JP2013191281A - 燃料電池システムおよびこれの故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システム異常の判定をできるだけ早期に且つ精度良く行うのに有利な燃料電池システムが提供される。
【解決手段】制御部は、スタックの発電運転を実行した後、発電運転を停止させ、発電運転の停止時において異常判定処理を実行する。異常判定処理において、スタック１２のカソード１１にカソードガスが存在する状態において、スタック１２のアノード１０に供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させると共に、開放回路電圧検知要素１２５によりスタック１２のＯＣＶを検知し、検知されたＯＣＶが許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知されたＯＣＶが許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、制御部１００はシステム異常と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよびこれの故障診断方法に関する。

特許文献１は、スタックの温度、電圧、電流を検知してスタック毎の発電性能の差を算出する燃料電池システムを開示する。このものによれば、スタックの発電性能が許容以下まで低下した場合にシステム故障と診断する。

特許文献２は、ＳＯＦＣからなる燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールの開放回路電圧値を測定する電圧センサとを有する燃料電池システムを開示する。このものによれば、システムの起動段階において、開放回路電圧（ＯＣＶ）がしきい値よりも低いとき、制御部は発電異常と判定する。特許文献３は、水素吸蔵合金で形成された水素タンクと、スタックの電位を検知するセンサとを備えており、スタックの開放回路電圧（ＯＣＶ）に基づいて、配管等からの水素の漏れを検知する携帯用の燃料電池システムを開示する。燃料原料から水素を生成させる改質器は設けられていない。

特開2007-250287号公報 特開2011-170983号公報 特開2008-293754号公報

特許文献１によれば、起動または発電中にスタックの発電性能を算出しているが、発電性能は運転環境でばらついたり、初期とその後とでもばらついたりする。このためシステム故障の判定するにあたり、ばらつきが大きく、判定精度が必ずしも充分ではない。

特許文献２によれば、燃料電池モジュールの開放回路電圧（ＯＣＶ）は発電運転中の電圧値と異なり、外乱要因が少ない。このように開放回路電圧値が判定パラメータとされているため、判定精度が高められている。しかしながら特許文献２によれば、制御部は、起動段階では、改質器およびスタックを加熱させて暖機させているため、改質器およびスタックの温度は低めである。且つ、同一条件で改質器およびスタックを加熱暖機させたとしても、改質器およびスタックの温度は安定していない。このためシステム異常と判定するにあたり、判定精度が必ずしも充分ではない。更に、システムの起動段階では、改質器で生成された水素ガスで形成されたアノードガスの水素濃度も必ずしも充分に安定していない。このため、水素ガスで形成されたアノードガスがスタックのアノードに供給されるものの、スタックのアノードには他のガス成分が存在する可能性があり、起動段階ではアノードの電位の安定度は必ずしも充分ではない。このため、アノード電位とカソード電位との差であるＯＣＶの高低に基づいてシステム異常が判定されるとしても、その判定精度の向上には限界がある。

特許文献３では、ＯＣＶに基づいて異常を検知するものの、水素タンクに貯蔵されている水素量が減少した場合には、システムの配管等が正常であっても、システム異常と判定されるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、システム異常の判定をできるだけ早期に且つ精度良く行うのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムは、アノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、燃料ガスをスタックのアノードに供給させる燃料通路と、カソードガスをスタックのカソードに供給させるカソードガス通路と、スタックの開放回路電圧を直接または間接的に検知する開放回路電圧検知要素と、制御部とを具備しており、制御部は、スタックの発電運転を実行した後、発電運転を停止させ、発電運転の停止時において異常判定処理を実行し、異常判定処理において、スタックのカソードにカソードガスが存在する状態において、スタックのアノードに供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させると共に、開放回路電圧検知要素によりスタックの開放回路電圧を検知し、検知された開放回路電圧が許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知された開放回路電圧が許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、制御部は、システム異常と判定する。

開放回路電圧（以下、ＯＣＶともいう）とは、外部に負荷をかけていない状態(アノードとカソード間に電流を流していない状態)の燃料電池のスタックの電圧をいい、外部に電力負荷をかけていない状態におけるカソード(酸化剤極)とアノード(燃料極)との間の電位差をいう。スタックのカソードにカソードガスが存在する状態において、システム異常判定処理は実行される。この場合、酸素を含むカソードガスがカソードに存在しているため、カソードの電位が酸素の電極電位として安定し、ＯＣＶの検知精度が確保される。

本様相によれば、スタックのアノードに供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させると共に、開放回路電圧検知要素によりスタックの開放回路電圧を検知する。アノードガスは、水素リッチな水素含有ガス、水素ガスとされるため、アノードの電位は水素の電極電位（０ボルト）となる。発電運転時のスタックの電位は外乱要因が多く、ＯＣＶに比較して安定性は充分ではない。

即ち、発電運転時のスタックの電位は、運転環境、電力負荷、運転条件等の影響を受け易く、ＯＣＶに比較して安定性は充分ではない。この点本様相によれば、ＯＣＶに基づけば、アノードとカソード間の電流は遮断されており、ＯＣＶの安定性は高く、システム異常を精度よく判定できるため、システム異常の判定精度を向上させることができる。しかもＯＣＶの差が小さい場合であっても、判定できるため、システム異常を信頼性良くできるだけ早期に検知することができる。

システムの起動段階で検知したＯＣＶに基づいてシステム異常を判定することも考えられる。しかしながらスタックの温度はＯＣＶの値に影響を与える。電解質膜のイオン伝導性、アノード、カソード、他の導電部の導電性に温度が影響を与えるためと推察される。システムの起動段階では、スタックを加熱させて暖機させているため、スタックの温度は安定していない。また、スタックの他に改質器が設けられているシステムでは、改質器およびスタックの双方を加熱させて暖機させているため、改質器およびスタックの温度は安定していない。システムの起動段階では、仮に同一条件で改質器およびスタックを加熱暖機させたとしても、改質器およびスタックの温度は安定していない。このためシステム異常と判定するにあたり、判定精度が必ずしも充分ではない。更に、システムの起動段階では、改質器で生成された水素ガスで形成されたアノードガスの水素濃度も必ずしも充分に安定していない。このため、水素ガスで形成されたアノードガスがスタックのアノードに供給されるものの、スタックのアノードには他のガス成分が存在する可能性があり、アノードの電位の安定度は必ずしも充分ではない。

この点について本様相によれば、異常判定処理はシステムの起動段階ではなく、スタックの発電運転を実行し、その後、発電運転を停止させ、その停止時において実行される。このためスタックの温度は適度な高温状態において安定している。スタックの他に改質器が設けられているシステムの場合、起動運転時に比較して、改質器およびスタックの温度は適度な高温状態において安定している。この結果、ＯＣＶの安定性は高く、システム異常を精度よく判定できるため、システム異常の判定精度を向上させることができる。しかもＯＣＶの差が小さい場合であっても、判定できるため、システム異常を信頼性良くできるだけ早期に検知することができる。

なお、上記した第１規定時間β１はシステムの種類、スタックの種類および材質、設置場所等に応じて適宜選択され、具体的には３秒、１０秒、６０秒、８０秒等を例示できる。但しこれに限定されるものではない。第１規定時間β１が過剰に短いと、システム異常を検知し難い。第１規定時間β１が過剰に長いと、異常判定処理のためにシステム異常が長い時間にわたり継続されるので、好ましくない。

（２）様相２に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、異常判定処理前においてスタックの発電運転の運転時間が前回の異常判定処理またはシステム設置時期から第２規定時間β２（β２＞β１）以上継続している条件のもとで、制御部は、異常判定処理を実行し、第２規定時間β２未満のとき異常判定処理を実行しない。前述したように、ＯＣＶはスタックの温度の影響を受けて変動する。スタックの温度が過剰に低温であると、スタックの温度の影響を受けてＯＣＶの判定の信頼性は必ずしも充分ではない。ここで、スタックの発電運転の運転時間が第２規定時間β２以上継続していれば、スタックの温度はＯＣＶ判定に適する適度な高温状態で安定していると考えられ、ＯＣＶの判定の信頼性は向上する。なお、第２規定時間β２はシステムの種類、スタックの種類および材質、設置場所等に応じて適宜選択され、０．５時間以上、１時間以上、３時間以上等を例示できる。但しこれに限定されるものではない。

（３）様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、スタックのアノードとカソードとを繋ぐ通電経路にはスイッチング素子が設けられており、制御部は、異常判定処理を実行するときスイッチング素子をオフとさせる。アノードとカソード間において電流が流れないため、ＯＣＶは確実に検知され、ＯＣＶの判定の信頼性は向上する。停止指令が出力された後に、第３規定時間βset以内にスイッチング素子をオフとさせ、異常判定処理を実行することが好ましい。第３規定時間βset以内であれば、発電運転の停止直後である。このため、水素がアノードに存在し易く、カソードガスがカソードに存在し易い。結果としてＯＣＶの判定の精度が確保され易く、更にスタックの温度も高温状態で安定している。第３規定時間βsetの下限値は、０秒（1 msec以下）を例示でき、上限値は３０分を例示できる。

（４）様相４に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、スタックの発電運転時の温度は２００℃以上であり、制御部は、スタックの温度またはスタック付近の温度が第１規定温度以上のとき異常判定処理を実行し、スタックの温度が第１規定温度未満のとき異常判定処理を実行しない。なおＯＣＶはスタックの温度の影響を受けて変動する。スタックの温度が過剰に低温であると、スタックの温度の影響を受けてＯＣＶの判定の信頼性は必ずしも充分ではない。ここで、スタックの発電運転の運転時間が第２規定時間β２以上継続していれば、スタックは適度な高温状態で安定していると考えられ、ＯＣＶの判定の信頼性は向上する。なお、第２規定時間β２は、スタックの温度が安定できるように、システムの種類、スタックの種類および材質、設置場所等に応じて適宜選択され、０．５時間以上、１時間以上、３時間以上等を例示できる。なお、スタックの発電運転時の温度は３００℃以上、４００℃以上にでき、１２００℃以下にできる。

（５）様相５に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、スタックの温度を直接または間接的に検知する温度検知要素と、スタックの温度の高低に応じてそれぞれ設定された複数の許容電圧値を格納する記憶要素とを具備しており、制御部は、異常判定処理おいて、温度検知要素に基づいてスタックの温度を検知し、スタックの温度に対応する許容電圧値を記憶要素から選択し、開放回路電圧検知要素により検知されたスタックの開放回路電圧が、選択された許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知された開放回路電圧が許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、制御部は、システム異常と判定する。

（６）様相６に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、更に、異常判定処理における開放回路電圧の変動と経過時間との関係を表示する表示部を具備する。メンテナンス者やユーザは、開放回路電圧の変動と経過時間との関係を認識でき、メンテナンスや修理に貢献できる。ＯＣＶの変動量の絶対値、ＯＣＶの変動量と経過時間との関係は、システム異常の種類の認識に貢献できる。この場合、システム異常の程度、ハンチングが発生していることについて、メンテナンス者やユーザは認識し易い。

（７）様相７に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、制御部は、発電運転中において、ユーザまたはユーザ機器からの電力要請が規定電力値よりも少ない条件の下で、発電運転を停止させて異常判定処理を実行する。電力要請が規定電力値よりも少ないときには、アノードに供給するアノードガスの流量は少ない。改質器およびスタックの双方が設けられているシステムの場合には、改質器に供給させる燃料原料の流量は少なく、ひいては、スタックのアノードに供給するアノードガスの流量は少ない。異常判定処理においては、スタックのアノードに供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させるため、スタックの発電運転から異常判定処理に移行させ易い。このため、スタックの発電運転の停止指令の時刻から速やかに異常判定処理に移行させ易い。

（８）様相８に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、異常判定処理において、検知された開放回路電圧が許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、制御部は、システム異常の要因が燃料電池システムの電気系統の絶縁不良と推定し、その旨を報知する。

（９）様相９に係る燃料電池システムの故障診断方法は、アノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、燃料ガスをスタックのアノードに供給させる燃料通路と、カソードガスをスタックのカソードに供給させるカソードガス通路と、スタックの開放回路電圧を直接または間接的に検知する開放回路電圧検知要素とを具備する燃料電池システムの故障診断方法であって、
スタックの発電運転を連続的に第２規定時間以上実行する工程と、その後、発電運転を停止させ、発電運転の停止時において異常判定処理を実行する工程とを順に実施し、
異常判定処理において、スタックのカソードにカソードガスが存在する状態において、スタックのアノードに供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させると共に、開放回路電圧検知要素によりスタックの開放回路電圧を検知し、検知された開放回路電圧が許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間以上継続されるとき、および／または、検知された開放回路電圧が許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、システム異常と判定する。本様相によれば、様相１の場合と同様の作用が得られる。

以上説明したように本発明によれば、異常判定処理はシステムの起動段階ではなく、スタックの発電運転の停止時において実行されるため、スタックの温度は適度な高温状態において安定している。スタックの他に改質器が設けられているシステムの場合、起動運転時に比較して、改質器およびスタックの温度は適度な高温状態において安定している。この結果、ＯＣＶの安定性は高く、システム異常を精度よく判定できるため、システム異常の判定精度を向上させることができる。しかもＯＣＶの差が小さい場合であっても、判定できるため、システム異常を信頼性良くできるだけ早期に検知することができる。

実施形態１に係り、燃料電池システムの概念を示すブロック図である。 実施形態１に係り、燃料電池システムが正常であるとき、発電運転を停止したときにおける各情報の変化を示すグラフである。 実施形態１に係り、燃料電池システムに異常が発生しているとき、発電運転を停止したときにおける各情報の変化を示すグラフである。 実施形態１に係り、燃料電池システムに異常が発生しているとき、発電運転を停止したときにおける各情報の変化を示すグラフである。 実施形態５に係り、制御部が実行する制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態６に係り、メモリに格納されている情報の一例を示す図である。 実施形態６に係り、制御部が実行する制御の一例を示すフローチャートである。 適用形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。

開放回路電圧検知要素は、スタックの開放回路電圧を直接または間接的に検知する。間接的にとは、他のパラメータを介してＯＣＶを検知するという意味である。本発明の一形態によれば、異常判定処理は発電運転の停止直後に行うことが好ましい。異常判定処理において、燃料電池のカソードにカソードガス（空気等の酸素含有ガス）を供給しつつ実行することができる。この場合、燃料電池のカソードは酸素濃度が高くなり、スタックのカソードの電位を酸素の標準電極電位（＋１．２２９Ｖ vs.ＳＨＥ）に近づけて高くできると考えられる。このためカソードとアノードとの電位差が増加し、ＯＣＶが増加し、ＯＣＶの検知精度が向上すると考えられる。

（実施形態１）
図１は実施形態１の燃料電池システムに係る概念図を示す。燃料電池システムは定置用であり、アノードガス通路７３からアノードガス（水素含有ガス）が供給されるアノード１０およびカソードガス通路７０からカソードガス（空気等の酸素含有ガス）が供給されるカソード１１をもつ固体酸化物形の燃料電池１のスタック１２と、給水通路８から供給された液相状の原料水を蒸発させて気相状の水蒸気を生成させる蒸発部２と、純水である原料水を蒸発部２にポンプ８０（水搬送源）により搬送させる給水通路８と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料（例えば都市ガス，ＬＰＧ）を水蒸気改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２と改質部３を加熱する燃焼部１０５と、給水通路８に設けられ原料水を蒸発部２に向けて搬送させるポンプ８０（水搬送源）と、スタック１２からの高温の排ガスを貯湯槽の水と熱交換させる熱交換器７６と、ポンプ８０，６０，７１等の機器を制御させる制御部１００とを有する。

アノード１０側から排出されたアノード排ガス（水素を含む）は、流路１０３を介して、燃焼部１０５に供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガス（酸素を含む）は、流路１０４を介して、燃焼部１０５に供給される。燃焼部１０５は、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ蒸発部２と改質部３を加熱させる。燃焼部１０５には燃焼排ガス路７５が設けられ、燃焼部１０５における燃焼後のガスおよび、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路７５を介して大気中に放出される。

改質部３および蒸発部２は互いに隣設されているか、あるいは、接近して配置されている。改質部３には、蒸発部２を介して燃料通路６の燃料ポンプ６０（燃料搬送源）によりガス状の燃料原料（例えば炭化水素系）が供給される。スタック１２を構成する複数の燃料電池１は、直列に電気接続され、電圧が高くされている。スタック１２のカソード１１には、カソードガス通路７０のカソードポンプ７１（カソードガス搬送源）によりカソードガス（空気）が供給される。蒸発部２および改質部３を加熱させる燃焼部１０５が設けられている。断熱壁１９は温度維持のために改質部３，蒸発部２，スタック１２、燃焼部１０５等を覆っており、高温となる発電モジュール１８を形成している。

発電モジュール１８の内部の温度を検知する温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３が検知する温度は、スタック１２または改質部３の温度と考えることもできる。従って温度センサ３３はスタック１２の温度を検知する温度検知要素として機能できる。スタック１２のＯＣＶを計測するための電圧センサ１２５（開放回路電圧検知要素）が設けられている。温度センサ３３，電圧センサ１２５の信号は制御部１００に入力される。発電運転のとき発電モジュール１８の内部温度、スタック１２の温度は、発電モジュール１８の構造等にもよるが、例えば４００〜８５０℃、５００〜８００℃となる。但しこれに限定されるものではなく、場合によっては３００〜１２００℃の範囲内でも良い。

図１に示すように、スタック１２のアノード１０とカソード１１とを繋ぐ通電経路１４には、直流を交流に変換させる電力変換器１５（インバータ）およびスイッチング素子１６が設けられている。スタック１２は電力変換器１５を介して電力負荷１７および商用電源１８（他の電源）に繋がれている。電力変換器１５は電力負荷の１種としても機能する。図１に示すように、制御部１００には、システム異常をユーザまたはメンテナンス者に報知させるための警報器１０２および表示部１０７が設けられている。但し、システム異常のとき、システムの運転を停止させるときには、運転停止によりシステム異常を報知できるため、警報器１０２および表示部１０７は必ずしも必須ではない。

発電モジュール１８で発生した排ガスは燃焼排ガス通路７５および熱交換器７６を介して外部に放出される。

図２、図３および図４は、スタック１２が発電運転しているとき、スタック１２の発電運転を停止させる停止指令が時刻ｔ２において出力された場合において、各情報の変化を示す。図２はシステムが正常である形態を示す。図３および図４はシステムに異常が存在する形態を示す。図２〜図４において横軸は時間を示す。時間は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３…の順に進行する。左側の縦軸は発電モジュール１８の内部温度（℃）つまりスタック１２の温度に相当する。右側の縦軸は、スタック１２の電圧（Ｖ）、スタック電流を示す。

ここで図２において、ＶＡはスタック１２のＯＣＶの正常値を示す。ＶＢは、スタック１２のＯＣＶの許容値を示し、システムが正常であるか異常であるかの判定基準となるＯＣＶのしきい値を示す。燃料電池システムの種類および設置場所等に応じて、ＶＢの電圧値は、ＶＡの電圧値×αとして設定できる。αは０．５０〜０．９５の範囲内、０．６０〜０．９０の範囲内、殊に０．７０〜０．９０の範囲内の任意値としてシステムに応じて設定できる。スタック１２のＯＣＶがＶＢ以下となる状態が第１規定時間β１以上継続しているとき、制御部１００はシステム異常と判定する。スタック１２のＯＣＶがＶＢ以下となる状態が第１規定時間β１以上継続しない場合には、制御部１００はシステム正常と判定する。第１規定時間β１としては、３秒、１０秒、６０秒、８０秒などを例示できる。但しこれに限定されるものではない。

図２において、特性線ＫＬは改質部３に供給される燃料原料の単位時間あたりの流量を示す。以下、本明細書では、特に断らない限り、流量は単位時間あたりの流量を意味する。特性線ＫＶはスタック１２の電圧を示す。特性線ＫＡはスタック電流を示す。特性線ＫＴはスタック１２の温度を示す。以下、システムが正常な場合について説明する。

システムが正常である状態を示す図２において、スタック１２の発電運転を停止させる停止指令が制御部１００から時刻ｔ２において出力される。このように発電運転の停止指令が出力されると、制御部１００はポンプ６０の出力を低下させる。従って、時刻ｔ２から、特性線ＫＬに示すように、改質部３に供給される燃料原料の流量はＶ１からＶ２に低下し、時刻ｔ３、時刻ｔ４、時刻ｔ５を経過し、時刻ｔ６において燃料原料の流量はＶ２からゼロに低下する。流量Ｖ１がスタック１２の定格運転に近い状態のときには、例えばＶ２／Ｖ１＝０．１〜０．６の範囲内で設定できるが、これに限定されるものではない。同様に、発電運転の停止に伴い、制御部１００はポンプ８０の出力を低下させ、蒸発部２に供給させる改質水の流量を低下させる。このように改質水の流量も低下するため、蒸発部２で生成される水蒸気の流量が低下し、改質部３で改質反応により生成される水素を含むアノードガスの流量も低下する。図２において時刻ｔ６以降においては、燃料原料の供給が停止されるため、スタック１２のアノード１０に供給されるアノードガスの流量が低下し、アノード１０の電位が水素電極電位（０Ｖ）から上昇するため、時刻ｔ６以降においては特性線ＫＶのＫＶｃとして示すように、ＯＣＶは次第に低下する。

更に、発電運転の停止指令が時刻ｔ２において出力されると、スイッチング素子１６がオンからオフとされるため、特性線ＫＡに示すように、スタック電流はＡ１からゼロとなる。この場合、スタック１２から変換器１０５への給電が停止される。このようにスイッチング素子１６がオンからオフとされるため、ＯＣＶを容易に検知可能となる。

このように発電運転の停止指令に伴い、スイッチング素子１６がオフとされるため、特性線ＫＶに示すように、時刻ｔ２からスタック１２の電圧はやや上昇してＯＣＶを示す。特性線ＫＴに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、スタック１２は発電運転しているため、スタック１２は温度Ｔhighに維持されている。しかしながら発電運転の停止指令が出力されたとしても、スタック１２を冷却させるべく、制御部１００はポンプ７１の駆動を継続させるため、カソードガスである空気が発電モジュール１８内のスタック１２に供給され、スタック１２の冷却を促進させる。更に、カソード１１に空気（酸素）が存在するため、カソード１１の電位の精度が向上する。このため、特性線ＫＴに示すように、時刻ｔ２から、スタック１２の温度は温度Ｔhighから次第に低下し、時刻ｔ６において温度Ｔ６（図２参照）に低下する。

なお、燃料電池システムの発電運転が停止されたときであっても、発電モジュール１８の内部、改質部３およびスタック１２が高温で大気雰囲気に晒されると、発電モジュール１８の内部の酸化が進行したり、改質部３の触媒および燃料電池１の触媒の劣化が進行するおそれがある。このため発電運転の停止指令が時刻ｔ２において出力されたとしても、発電モジュール１８の内部温度が一般的には３５０〜５５０℃の範囲内の温度）に低下するまでは、改質部３において水素ガスを積極的に発生させて改質部３およびスタック１２の内部を還元性雰囲気（水素含有雰囲気）とさせることが好ましい。このため、発電運転が停止されたとしても、燃料原料および改質水が発電モジュール１８に供給され、還元作用をもつ水素ガスを主成分とするアノードガスを少量ではあるが生成させる。

図３はシステムに異常が発生している形態例１の特性を示す。図３に示すように、制御部１００は、発電運転の停止指令を時刻ｔ２から出力させるとともに異常判定処理を実行する。図３の特性線ＫＶとして示すように、検知されたＯＣＶは時刻ｔ３からハンチングを発生させている。すなわち特性線ＫＶとして示すように、検知されたＯＣＶが時刻ｔ３から許容電圧値ＶＢに対して規定電圧値以上の下降および上昇を複数回繰り返すハンチングを発生させる。許容電圧値ＶＢに対してΔＶ１以上下降すること、および、許容電圧値ＶＢに対してΔＶ２以上上昇することが規定回数ｎ以上繰り返されるとき、制御部はハンチングと判定する。このようにハンチングが発生するとき、制御部１００は、システム異常と判定し、警報器１０２に報知すると共に表示部１０７にその旨を表示する。

更に、図３の特性線ＫＶとして示すように、検知されたＯＣＶは時刻ｔ４から許容電圧値ＶＢよりも低くなる。時刻ｔ４から第１規定時間β１はカウントされる。ＯＣＶがハンチングし且つ許容電圧値ＶＢよりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、制御部１００は、システム異常と判定し、警報器１０２に報知すると共に表示部１０７にその旨を表示する。表示部１０７は、異常判定処理におけるＯＣＶの変動と経過時間との関係を表示することが好ましい。このような関係は、メンテナンス者等がシステム異常の要因を識別させるにあたり有利となる。

図４はシステムに異常が発生している形態例２の特性を示す。図４に示すように、制御部１００は、時刻ｔ２から発電運転の停止指令を出力させるとともに異常判定処理を実行する。図４の特性線ＫＶとして示すように、ＯＣＶが時刻ｔ４から許容電圧値ＶＢよりも低くなっている。時刻ｔ４から第１規定時間β１はカウントされる。このようにＯＣＶが許容電圧値ＶＢよりも低い状態が第１規定時間β１以上連続して継続されるときには、制御部１００は、システム異常と判定し、警報器１０２に報知すると共に表示部１０７にその旨を表示する。ＯＣＶが許容電圧値ＶＢよりも低くなるものの、第１規定時間β１以上連続して継続されないときには、制御部１００は、システム異常と判定せず、警報器１０２に報知すると共に表示部１０７にその旨を表示する。

なお本実施形態によれば、燃料がメタン系である場合には、水蒸気改質による水素含有ガス（アノードガス）の生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。但し燃料はメタン系に限定されるものではない。
（１）…ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ
以上説明したように本実施形態によれば、スタック１２の発電運転が継続されているとき、発電運転を停止させる停止指令が出力されると、スタック１２の発電運転の停止指令と共に制御部１００は異常判定処理を速やかに実行する。この場合、ユーザまたはメンテナンス者から指示により、スタック１２の発電運転を停止させて異常判定処理を実行しても良いし、あるいは、制御部１００が有するタイマー機能により、制御部１００がスタック１２の発電運転を自動的に停止させて異常判定処理を実行しても良い。

異常判定処理において、スタック１２のカソード１１にカソードガスが存在する状態において、つまり、ポンプ７１により空気をカソード１１に強制的に供給させている状態において、スタック１２のアノード１０に供給させる燃料原料の流量を異常判定処理前よりも低減させる。そして、電圧センサ１２５によりスタック１２のＯＣＶを検知し、検知されたＯＣＶが許容電圧値ＶＢよりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知されたＯＣＶが許容電圧値ＶＢに対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、制御部１００は、システム異常と判定する。このように異常判定処理前においてスタック１２の発電運転が、前回の異常判定処理から第２規定時間β２以上連続して継続されているため、スタック１２の温度はＯＣＶの検知に適する温度領域となっており、制御部１００は異常判定処理を実行する。

また、スタック１２の発電運転の停止直後であれば、改質部３やアノードガス通路７３（燃料通路の一部）には水素ガスが残留していると考えられる。殊に、改質部３が多孔質のセラミックス担体を有する場合には、セラミックス担体に水素が残留していると考えられる。このように改質部３に残留する水素を発電運転の停止直後にアノード１０に供給できる。発電停止直後であっても、ポンプ６０，８０を駆動させて原料水および燃料原料を蒸発部２および改質部３に供給させているため、改質部３において水素が生成されるためである。このため、発電停止直後であっても、アノード１０の電位を水素の電極電位（０ボルト）に維持させ易く、発電運転の停止直後にＯＣＶの精度を確保させ易いと考えられる。

この点について本実施形態によれば、スタック１２の発電運転を強制的に停止させる指令をシステムに出力させた時刻ｔ２から直ちに（規定時間βset以内に）スイッチング素子１６を速やかにオフにさせ、異常判定処理を実行することが好ましい。規定時間βsetとしては５秒、１０秒、３０秒、場合によっては６０秒にできる。但し、場合によっては、スタックの発電運転を強制的に停止させる指令をシステムに出力させた時刻から規定時間βset経過後に、異常判定処理を開始させることにしても良い。

上記したように本実施形態によれば、スタック１２のカソード１１にカソードガスが存在する状態においてシステム異常判定処理は実行される。この場合、酸素を含むカソードガスがカソード１１に存在するため、カソード１１の電位が酸素の電極電位として安定し、ＯＣＶの検知精度が確保される。

本実施形態によれば、改質部３に供給される燃料原料を異常判定処理前よりも低減させ、スタック１２のアノード１０に供給させるアノードガスの流量を異常判定処理前よりも低減させると共に、スタック１２のＯＣＶを検知する。アノードガスは、水素リッチな水素含有ガスまたは水素ガスであるため、アノード１０の電位は水素の電極電位（０ボルト）となる。ここで、発電運転時のスタック１２の電位は外乱要因が多く、ＯＣＶに比較して安定性は充分ではない。即ち、発電運転時のスタック１２の電位は運転環境および運転条件等の影響を受け易く、ＯＣＶに比較して安定性は充分ではない。この点本実施形態によれば、ＯＣＶが利用されるため、ＯＣＶは運転環境および運転条件等の影響を受け難く、ＯＣＶの安定性は高い。このためシステム異常を精度よく判定でき、システム異常の判定精度を向上させることができる。しかもＯＣＶの差が小さい場合であっても、判定できるため、システム異常を信頼性良くできるだけ早期に検知することができる。

ところで、システムの起動段階で検知したＯＣＶに基づいてシステム異常を判定することも考えられる。しかしながら、システムの起動段階では、スタック１２および改質部３の双方を加熱させて暖機させているため、スタック１２および改質部３の温度は安定しておらず、システム異常と判定するにあたり、判定精度が必ずしも充分ではない。更に、システムの起動段階では、改質部３で生成燃料原料を改質させて形成されたアノードガスの水素濃度も必ずしも充分に安定していない。このため、起動段階では、アノードガスがスタック１２のアノード１０に供給されるものの、スタック１２のアノード１０には他のガス成分が存在する可能性があり、アノード１０の電位の安定度、ひいてはＯＣＶの安定度は必ずしも充分ではない。

この点について本実施形態によれば、異常判定処理は起動時ではなく、スタック１２の連続的な発電運転の停止時において実行されるため、起動段階に比較してスタック１２の温度は適度な高温状態で安定している。この結果、ＯＣＶの安定性は高く、システム異常を精度よく判定できるため、システム異常の判定精度を向上させることができる。しかもＯＣＶの差が小さい場合であっても、判定できるため、システム異常を信頼性良くできるだけ早期に検知することができる。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、異常判定処理前においてスタック１２の発電運転の連続的な運転時間が第２規定時間β２以上継続しているとき、制御部１００は判定可能フラグを立てる。連続的な運転時間が第２規定時間β２未満であるとき、制御部１００は判定可能フラグを立てない。判定可能フラグが立てられているときにはスタック１２の温度はＯＣＶ判定に適する温度であり、スタック１２の温度は安定しており、ＯＣＶ判定の精度が高いと考えられる。そこで本実施形態によれば、判定可能フラグが立てられているとき、制御部１００は、自身のタイマー機能により、定期的にまたは不定期的に、異常判定処理を開始するか判定する。開始するときには、制御部１００は異常判定処理を自動的に実行する。

これに対して、運転時間が第２規定時間β２未満のときには、スタック１２の温度の安定性が必ずしも充分ではないため、制御部１００は異常判定処理を実行しない。なお、判定可能フラグが立てられている条件のもとで、ユーザまたはメンテナンス者等の指示により、制御部１００は異常判定処理を実行することにしても良い。なお本実施形態を実施形態１等の他の実施形態と組み合わせても良い。

（実施形態３）
本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、異常判定処理前においてスタック１２の発電運転の連続的な運転時間が第２規定時間β２以上継続している条件のもとで、制御部１００のタイマー機能などにより、異常判定処理を開始させる指令が制御部１００等により出力されるとき、制御部１００は、温度センサ３３によりスタック１２の温度を検知する。異常判定処理を開始させる前に、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上のとき、スタック１２の温度は適度に安定していると判定されるため、制御部１００は異常判定処理を実行する。これに対して、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のとき、スタック１２の温度が過剰に低温であるため、制御部１００は異常判定処理を実行しない。なお、ユーザまたはメンテナンス者等の指示により、制御部１００は異常判定処理を実行することにしても良い。本実施形態を実施形態１等の他の実施形態と組み合わせても良い。

（実施形態４）
本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、本実施形態によれば、異常判定処理前においてスタック１２の発電運転の連続的な運転時間が第２規定時間β２以上継続している条件のもとで、異常判定処理を開始させる指令が制御部１００により出力されるとき、制御部１００は、温度センサ３３によりスタック１２の温度を検知する。

スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上で且つ第２規定温度Ｔmax未満（Ｔmax＞Ｔset）のとき、スタック１２の温度は安定していると判定し、制御部１００は異常判定処理を実行する。これに対して、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のとき、スタック１２が低温であるため、制御部１００は異常判定処理を実行しない。スタック１２の温度が第２規定温度Ｔmax以上のとき、スタック１２がオーバヒートしているため、制御部１００は異常判定処理を実行しない。なお、ユーザまたはメンテナンス者等の指示により制御部１００は異常判定処理を実行することにしても良い。本実施形態を実施形態１等の他の実施形態と組み合わせても良い。

（実施形態５）
図５は実施形態５に係る制御則の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く、適宜変更できる。本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、制御部１００は、前回の異常判定処理から、または異常判定処理が始めての場合にはシステム設置時刻から、連続している運転時間を読み込む（ステップＳ１０２）。異常判定処理前においてスタック１２の発電運転の連続的な運転時間が第２規定時間β２以上継続しているか否かを、制御部１００は判定する（ステップＳ１０４）。運転時間が第２規定時間β２以上継続していないとき（ステップＳ１０４のＮＯ）、制御部１００はメインルーチンにリターンする。

連続的な運転時間が第２規定時間β２以上継続していれば（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、制御部１００は、温度センサ３３によりスタック１２の温度を読み込む（ステップＳ１０６）。スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上か否かを、制御部１００は判定する（ステップＳ１０８）。スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上であれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、スタック１２の温度が第２規定温度Ｔmax（Ｔset＜Ｔmax）未満か否かを、制御部１００は判定する（ステップＳ１１０）。スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上で且つ第２規定温度Ｔmax未満であれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、スタック１２の温度は異常判定処理の適温領域であるため、制御部１００は判定可能フラグを立てる（ステップＳ１１２）。判定可能フラグが立てられているとき、スタック１２の温度はＯＣＶ判定に適する温度であり、スタック１２の温度が安定していると考えられる。

そこで本実施形態によれば、判定可能フラグが立てられているとき、異常判定処理を開始させる指令が出力されているか否かを、制御部１００は判定する（ステップＳ１１４）。異常判定処理を開始させる指令が出力されているとき（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、制御部１００は異常判定処理を実行する（ステップＳ１１６）。指令については、制御部１００，ユーザ、メンテナンス者等が出力できる。

異常判定処理では、（ｉ）スイッチング素子１６をオフさせてアノード１０とカソード１１間を断電させる操作、（ｉｉ）ポンプ６０の出力を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させ、改質部３に供給させる燃料原料の流量を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させる操作、（ｉｉｉ）ポンプ８０の出力を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させ、蒸発部２に供給させる改質水の流量を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させる操作を、制御部１００は行う（ステップＳ１１６）。

スタック１２の発電運転の運転時間が第２規定時間β２以上継続していたとしても、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のときには（ステップＳ１０８のＮＯ）、スタック１２の温度が第２規定温度Ｔmax以上のときには（ステップＳ１１０のＮＯ）、または、開始指令が出力されないときには（ステップＳ１１４のＮＯ）、制御部１００は異常判定処理を実行しない。

異常判定処理においてシステム異常が発生していると判定されるときには（ステップＳ１１８のＹＥＳ）、ハンチングが発生しているかを制御部１００は判定し（ステップＳ１２０）、ハンチングが発生していれば（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ハンチングが発生していることを示すため、ハンチングフラグを立て（ステップＳ１２２）、ハンチングが発生していなければ、ハンチングフラグを立てない（ステップＳ１２０のＮＯ）。

次に、制御部１００は、検知されたシステム異常が軽微か否かを判定する（ステップＳ１２４）。軽微であれば（ステップＳ１２４のＹＥＳ）、制御部１００は、軽微である旨を警報器１０２で警報させるとともに表示部１０７で表示し（ステップＳ１２６）、ユーザまたはメンスナンス者等に報知させる。更に制御部１００は、システムの次回の起動および発電運転を許可させる許可フラグを出力し（ステップＳ１２８）、メインルーチンにリターンする。ＯＣＶのハンチングが発生していれば、報知の際に、ハンチングが発生している旨を警報器１０２および表示部１０７により報知する。システム異常が軽微であるか否かについては、ハンチング時のＯＣＶの変動幅、ＯＣＶの低下幅、ＯＣＶの低下速度等に基づいて判定できる。つまり、システム異常が軽微であるか否かの閾値は、ハンチング時のＯＣＶの変動幅、ＯＣＶの低下幅、ＯＣＶの低下速度等に基づいて、予め制御部１００に設定されている。

軽微でない場合には（ステップＳ１２４のＮＯ）、制御部１００は、システム異常が重度である旨を警報器１０２で警報させるとともに表示部１０７で表示し（ステップＳ１３０）、次回の起動および発電運転を許可させない不許可フラグを出力し（ステップＳ１３２）、メインルーチンにリターンする。なお本実施形態を実施形態１等の他の実施形態と組み合わせても良い。

（実施形態６）
図６および図７は実施形態６を示す。図７は制御則の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く、適宜変更できる。本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、スタック１２の温度は、低温側から高温側に向けて複数段階、つまり、ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３，ＴＳ４，ＴＳ５とされている。温度ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３，ＴＳ４，ＴＳ５，ＴＳ５に応じて、それぞれ複数の許容電圧値ＶＢ１，ＶＢ２，ＶＢ３，ＶＢ４，ＶＢ５が予め設定されている。許容電圧値ＶＢ１〜ＶＢ５をそれぞれ格納させるエリアを有するメモリ１００ｍ（記憶要素）が制御部１００に設けられている（図６参照）。

制御部１００は、発電運転後の停止時において、異常判定処理を開始させるにあたり、温度センサ３３の検知したスタック１２の実際の温度を読み込み（ステップＳ２０２）、実際の温度に基づいてスタック１２のみなし温度を決定する（ステップＳ２０４）。この場合、実際の温度の端数を四捨五入、切り捨て、または、切り上げて、みなし温度を決定することができる。そして、制御部１００は、みなし温度に基づいて、メモリ１００ｍに格納されている情報から、複数の前記許容電圧値ＶＢ１，ＶＢ２，ＶＢ３，ＶＢ４，ＶＢ５のうちのいずれかを設定する（ステップＳ２０８〜Ｓ２１６）。更に、許容電圧値ＶＢにそれを代入する（ステップＳ２２０）。

即ち、スタック１２のみなし温度がＴＳ１であるときには、許容電圧値ＶＢ１が選択される。スタック１２のみなし温度がＴＳ２であるときには、許容電圧値ＶＢ２が選択される。スタック１２のみなし温度がＴＳ３であるときには、許容電圧値ＶＢ３が選択される。一般的には、スタック１２のみなし温度が低い程、許容電圧値は高めに設定できる。但し、これに限定されるものではない。なお、みなし温度が第１規定温度未満のとき、異常判定処理せずにメインルーチンにリターンする。

制御部１００は、（i）（ii）および（iii）を実行する（ステップＳ２２２、Ｓ２２４、Ｓ２２６）
（ｉ）スイッチング素子１６をオフさせてアノード１０とカソード１１間を断電させる操作
（ｉｉ）ポンプ６０の出力を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させ、改質部３に供給させる燃料原料の流量を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させる操作
（ｉｉｉ）ポンプ８０の出力を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させ、蒸発部２に供給させる改質水の流量を発電運転時（異常判定処理前）よりも低下させる操作
更に、制御部１００は、スタック１２のＯＣＶを読み込み（ステップＳ２２８）、それをメモリ１００ｍの所定のエリアに格納させ、（ステップＳ２３０）、この動作を規定時間が終了するまで実行する（ステップＳ２３２のＮＯ）。規定時間は、ＯＣＶの低下を検知するために充分な時間とすることが好ましい。規定時間が終了すると（ステップＳ２３２のＹＥＳ）、制御部１００は全体のＯＣＶデータを読み込み（ステップＳ２３４）、更に、スタック１２のＯＣＶが許容電圧値ＶＢ以下である状態が第１規定時間β１以上継続するか否かを判定する（ステップＳ２３６）。

例えば、許容電圧値ＶＢ１が選択されると仮定する。この場合、スタック１２の開放回路電圧（ＯＣＶ）が、選択された許容電圧値ＶＢ１よりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、システム異常と判定され（ステップＳ２３６のＹＥＳ）、異常フラグを立て（ステップＳ２３８）、更に、ＯＣＶの所要量以上のハンチングが発生しているか否かを判定する（ステップＳ２４０）。ハンチングが発生していれば（ステップＳ２４２のＹＥＳ）、制御部１００は、ハンチングの発生を示すハンチングフラグを立て（ステップＳ２４２）、システム異常である旨を警報器１０２および表示部１０７に出力させ、ユーザやメンテナンス者に報知させる（ステップＳ２４４，Ｓ２４６）。

ステップＳ２３６において、スタック１２のＯＣＶが許容電圧値ＶＢ以下でない場合、または、ＯＣＶが許容電圧値ＶＢ以下である状態が第１規定時間β１以上継続されないときには（ステップＳ２３６のＮＯ）、次に、ハンチングが発生しているか否かを判定する（ステップＳ２４０）。ハンチングが発生していれば（ステップＳ２４２のＹＥＳ）、制御部１００は、ハンチングの発生を示すハンチングフラグを立て（ステップＳ２４２）、システム異常である旨を警報器１０２および表示部１０７に出力させ、ユーザやメンテナンス者に報知させる（ステップＳ２４４，Ｓ２４６）。

スタック１２のＯＣＶが許容電圧値ＶＢ以下でない状態が第１規定時間β１以上継続されないとき、更に、所定量以上の幅のハンチングが発生していないときには、システムは正常と判定される。このため、制御部１００は正常フラグを立て（ステップＳ２４３）、システムが正常である旨を警報器１０２および表示部１０７に出力させ、ユーザやメンテナンス者に報知させる（ステップＳ２４４，Ｓ２４６）。なお、場合によっては、ハンチングを考慮せずとも良い。ＯＣＶが許容電圧値ＶＢ以下である状態が第１規定時間β１以上継続されないときに、制御部１００は、システム正常であると判定しても良い。

なお本実施形態においても、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のとき、または、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔmax以上のとき、制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。但しこれに限定されない。

（実施形態７）
本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、発電運転中において、ユーザまたはユーザ機器からの電力要請が規定電力値Ｗsetよりも少ないとき、制御部１００は、スタック１２の発電運転を強制的に停止させて異常判定処理を実行する。電力要請が規定電力値Ｗsetよりも少ないときには、改質部３に供給させる燃料原料の流量も少なく、ひいては、スタック１２のアノード１０に供給するアノードガスの流量は少ない。異常判定処理においては、スタック１２のアノード１０に供給させるアノードガス（燃料ガス）の単位時間あたりの流量を異常判定処理前よりも低減させるため、スタック１２の発電運転から異常判定処理に移行させ易い利点が得られる。このため、スタック１２の発電運転の停止指令の時刻から速やかに異常判定処理に移行させ易い利点が得られる。

本実施形態においても、異常判定処理前において、異常判定処理を開始させる指令が制御部１００、ユーザまたはメンテナンス者等により出力されるとき、制御部１００は、温度センサ３３によりスタック１２の温度を検知することが好ましい。そして、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset以上のとき、スタック１２の温度は安定していると判定し、制御部１００はスイッチング素子１６をオフとし、スタック１２の発電運転を強制的に停止させ、異常判定処理を実行することが好ましい。

発電運転を強制的に停止させるため、電力が不足する。不足する電力量については、他の電力供給源から電力供給を受けることが好ましい。他の電力供給源としては、電力会社からの商用電源１８が挙げられる。太陽電池システムが燃料電池システムと共に並設されている場合には、太陽電池システムが挙げられる。これに対して、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のとき、制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。スタック１２の温度が第１規定温度Ｔmax以上のときにおいても、制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。なおスタック１２の温度が第１規定温度Ｔmax以上のときであっても、スタック１２のオーバヒートが少ない場合には、制御部１００は異常判定処理を実行しても良い。

（実施形態８）
本実施形態は上記実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。異常判定処理において、検知された開放回路電圧（ＯＣＶ）が許容電圧値ＶＢに対して下降および上昇を繰り返す所定幅以上のハンチングを発生させるとき、制御部１００は、システム異常の要因が燃料電池システムの電気系統の絶縁不良と推定し、その旨を表示部１０７に表示してメンテナンス者等に報知する。この場合、規定時間ΔＴ内において、ＯＣＶが許容電圧値ＶＢに対してΔＶ１以上下降すること、および、ＯＣＶが許容電圧値ＶＢに対してΔＶ２以上上昇することが規定回数ｎ以上繰り返されるとき、制御部１００はＯＣＶのハンチングと判定する。ＯＣＶが許容電圧値ＶＢに対してハンチングするときには、燃料電池システムの導電部同士の微視的な接触および離間の繰り返しと推定される。発電モジュール１８は高温に維持されているため、導線等の導電部の電気的な接触部分の劣化および損傷が発生するおそれがあり、ガス供給などに基づいて劣化または損傷した部分同士の微視的な接触および離間の繰り返しが考えられる。このため、ＯＣＶのハンチング発生と考えられるときには、システムの電気系統の導線等の導電部の絶縁不良を優先的に検査することが、システムのメンテナンス時間や修理時間の短縮に好ましい。

（適用形態１）
図８は適用形態１の概念を模式的に示す。図８に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１で形成されたスタック１２と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２と改質部３を加熱する燃焼部１０５と、蒸発部２に供給される液相状の原料水を溜めるタンク４と、これらを収容するケース５とを有する。

燃料電池１のスタック１２は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池（運転温度：例えば４００℃以上）を適用できる。アノード１０側から排出されたアノード排ガスは流路１０３を介して、燃焼部１０５に供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガスは流路１０４を介して、燃焼部１０５に供給される。燃焼部１０５は前記アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ蒸発部２と改質部３を加熱させる。燃焼部１０５には燃焼排ガス路７５が設けられ、燃焼部１０５における燃焼後のガスおよび、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路７５を介して大気中に放出される。改質部３は、多数のガス通路を形成するセラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質器２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。改質部３の内部には、改質部３の温度を検知する温度センサ３３と、燃焼部１０５には燃料を着火させるヒータである着火部３５が設けられている。着火部３５は燃焼部１０５の燃料に着火できるものであれば何でも良い。温度センサ３３の信号は制御部１００に入力される。制御部１００は着火部３５を作動させて燃焼部１０５を着火させて高温化させる。制御部１００は警報器１０２をもつ。

運転時には、改質器２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。運転時には、蒸発部２は原料水を加熱させて水蒸気とさせ得るように燃焼部１０５により加熱される。燃料電池１がＳＯＦＣタイプの場合には、アノード１０側から排出されたアノード排ガスとカソード１１側から排出されたカソード排ガスが燃焼部１０５で燃焼するため、改質部３および蒸発部２は同時に加熱される。燃料通路６は、燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、燃料ポンプ６０および脱硫器６２をもつ。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用の搬送源として機能するカソードポンプ７１が設けられている。

図８に示すように、ケース５は外気に連通する吸気口５０と排気口５１とをもち、更に、第１室である上室空間５２と、第２室である下室空間５３と、温度センサ５７とをもつ。燃料電池１は、改質部３および蒸発部２と共に、ケース５の上側つまり上室空間５２に収容されている。ケース５の下室空間５３には、改質部３で改質される液相状の水を溜めるタンク４が収容されている。タンク４には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００からの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により加熱され、凍結が抑制される。なお、タンク４内の水位は基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。

図８に示すように、下室空間５３側のタンク４の出口ポート４ｐと上室空間５２側の蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させる給水通路８が、配管としてケース５内に設けられている。給水通路８は、タンク４内に溜められている水をタンク４の出口ポート４pから蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８および蒸発部２は水蒸気生成系２Ｘを形成する。給水通路８には、タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ８０が設けられている。なお、給水通路８は蒸発部２，改質部３、スタック１２等を介して大気に連通するようにされている。制御部１００はポンプ８０，７１，７９，６０を制御する。

システムの起動時には、燃料ポンプ６０が駆動して燃料が蒸発部２，改質部３、アノード１０を介して燃焼部１０５に供給される。カソードポンプ７１が駆動してカソードガス（空気）が発電モジュール１８内に供給される。この状態で着火部３５を着火させ、燃焼部１０５において燃焼炎を生成させる。この結果、発電モジュール１８の内部が加熱され、蒸発部２，改質部３、スタック１２が加熱される。発電モジュール１８の内部が高温になると、発電運転が開始される。すなわち、ポンプ８０が駆動してタンク４内の水は出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、高温の蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は燃料通路６から蒸発部２に供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）と共に改質部３に移動する。改質部３において燃料は、水蒸気改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。アノードガスは改質部３の出口ポート３ｐからアノードガス通路７３（燃料通路の一部）を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にポンプ７１の駆動によりカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。この状態で燃料電池１において発電反応が生じる。

上記した発電反応においては、アノードガスとして水素含有ガスが供給されるアノード１０では、基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。空気（酸素）がカソードガスとして供給されるカソード１１では、基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソード１１において発生した酸素イオン（Ｏ^２−）がカソード１１からアノード１０に向けて電解質を伝導する。
（２）…Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（３）…１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−
発電反応後のアノードオフガスは、発電反応しなかった水素を含む。カソードオフガスは発電反応に未反応な酸素を含む。アノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼部１０５に排出されて燃焼される。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、排気ガスとなり、熱交換器７６のガス通路を経て排気通路７５を流れ、更に、排気通路７５の先端の排気口からケース５の外部に放出される。図５に示すように、排気通路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。貯湯槽７７に繋がる貯湯通路７８および貯湯ポンプ７９が設けられている。貯湯通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、貯湯ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の吐出ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６で加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力等により浄水部４３に供給される。浄水部４３はイオン交換樹脂等の水浄化剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水はタンク４に移動し、タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。

本実施形態においても、前回の異常判定処理の終了時刻から、あるいは、システム設置時期から、スタック１２の連続的な発電運転が第２規定時間β２以上実行されている状態において、異常判定処理を開始させる指令が出力されたときには、制御部１００はスイッチング素子１６をオフとさせてスタック１２の発電運転を停止させ、発電運転の停止時において（殊に停止直後に）異常判定処理を実行する。

異常判定処理において、ポンプ７１を駆動させてスタック１２のカソード１１にカソードガスを供給させている状態において、改質部３に供給させる燃料原料の流量を異常判定処理前よりも低減させる。更に電圧センサ１２５によりスタック１２のＯＣＶを検知する。検知されたＯＣＶが許容電圧値ＶＢよりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知されたＯＣＶが許容電圧値ＶＢに対してハンチングを発生させるとき、制御部１００はシステム異常と判定する。本実施形態においても、他の実施形態の条件を準用することが好ましい。

なお、本実施形態においても、スタック１２の温度が第１規定温度Ｔset未満のとき、スタック１２は低温過ぎるため、制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。また、スタック１２の温度が第２規定温度Ｔmax以上のとき、スタック１２は高温過ぎるため、 制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。更に、スタック１２の連続運転時間が第２規定時間β２未満であれば、制御部１００は異常判定処理を実行しないことが好ましい。但しこれらに限定されるものではない。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態および適用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。燃料電池１は、場合によっては、溶融炭酸塩形またはリン酸形の燃料電池に適用しても良い。燃料原料としては、都市ガス、ＬＰＧ、バイオガス、ガソリン、灯油、アルコール等でも良い。図５において、発電モジュール１８の内部に、スタック１２，改質部３，蒸発部２が収容されているが、蒸発部２は水蒸気を発生させ得るような温度となる限り、発電モジュール１８の外方に離間して、あるいは、発電モジュール１８の断熱壁１９に隣設されていても良い。加熱部４０はタンク４に設けられているが、これに限らず、凝縮水通路４２に設けられていても良い。加熱部４０を廃止させても良い。

１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、１２はスタック、１４は通電経路、１５は電力変換器、１６はスイッチング素子、１７は電力負荷、１８は商用電源、１０２は警報器、１０７は表示部、１２５は電圧センサ（開放回路電圧検知要素）、２Ａは改質器、２は蒸発部、２Ｘは水蒸気生成系、３は改質部、３３は温度センサ、３５は着火部、４はタンク、５はケース、５７は温度センサ、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ（燃料搬送源）、７０はカソードガス通路、７３はアノードガス通路、７５は排気通路、７７は貯湯槽、８は給水通路、８０はポンプ（水搬送源）、１００は制御部を示す。

Claims (9)

1. アノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、燃料ガスを前記スタックの前記アノードに供給させる燃料通路と、カソードガスを前記スタックの前記カソードに供給させるカソードガス通路と、前記スタックの開放回路電圧を直接または間接的に検知する開放回路電圧検知要素と、制御部とを具備しており、
   前記制御部は、
   前記スタックの発電運転を実行した後、発電運転を停止させ、発電運転の停止時において異常判定処理を実行し、
   前記異常判定処理において、前記スタックの前記カソードに前記カソードガスが存在する状態において、前記スタックの前記アノードに供給させる前記燃料ガスの単位時間あたりの流量を前記異常判定処理前よりも低減させると共に、前記開放回路電圧検知要素により前記スタックの開放回路電圧を検知し、検知された前記開放回路電圧が許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知された前記開放回路電圧が前記許容電圧値に対して下降および上昇を複数回繰り返すハンチングを発生させるとき、
   前記制御部は、システム異常と判定する燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記異常判定処理前において前記スタックの発電運転の運転時間が前回の前記異常判定処理からまたはシステム設置時期から第２規定時間部β２（β２＞β１）以上継続している条件のもとで、前記制御部は、前記異常判定処理を実行し、前記第２規定時間β２未満のとき異常判定処理を実行しない燃料電池システム。
3. 請求項１または２において、前記スタックの前記アノードと前記カソードとを繋ぐ通電経路にはスイッチング素子が設けられており、前記制御部は、前記スタックの開放回路電圧を検知すべく前記異常判定処理を実行するとき前記スイッチング素子をオフとさせる燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記スタックの発電運転時の温度は２００℃以上であり、前記制御部は、前記スタックの温度または前記スタック付近の温度が第１規定温度以上のとき前記異常判定処理を実行し、前記スタックの温度が前記第１規定温度未満のとき前記異常判定処理を実行しない燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記スタックの温度を直接または間接的に検知する温度検知要素と、前記スタックの温度の高低に応じてそれぞれ設定された複数の前記許容電圧値を格納する記憶要素とを具備しており、
   前記制御部は、前記異常判定処理おいて、前記温度検知要素に基づいて前記スタックの温度を検知し、前記スタックの温度に対応する前記許容電圧値を前記記憶要素から選択し、
   前記開放回路電圧検知要素により検知された前記スタックの開放回路電圧が、選択された前記許容電圧値よりも低い状態が前記第１規定時間β１以上継続されるとき、および／または、検知された開放回路電圧が前記許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、前記制御部は、システム異常と判定する燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、更に、前記異常判定処理における開放回路電圧の変動と経過時間との関係を表示する表示部を具備する燃料電池システム。
7. 請求項１〜６のうちの一項において、前記制御部は、発電運転中において、ユーザまたはユーザ機器からの電力要請が規定電力値よりも少ない条件の下で、発電運転を停止させて前記異常判定処理を実行する燃料電池システム。
8. 請求項１〜７のうちの一項において、前記異常判定処理において、検知された開放回路電圧が前記許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、前記制御部は、システム異常の要因が前記燃料電池システムの電気系統の絶縁不良と推定し、その旨を報知する燃料電池システム。
9. アノードおよびカソードをもつ燃料電池のスタックと、燃料ガスを前記スタックの前記アノードに供給させる燃料通路と、カソードガスを前記スタックの前記カソードに供給させるカソードガス通路と、前記スタックの開放回路電圧を直接または間接的に検知する開放回路電圧検知要素とを具備する燃料電池システムの故障診断方法であって、
   前記スタックの発電運転を連続的に第２規定時間以上実行する工程と、その後、発電運転を停止させ、発電運転の停止時において異常判定処理を実行する工程とを順に実施し、
   前記異常判定処理において、
   前記スタックの前記カソードにカソードガスが存在する状態において、前記スタックの前記アノードに供給させる燃料ガスの単位時間あたりの流量を前記異常判定処理前よりも低減させると共に、前記開放回路電圧検知要素により前記スタックの開放回路電圧を検知し、検知された開放回路電圧が許容電圧値よりも低い状態が第１規定時間以上継続されるとき、および／または、検知された開放回路電圧が前記許容電圧値に対して下降および上昇を繰り返すハンチングを発生させるとき、システム異常と判定する燃料電池システムの故障診断方法。

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