図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 図３に示す制御装置で実行される制御プログラム（メインプログラム）のフローチャートである。 図３に示す制御装置で実行される制御プログラム（温度安定待ち・校正サブルーチン）のフローチャートである。 図３に示す制御装置で実行される制御プログラム（断線異常検知サブルーチン）のフローチャートである。 図３に示す制御装置で実行される制御プログラム（短絡異常検知サブルーチン）のフローチャートである。 図４に示すフローチャートを実行したときの一実施例を示すタイムチャートである。 本発明による温度検出装置故障判定装置を適用した燃料電池システムの他の実施形態の概要を示す概要図である。 図９に示す燃焼部を示す断面図である。

以下、本発明による温度検出装置判定装置を適用した燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。

筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２より上方および下方に第１室Ｒ１および第２室Ｒ２が形成される。

燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４を備えている。

ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造により支持されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。

蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともにその改質水供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。

また、蒸発部２２には、燃料供給源（図示省略）からの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、上流から順番に一対の原料バルブ（図示省略）、流量センサ４２ａ、脱硫器４２ｂ、および原料ポンプ４２ｃが設けられている。原料バルブは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。流量センサ４２ａは、燃料電池２４に供給されている燃料（改質用原料）の流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。脱硫器４２ｂは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。原料ポンプ４２ｃは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって燃料供給源からの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。

改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。

燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。

セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。

燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａ（カソードエア送出（送風）手段）によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。

燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２および改質部２３との間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎）によって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。このように、燃焼空間Ｒ３が、燃料電池２４からのアノードオフガスと燃料電池２４からのカソードオフガスとが燃焼されて改質部２３を加熱する燃焼部２６である。燃焼部２６は、供給された可燃ガスが燃焼されるものである。可燃ガスは、燃えるガスであり、本実施形態では改質用燃料、アノードオフガスである。

燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、燃焼部２６には、燃焼部２６の温度を検出する温度検出装置２６ｂが設けられている。温度検出装置２６ｂは、一対の熱電対２６ｂ１，２６ｂ２から構成されている。熱電対２６ｂ１は、蒸発部２２と燃料電池２４との間に配設され、熱電対２６ｂ１は、改質部２３と燃料電池２４との間に配設されている。熱電対２６ｂ１，２６ｂ２の検出結果（検出（出力）信号）は制御装置６０に送信されている。

図２（ｂ）に示すように、熱電対２６ｂ１は、金属材で有底筒状に形成されたケーシング２６ｂ１ａと、ケーシング２６ｂ１ａ内に設けられ異なる種類からなる２本の金属線２６ｂ１ｂ，２６ｂ１ｃと、ケーシング２６ｂ１ａ内に設けられ金属線２６ｂ１ｂ，２６ｂ１ｃが接合されている２つの接合点２６ｂ１ｄと、を備えている。２つの接合点のうち検出対象の温度を検出する熱接点２６ｂ１ｄのみを図示しており、残りの接合点（冷接点）は図示していない。

熱電対２６ｂ１の熱接点２６ｂ１ｄは燃焼部２６の火炎２７の範囲Ｓの境界に位置するように配置され、熱電対２６ｂ１の金属線２６ｂ１ｂ，２６ｂ１ｃは火炎２７の範囲Ｓから離れる方向に延在するように配置されている。

なお、温度検出装置は、燃焼部２６の燃焼空間内で生じる火炎２７の輻射温度を検出するものでもよい。熱電対２６ｂ１の熱接点（温度計測部）２６ｂ１ｄは燃焼部２６の火炎２７の範囲Ｓの境界に位置するように配置するように設けられているが、これに限定されない。温度計測部が火炎２７の輻射温度を計測できる位置であればよい。

排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。

貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。

貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、および第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。

第１温度センサ３２ｂは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第１温度センサ３２ｂは、貯湯水の熱交換器３３の入口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の出口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

第２温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の出口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。

熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部には、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通する接続管４５が接続されている。ケーシング３３ａの下部には、第１排気口１１ａに接続されている排気管４６が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４７が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｂが配設されている。

このように構成された熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、接続管４５を通ってケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。

また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク１３には、純水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。

純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して純水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って純水タンク１３に導出される。

また、燃料電池システムは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成された空気導入口１１ｃと、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成された空気導出口１１ｂと、仕切部材１２に形成された空気導入口１２ａに設けられた換気用空気ブロワ１５と、を備えている。この換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｃを介して第２室Ｒ２内に吸い込まれ、換気用空気ブロワ１５によって第１室Ｒ１内に送出され、第１室Ｒ１内の空気が空気導出口１１ｂを介して外部に排出される。

さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。

系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータ装置５０を介して電源ライン５２に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。

さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２，３２ｂ，３２ｃ、流量センサ４２ａ、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｃ、各ブロワ１５，４４ａ、および着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が接続されている（図３参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、図４に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。なお、制御装置６０は、このプログラムを実行を開始する前に後述する各フラグをＯＦＦに設定する。

制御装置６０は、後述する熱電対異常判定を前回実施した時点から所定時間ＴＭ１ａが経過した場合、または燃料電池システムを工場から出荷した後所定時間ＴＭ６ａが経過した場合に、校正・熱電対異常判定を行う。すなわち、制御装置６０は、後述する熱電対異常判定を前回実施した時点から所定時間ＴＭ１ａが経過した場合には、ステップ１０２にて、前回の熱電対異常判定終了後にカウントが開始されるタイマＴＭ１が所定時間ＴＭ１ａ（例えば３０日）より大きいと判定し、プログラムをステップ１０６に進める。また、制御装置６０は、燃料電池システムを工場から出荷した後所定時間ＴＭ６ａ（例えば３０日）が経過した場合には、ステップ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１０６に進める。なお、制御装置６０は、前述したいずれの場合でもない場合には、ステップ１０２，１０４にてそれぞれ「ＮＯ」と判定し、本プログラムを一旦終了する。また、ＴＭ６ａのタイマはシステムの電源が供給されている限り常にカウントされるタイマである。

制御装置６０は、ステップ１０６において、温度安定待ちフラグＦａをＯＮに設定するとともに、タイマＴＭ１のカウントを停止してクリアする。温度安定待ちフラグＦａは、温度安定待ち処理を実施しているか否かを示すフラグであり、ＯＮで温度安定待ち処理中であることを示し、ＯＦＦで温度安定待ち処理中でないことを示している。

制御装置６０は、ステップ１０６において、温度安定待ち処理を実施する。具体的には、制御装置６０は、図５に示す温度安定待ち・校正サブルーチンに対応するプログラムを行う。制御装置６０は、ステップ２０２において、温度安定待ちフラグＦａがＯＮである場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ２０４に進め、一方、ＯＦＦである場合には、「ＮＯ」と判定し本サブルーチンを終了する。

ステップ２０４において、制御装置６０は、燃焼部２６での燃焼熱量をＱａに固定する。具体的には、制御装置６０は、それまで燃料電池システムでは家庭の負荷（電力負荷）５３の消費電力に追従する発電を行うように制御していたが、温度安定待ち処理が開始されると、一定の出力で発電（例えば出力電流を１．７Ａとする）するように、改質用原料の供給流量を一定流量ａにする。さらに、制御装置６０は、タイマＴＭ２をカウントする。ただし、最初のサイクルの場合（タイマＴＭ２が停止中である場合）には、タイマＴＭ２のカウントを開始する。

制御装置６０は、タイマＴＭ２が所定時間ＴＭ２ａ（例えば２時間）以上となるまでは、ステップ２０６にて「ＮＯ」と判定し、ステップ２０８にて熱電対２６ｂ１，１６ｂ２の校正処理を行う。所定時間ＴＭ２ａは、改質用原料の供給流量を一定流量ａに開始した時点から、燃焼部２６の温度が下降し始めてその後一定の温度に安定するのに必要かつ十分な時間に設定されている。これにより、所定時間ＴＭ２ａが経過するまでには燃焼部２６の温度が安定する。

校正処理は、燃焼部２６の温度が安定した状態で行われる。例えば、改質用原料の供給流量（または燃料電池２４の出力電流）と燃焼部２６の温度との相関関係を示すマップを使用して校正する。改質用原料を所定の供給流量で供給したときの燃焼部２６の温度を検出するとともに、マップを使用してその所定の供給流量に対応する燃焼部２６の温度を導出する。その検出温度と導出した温度との差を算出し、差が所定値より大きければ、その差に応じて燃焼部２６の温度を補正する。

制御装置６０は、タイマＴＭ２が所定時間ＴＭ２ａ以上となると、ステップ２０６にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ２１０に進める。ステップ２１０においては、タイマＴＭ２のカウントを停止しクリアし、熱電対断線異常検知フラグＦｂをＯＮに設定し、温度安定待ちフラグＦａをＯＦＦに設定する。熱電対断線異常検知フラグＦｂは、熱電対断線異常検知処理を実施しているか否かを示すフラグであり、ＯＮで熱電対断線異常検知処理中であることを示し、ＯＦＦで熱電対断線異常検知処理中でないことを示している。

制御装置６０は、プログラムを図４に示すステップ１１０に戻して、熱電対断線異常検知（接触不良検知）処理を実施する。具体的には、制御装置６０は、図６に示す断線異常検知サブルーチンに対応するプログラムを行う。制御装置６０は、ステップ３０２において、熱電対断線異常検知フラグＦｂがＯＮである場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ３０４に進め、一方、ＯＦＦである場合には、「ＮＯ」と判定し本サブルーチンを終了する。

ステップ３０４において、制御装置６０は、燃焼部２６での燃焼熱量をＱａに維持（固定）する。具体的には、制御装置６０は、それまでの一定の出力で発電（例えば出力電流を１．７Ａとする）するように、改質用原料の供給流量を一定流量ａにする。さらに、制御装置６０は、タイマＴＭ３をカウントする。ただし、最初のサイクルの場合（タイマＴＭ３が停止中である場合）には、タイマＴＭ３のカウントを開始する。

ステップ３０６において、制御装置６０は、熱電対断線異常検知処理を開始した時点から終了する時点まで（すなわち開始した時点から所定時間ＴＭ３ａ経過する時点まで）の間において燃焼部２６の温度を所定の短時間ごとに検出し、その検出した燃焼部２６の温度のなかから最大値Ｔｈｍａｘおよび最小値Ｔｈｍｉｎを選択して記憶する。

制御装置６０は、タイマＴＭ３が所定時間ＴＭ３ａ（例えば１０分）以上となるまでは、ステップ３０８にて「ＮＯ」と判定し、本サブルーチンを終了する。制御装置６０は、タイマＴＭ３が所定時間ＴＭ３ａ以上となると、ステップ３０８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ３１０に進めて、タイマＴＭ３のカウントを停止しクリアする。

制御装置６０は、先に記憶した最大値Ｔｈｍａｘと最小値Ｔｈｍｉｎとの差が第１の所定値Ｔｓ１（例えば１００℃）より小さい場合には、断線異常がないと判定し（ステップ３１２にて「ＹＥＳ」と判定し）、断線異常を検知しない。制御装置６０は、ステップ３１４において、熱電対短絡異常検知処理を開始するために熱電対短絡異常検知フラグＦｃをＯＮに設定するとともに、熱電対断線異常検知処理を終了させるために熱電対断線異常検知フラグＦｂをＯＦＦに設定する。熱電対短絡異常検知フラグＦｃは、熱電対短絡異常検知処理を実施しているか否かを示すフラグであり、ＯＮで熱電対短絡異常検知処理中であることを示し、ＯＦＦで熱電対短絡異常検知処理中でないことを示している。

制御装置６０は、先に記憶した最大値Ｔｈｍａｘと最小値Ｔｈｍｉｎとの差が第１の所定値Ｔｓ１以上である場合には、断線異常があると判定し（ステップ３１２にて「ＮＯ」と判定し）、断線異常を検知する。制御装置６０は、ステップ３１６において、熱電対異常復旧待ちフラグＦｄをＯＮに設定するとともに、熱電対断線異常検知処理を終了させるために熱電対断線異常検知フラグＦｂをＯＦＦに設定する。熱電対異常復旧待ちフラグＦｄは、熱電対異常復旧待ちであるか否かを示すフラグであり、ＯＮで熱電対異常復旧待ち中であることを示し、ＯＦＦで熱電対異常復旧待ち中でないことを示している。

ここで、最大値Ｔｈｍａｘと最小値Ｔｈｍｉｎとの差が第１の所定値Ｔｓ１以上である場合には、断線異常があると判定できる理由について説明する。燃焼部２６において燃焼温度が所定の期間にて所定の温度（比較的高温）に安定に保たれている場合に、燃焼検出装置である熱電対２６ｂ１，２６ｂ２が接触不良である場合には、その検出信号が比較的大きな振幅にて周期的に振動するためである。

制御装置６０は、プログラムを図４に示すステップ１１２に戻して、熱電対短絡異常検知処理を実施する。具体的には、制御装置６０は、図７に示す断線異常検知サブルーチンに対応するプログラムを行う。制御装置６０は、ステップ４０２において、熱電対短絡異常検知フラグＦｃがＯＮである場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ４０４に進め、一方、ＯＦＦである場合には、「ＮＯ」と判定し本サブルーチンを終了する。

ステップ４０４において、制御装置６０は、燃焼部２６での燃焼熱量をＱａからＱａより大きいＱｂに増加する。具体的には、制御装置６０は、それまでの一定の出力で発電するとともに、改質用原料の供給流量を一定流量ａより大きい一定流量ｂにする。さらに、制御装置６０は、タイマＴＭ４をカウントする。ただし、最初のサイクルの場合（タイマＴＭ４が停止中である場合）には、タイマＴＭ４のカウントを開始する。さらに、タイマＴＭ４の初回処理時のみ（タイマＴＭ４のカウント開始時点の）燃焼部２６の温度を検出しその検出値を最初の温度Ｔｐ１として記憶する。

制御装置６０は、タイマＴＭ４が所定時間ＴＭ４ａ（例えば５分）以上となるまでは、ステップ４０６にて「ＮＯ」と判定し、本サブルーチンを終了する。制御装置６０は、タイマＴＭ４が所定時間ＴＭ４ａ以上となると、ステップ４０６にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ４０８に進めて、タイマＴＭ４のカウント開始時点から所定時間ＴＭ４ａ経過した時点の燃焼部２６の温度を検出しその検出値を最後の温度Ｔｐ２として記憶し、タイマＴＭ４のカウントを停止しクリアし、燃焼熱量をＱｂからＱａに戻す。

制御装置６０は、先に記憶した最後の温度Ｔｐ２と最初の温度Ｔｐ１との差が第２の所定値Ｔｓ２（例えば１０℃）より小さい場合には、短絡異常がないと判定し（ステップ４１０にて「ＹＥＳ」と判定し）、短絡異常を検知しない。制御装置６０は、ステップ４１２において、熱電対短絡異常検知フラグＦｃをＯＦＦに設定し、熱電対異常判定回数をクリアし、タイマＴＭ１のカウントを開始し、燃料電池システムでは家庭の負荷（電力負荷）５３の消費電力に追従する発電を行う制御に戻す。

プログラムがステップ４１２に至っているということは、断線異常でなく短絡異常でもないと判定されている。これは、前回の判定までは断線異常であるか、短絡異常であるかであった場合でも、時間をおいて判定した時点では異常状態が解消されて熱電対が復旧しているということ（例えば熱振動により接触不良が解消したり、短絡が解消したりすること）を表している。このように熱電対の異常が復旧する場合もあるため、所定回数連続して異常を検出する場合には、復旧しないとして異常判定するが、所定回数連続して異常を検出しない場合には、復旧するかもしれないので異常判定しない。よって、ステップ４１２において、熱電対異常判定回数をクリアしている。

制御装置６０は、先に記憶した最後の温度Ｔｐ２と最初の温度Ｔｐ１との差が第２の所定値Ｔｓ２以上である場合には、短絡異常があると判定し（ステップ４１０にて「ＮＯ」と判定し）、短絡異常を検知する。制御装置６０は、ステップ４１４において、熱電対異常復旧待ちフラグＦｄをＯＮに設定するとともに、熱電対短絡異常検知処理を終了させるために熱電対短絡異常検知フラグＦｃをＯＦＦに設定する。

ここで、最後の温度Ｔｐ２と最初の温度Ｔｐ１との差が第２の所定値Ｔｓ２以上である場合には、短絡異常があると判定できる理由について説明する。図２（ｂ）に示すように、熱電対２６ｂ１は、検出対象の温度を検出する熱接点２６ｂ１ｄで異なる種類からなる２本の金属線１６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃを接合されている。熱電対の熱接点２６ｂ１ｄで検出対象の温度を検出するが、図２（ｃ）に示すように、熱電対１６ｂ１の２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが途中で短絡すると、その短絡した点２６ｂ１ｅでの温度を検出することになる。熱電対２６ｂ１の熱接点２６ｂ１ｄが燃焼部２６の火炎２７の範囲Ｓの境界に位置するように配置され、熱電対２６ｂ１の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが火炎２７の範囲Ｓから離れるように配置されている場合に、熱電対２６ｂ１の２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが途中で（短絡した点２６ｂ１ｅで）短絡すると、火炎２７から離れた場所の温度すなわち火炎の温度より低い温度が検出されることになる。火炎から離れるほど温度が低くなるからである。そのため、燃焼部２６の燃焼温度を変化させた場合に、熱電対２６ｂ１が短絡している場合には、火炎から離れた場所の温度を検出した検出信号の偏差は燃焼部２６の燃焼温度の偏差に比較して小さいからである。

制御装置６０は、プログラムを図４に示すステップ１１４に戻す。制御装置６０は、熱電対異常復旧待ちフラグＦｄがＯＦＦである場合すなわち熱電対が異常であると判定されない場合には、ステップ１１４にて「ＮＯ」と判定し、本プログラムを一旦終了する。制御装置６０は、熱電対異常復旧待ちフラグＦｄがＯＮである場合すなわち熱電対が断線異常または短絡異常であると判定された場合には、ステップ１１４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１６に進める。

制御装置６０は、熱電対異常判定回数が所定回数ｎ（例えば３回）以下である場合には、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１８に進める。制御装置６０は、熱電対異常判定回数が所定回数ｎ（例えば３回）以下である場合には、熱電対の断線異常が検知されたり、熱電対の短絡異常が検知されたりしても、熱電対が異常であると判定しない。

ステップ１１８において、制御装置６０は、燃料電池システムでは家庭の負荷（電力負荷）５３の消費電力に追従する発電を行う制御に戻す。また、制御装置６０は、タイマＴＭ５をカウントする。ただし、最初のサイクルの場合（タイマＴＭ５が停止中である場合）には、タイマＴＭ５のカウントを開始する。さらに、制御装置６０は、熱電対が断線異常または短絡異常であると判定されたので、熱電対異常判定回数を１だけ増加する。

制御装置６０は、タイマＴＭ５が所定時間ＴＭ５ａ（例えば６時間）以上となるまでは、ステップ１２０にて「ＮＯ」と判定し、本プログラムを一旦終了する。制御装置６０は、タイマＴＭ５が所定時間ＴＭ５ａ以上となると、ステップ１２０にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１２２に進めて、温度安定待ちフラグＦａをＯＮに設定し、タイマＴＭ５のカウントを停止しクリアする。ＴＭ５ａを６時間とすることにより、前回と違う時間帯にて燃焼熱量Ｑａを固定できるからである。

制御装置６０は、熱電対異常判定回数が所定回数ｎより大きい場合には、ステップ１１６にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２４に進める。制御装置６０は、熱電対異常判定回数が所定回数ｎ（例えば３回）より大きい場合には、検知されている熱電対の断線異常、短絡異常は復旧する見込みがないとして、熱電対が異常であると判定する。

ステップ１２４において、制御装置６０は、熱電対異常であるとして燃料電池システムの運転を停止する（停止運転を実施する）。制御装置６０は、ステップ２０８にて上述した校正処理を中止する。すなわち校正処理は行われない。この校正処理の中止には、校正処理の中断やすでに取得した補正値を使用しないことが含まれる。さらに、制御装置６０は、熱電対異常復旧待ちフラグＦｄをＯＦＦに設定する。

なお、上述したステップ３０４の処理が、燃焼部２６の温度を安定に保つべく改質用原料（可燃ガス）を一定の供給流量で供給する第１の温度安定手段である。また、上述したステップ３１２の処理が、第１の温度安定手段により改質用原料（可燃ガス）を一定の供給流量ａで供給している第１の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）中における燃焼検出装置２６ｂによる検出信号が周期的に振動しかつ最小値Ｔｈｍｉｎと最大値Ｔｈｍａｘとの差が第１の所定値Ｔｓ１以上である場合、温度検出装置２６ｂは接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、温度検出装置２６ｂは接触不良でないと判定する第１の判定手段である。

さらに、上述したステップ４０４の処理が、第１の判定手段による判定の後に、燃焼部２６の温度を第１の期間中の温度より高い温度で安定に保つべく可燃ガスを第１の期間中の流量より増大させて供給する第２の温度安定手段である。また、上述したステップ４１０が、第２の温度安定手段により可燃ガスを一定の供給流量で供給している第２の期間（時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間）における燃焼検出装置２６ｂによる検出信号の偏差（Ｔｐ２−Ｔｐ１）が第２の所定値Ｔｓ２未満である場合、熱電対２６ｂ１（２６ｂ２）は短絡状態であると判定し、一方、そうでない場合、熱電対２６ｂ１（２６ｂ２）は短絡状態でないと判定する第２の判定手段である。

温度検出装置故障判定装置は、上述した温度検出装置２６ｂ、前述した第１の温度安定手段および第１の判定手段を備えている。また、温度検出装置故障判定装置は、前述した第２の温度安定手段および第２の判定手段をさらに備えるようにしてもよい。

さらに上述した制御による燃料電池システムの作動を図８に示すタイムチャートを参照して説明する。
燃料電池システムにおいて家庭の負荷(電力負荷)５３の消費電力に追従して発電が行われている中で、時刻ｔ１に温度安定待ち・校正処理が開始されると、改質用原料が一定の供給流量ａで供給され、一定の出力で発電する。電流は一定に維持される。時刻ｔ１は、前回熱電対異常判定を実施した時点から所定時間ＴＭ１ａが経過した時点であり、または燃料電池システムを工場から出荷した後所定時間ＴＭ６ａが経過した時点である。

温度安定待ち・校正処理は時刻ｔ１から時刻ｔ２（時刻ｔ１から所定時間ＴＭ２ａが経過した時点）までの間行われている。この間において燃焼部２６の温度が安定し、温度が安定した状態で上述した校正処理が実施される。

時刻ｔ２から時刻ｔ３（時刻ｔ２から所定時間ＴＭ３ａが経過した時点）までの間において、熱電対２６ｂ１，２６ｂ２の断線異常検知処理が実施される。熱電対２６ｂ１，２６ｂ２に断線異常がなければ、燃焼部２６の温度は、図８にて実線で示すように、安定した状態となる。一方、熱電対２６ｂ１，２６ｂ２に断線異常があれば、燃焼部２６の温度は、図８にて破線で示すように、周期的に振動しかつ最小値Ｔｈｍｉｎと最大値Ｔｈｍａｘとの差が第１の所定値Ｔｓ１以上となる。

また、時刻ｔ３から時刻ｔ４（時刻ｔ３から所定時間ＴＭ４ａが経過した時点）までの間において、熱電対２６ｂ１，２６ｂ２の短絡異常検知処理が実施される。熱電対２６ｂ１，２６ｂ２に短絡異常がなければ、燃焼部２６の温度の偏差（Ｔｐ２−Ｔｐ１）は、図８にて実線で示すように、第２の所定値Ｔｓ２以上である。一方、熱電対２６ｂ１，２６ｂ２に短絡異常があれば、燃焼部２６の温度の偏差は、図８にて破線で示すように、第２の所定値Ｔｓ２未満である。

時刻ｔ４以降においては、熱電対異常判定が終了したので、燃料電池システムにおいて家庭の負荷(電力負荷)５３の消費電力に追従して発電が再び行われている。

上述した説明から明らかなように、燃焼部２６において燃焼温度が所定の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）にて所定の温度（比較的高温）に安定に保たれている場合に、燃焼検出装置である熱電対２６ｂ１，２６ｂ２が接触不良である場合には、その検出信号が比較的大きな振幅にて周期的に振動することを本願発明者は見出した。これにより、本実施形態においては、第1の温度安定手段（ステップ３０４）が、燃焼部２６の温度を安定に保つべく燃料電池２４を一定の出力（発電電流）で発電し（改質用原料（可燃ガス）を一定の供給流量ａで供給し）、第１の判定手段（ステップ３１２）が、第１の温度安定手段（ステップ３０４）により燃料電池２４の発電出力を一定にしている（改質用原料（可燃ガス）を一定の供給流量ａで供給している）第１の期間中（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）における燃焼検出装置（熱電対２６ｂ１，２６ｂ２）による検出信号が周期的に振動しかつ最小値Ｔｈｍｉｎと最大値Ｔｈｍａｘとの差が第１の所定値Ｔｓ１以上である場合、温度検出装置（熱電対２６ｂ１，２６ｂ２）は接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、温度検出装置（熱電対２６ｂ１，２６ｂ２）は接触不良でないと判定する。このように、燃焼部２６の温度を安定させた所定の期間中において、燃焼検出装置（熱電対２６ｂ１，２６ｂ２）による検出信号のみを使用して、温度検出装置（熱電対２６ｂ１，２６ｂ２）が接触不良であるか否かを判定することができる。よって、温度検出装置故障判定装置において、故障判定を早期かつ確実に行うことができる。

また、温度検出装置が熱電対から構成されている場合がある。熱電対２６ｂ１は、検出対象の温度を検出する熱接点２６ｂ１ｄで異なる種類からなる２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃを接合されている。熱電対２６ｂ１の熱接点２６ｂ１ｄで検出対象の温度を検出するが、熱電対２６ｂ１の２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが途中で短絡すると、その短絡した点２６ｂ１ｅでの温度を検出することになる。熱電対２６ｂ１の熱接点２６ｂ１ｄが燃焼部２６の火炎２７の範囲Ｓの境界に位置するように配置され、熱電対２６ｂ１の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが火炎２７の範囲Ｓから離れるように配置されている場合に、熱電対２６ｂ１の２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃが途中（短絡した点２６ｂ１ｅ）で短絡すると、火炎２７から離れた場所の温度すなわち火炎２７の温度より低い温度が検出されることになる。そのため、燃焼部２６の燃焼温度を変化させた場合に、熱電対２６ｂ１が短絡している場合には、火炎から離れた場所の温度を検出した検出信号の偏差は燃焼部２６の燃焼温度の偏差に比較して小さい。

このことを利用して、本実施形態の温度検出装置は、検出対象の温度を検出する熱接点２６ｂ１ｄで異なる種類からなる２本の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃを接合されている熱電対２６ｂ１から構成されており、熱電対２６ｂ１の熱接点２６ｂ１ｄは燃焼部２６の火炎２７の範囲Ｓの境界に位置するように配置され、熱電対２６ｂ１の金属線２６ｂ１ｂ、２６ｂ１ｃは火炎２７の範囲Ｓから離れるように配置されている。また、第２の温度安定手段（ステップ４０４）が、第１の判定手段による判定の後に、燃焼部２６の温度を第１の期間中（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）の温度より高い温度で安定に保つべく改質用原料（可燃ガス）を第１の期間中の流量より増大させて供給し、第２の判定手段（ステップ４１０）が、第２の温度安定手段（ステップ４０４）により改質用原料（可燃ガス）を一定の供給流量ｂで供給している第２の期間（時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間）における燃焼検出装置による検出信号の偏差（Ｔｐ２−Ｔｐ１）が第２の所定値Ｔｓ２未満である場合、熱電対２６ｂ１は短絡状態であると判定し、一方、そうでない場合、熱電対２６ｂ１は短絡状態でないと判定する。

このように、燃焼部２６の燃焼温度を変化させ、熱電対２６ｂ１による検出信号の偏差を閾値（第２の所定値Ｔｓ２）と比較することで、熱電対２６ｂ１が短絡しているか否かを判定することができる。よって、温度検出装置故障判定装置において、故障の種類を判別することができ、また故障判定を早期かつ確実に行うことができる。

また、各判定手段（ステップ３１２、４１０）による判定は、温度検出装置を校正する校正処理（ステップ２０８）と併せて行われている。これにより、温度検出装置を判定する処理を別に行うのでなく、校正処理と併せて行うことができるので、単独で行う場合と比較して処理時間を短縮することができる。

また、各判定手段（ステップ３１２、４１０）によって温度検出装置が異常であると判定された場合には、校正処理は行われない。これにより、間違った温度検出装置の検出結果に基づいて校正されることを防止することができる。

また、上述した燃料電池システムは、上述した温度検出装置故障判定装置と、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池２４と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池２４に供給する改質部２３と、改質水を蒸発して改質部に供給する蒸発部２２と、燃料電池２４からのアノードオフガスが燃焼されて改質部２３および蒸発部２２を加熱する燃焼部２６と、を備えている。これにより、上述した作用・効果を得る燃料電池システムを提供することができる。

なお、上述した実施形態では、温度検出装置として、サーミスタなどを採用してもよい。

なお、上述した実施形態では、本発明を、固体酸化物形燃料電池を備えている燃料電池システムに適用するようにしたが、高分子電解質形燃料電池を備えた燃料電池システムに適用するようにしてもよい。この場合、燃料電池システムは、図９に示すように、燃料電池１２４、改質器１３０、排熱回収システム（上述したものと同様なものである）を備えている。燃料電池１２４は、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。

改質器１３０は、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１２４に供給するものであり、バーナ（燃焼部）１２６、改質部１２３、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）１３１および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）１３２から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。

燃焼部１２６は、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部１２３に導出するものである。

この燃焼部１２６は、図１０に示すように、基部１２６ａと、基部１２６ａに設けられて基部１２６ａと連通する筒状の燃焼筒１２６ｂと、オフガスノズル１２６ｃと、温度検出装置１２６ｅと、を備えている。燃焼部１２６は、制御装置の指令に応じて点火用電極（図示省略）により着火されるものである。

基部１２６ａは、箱状に形成されており、その上壁部には、オフガスノズル１２６ｃの基端が接続されるとともに、改質器１３０からの改質ガスまたは燃料電池１２４からのアノードオフガスが供給されるオフガス供給管１７２が接続されている。基部１２６ａは、オフガス供給管１７２からのアノードオフガスおよび改質ガスのいずれかがオフガスノズル１２６ｃに導入（供給）されるようになっている。

基部１２６ａの側壁部には、燃焼用空気と改質用原料（燃料）とが予め混合された予混合ガスまたは燃焼用空気のみが供給される燃焼用空気供給管１９２が接続されており、燃焼用空気供給管１９２からの予混合ガスまたは燃焼用空気が基部１２６ａ内に導入（供給）されるようになっている。また、基部１２６ａの下壁部には、燃焼筒１２６ｂの基端が接続されている。燃焼筒１２６ｂの長手方向の途中に長手方向に仕切る仕切り板１２６ｂ１が設けられている。

オフガスノズル１２６ｃは、仕切り板１２６ｂ１の中央を貫通し、燃焼空間１２６ｄまで延びている。オフガスノズル１２６ｃの先端部分は閉じられており、先端から少し離れた側面部分（先端部）に第１噴射口１２６ｃ１が複数（本実施の形態では４個）設けられている。仕切り板１２６ｂ１のオフガスノズル１２６ｃの周りには複数の第２噴射口１２６ｂ２（実施の形態では１６個）が設けられている。

拡散燃焼の場合、すなわち第１噴射口１２６ｃ１からアノードオフガスまたは燃料ガスが噴出される場合には、基部１２６ａ内に導入された燃焼用空気が第２噴射口１２６ｂ２からオフガスノズル１２６ｃの先端突出側に向けて噴出され、燃焼空間１２６ｄに投入される。

一方、予混合燃焼の場合、すなわち第１噴出口１２６ｃ１から可燃ガスの噴出がされない場合、基部１２６ａ内に導入された予混合ガスが第２噴射口１２６ｂ２からオフガスノズル１２６ｃの先端突出側に向けて噴出され、燃焼空間１２６ｄに投入される。

温度検出装置１２６ｅは、燃焼部１２６の燃焼空間１２６ｄ内で生じる火炎１２６ｆの輻射温度を検出して、その検出結果を制御装置に送信するものである。温度検出装置１２６ｅは、例えばシース熱電対であり、基部１２６ａの上壁部を貫通し仕切り板１２６ｂ１を貫通して燃焼空間１２６ｄ内に挿入されている。温度検出装置１２６ｅは、上述した熱電対２６ｂ１と同様に構成されている。

図９に説明を戻すと、戻改質部１２３は、外部から供給された燃料に蒸発器１２２からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部１３１に導出される。

ＣＯシフト部１３１は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部１３２に導出される。

ＣＯ選択酸化部１３２は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１２４の燃料極に導出される。

１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１１ｂ…空気導出口、１１ｃ…空気導入口、１２…仕切部材、１２ａ…空気導入口、１３…水タンク、１４…純水器、１５…換気用空気ブロワ、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２５…マニホールド、２６、１２６…燃焼空間（燃焼部）、２６ｂ１，２６ｂ２，１２６ｅ…熱電対（温度検出装置）、２７…火炎、３０…排熱回収システム、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２…貯湯水循環ポンプ、３２ｂ，３２ｃ…温度センサ、３３…熱交換器、４２ａ…流量センサ、４２ｃ…原料ポンプ、５０…インバータ装置、５０ａ…電圧センサ、５０ｂ…電流センサ、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室、Ｒ３…燃焼空間、Ｓ…火炎の範囲。

Claims (5)

1. 燃料電池を有する燃料電池システムに適用される温度検出装置故障判定装置であって、
   供給された可燃ガスが燃焼される燃焼部の温度を検出する温度検出装置と、
   前記燃焼部の温度を安定に保つべく前記燃料電池を一定の出力で発電する第１の温度安定手段と、
   前記第１の温度安定手段により前記燃料電池の発電出力を一定にしている第１の期間中における前記燃焼検出装置による検出信号が周期的に振動しかつ最小値と最大値との差が第１の所定値以上である場合、前記温度検出装置は接触不良であると判定し、一方、そうでない場合、前記温度検出装置は接触不良でないと判定する第１の判定手段と、を備えている温度検出装置故障判定装置。
2. 請求項１において、前記温度検出装置は、検出対象の温度を検出する熱接点で異なる種類からなる２本の金属線を接合されている熱電対から構成されており、
   前記熱電対の熱接点は前記燃焼部の火炎の範囲の境界に位置するように配置され、前記熱電対の金属線は前記火炎の範囲から離れるように配置され、
   前記第１の判定手段による判定の後に、前記燃焼部の温度を前記第１の期間中の温度より高い温度で安定に保つべく前記可燃ガスを前記第１の期間中の流量より増大させて供給する第２の温度安定手段と、
   前記第２の温度安定手段により前記可燃ガスを一定の供給流量で供給している第２の期間における前記燃焼検出装置による検出信号の偏差が第２の所定値未満である場合、前記熱電対は短絡状態であると判定し、一方、そうでない場合、前記熱電対は短絡状態でないと判定する第２の判定手段と、を備えている温度検出装置故障判定装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記各判定手段による判定は、前記温度検出装置を校正する校正処理と併せて行われている温度検出装置故障判定装置。
4. 請求項３において、前記各判定手段によって前記温度検出装置が異常であると判定された場合には、前記校正処理は行われない温度検出装置故障判定装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の温度検出装置故障判定装置と、
   燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
   前記改質水を蒸発して前記改質部に供給する蒸発部と、
   前記燃料電池からのアノードオフガスが燃焼されて前記改質部および前記蒸発部を加熱する燃焼部と、
   を備えている燃料電池システム。
   
   
   

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