JP2016012489A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、改質部にて改質された燃料の一部を脱硫器に戻すリサイクル燃料管の異常を検出し、硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を抑制することを目的とする。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池３４と、改質用原料と水蒸気とから燃料電池３４の燃料を生成する改質部３３と、水素を利用して改質用原料に含まれる硫黄成分を除去し、改質用原料を改質部３３に供給する脱硫器１１ａ６と、脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する改質用原料供給管１１ａに接続され、改質部３３にて生成された燃料の一部をリサイクルガスとして脱硫器１１ａ６に戻すリサイクルガス管３９と、リサイクルガスの湿度を検出する第一湿度センサ３９ａ１と、を備えている。制御装置１５（ステップＳ１０４）は、第一湿度センサ３９ａ１により検出された検出湿度Ｈｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの一形式として、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１に示されているように、燃料電池システムは、改質用原料供給流路１４を通して供給される改質用原料中の硫黄成分を除去するための脱硫器２２と、脱硫された改質用原料を改質するための改質器４と、改質改質用原料及び酸化剤の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタック６とを備えている。この燃料電池システムは、脱硫器２２による改質用原料の脱硫反応を水素が含まれる条件下で行うため、改質器４で改質された改質改質用原料の一部を脱硫器２２に戻すためのリサイクル流路４８が設けられている。このリサイクル流路４８にはオリフィス部材５０が設けられており、オリフィス部材５０によって脱硫器２２に戻される改質改質用原料の流量が調整されている。

特開２０１１−１５９４８５号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、リサイクル流路４８にはオリフィス部材５０によって改質器４に戻される改質改質用原料の流量が調整されているが、オリフィス部材５０の流路孔が異物によって閉塞するおそれがある。オリフィス部材５０の流路孔が異物により閉塞した場合には、リサイクル流路４８に改質改質用原料が流れなくなり、脱硫器２２は改質改質用原料の水素が混合されないことによって脱硫機能が低下するおそれがあった。さらに、脱硫器２２で脱硫機能が低下すると、燃料電池セルスタック６が改質改質用原料に含まれる硫黄成分によって劣化するおそれもあった。
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、燃料電池システムにおいて、改質部にて改質された燃料の一部を脱硫器に戻すリサイクル燃料管の異常を確実に検出し、ひいては、硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、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、水素を利用することにより改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して、改質用原料を改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管を流れているリサイクル燃料の状態を示す物理量を検知する検知装置と、検知装置によって検知された物理量に基づいてリサイクル燃料管を通過するリサイクル燃料の通過を検出する検出部と、を備えている。
これによれば、検出部により、検知装置によって検知された物理量に基づいてリサイクル燃料管を通過するリサイクル燃料の通過を検出することができる。よって、リサイクル燃料管の異常を確実に検知できるようになる。したがって、リサイクル燃料が脱硫器に供給されないことによって、脱硫器により除去されなかった硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を発生させないような対処をすることが可能になる。その結果、燃料電池システムにおいて、硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃料電池システムにおいて、改質水から水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部をさらに備え、物理量は、リサイクル燃料の水蒸気量に関する物理量であり、検知装置は、改質用原料供給管におけるリサイクル燃料管の接続部と脱硫器との間、または、リサイクル燃料管に配設され、リサイクル燃料の水蒸気量に関する物理量を検知する。
燃料および燃料の一部であるリサイクル燃料は、水蒸気と改質用原料から生成された改質ガスの一部であり、水蒸気を含んだ水素リッチガスであるため、改質用原料に対し水蒸気を多量に含んでいる。よって、リサイクル燃料がリサイクル燃料管および改質用原料供給管を通過する場合、これら管内の水蒸気量が増加する。ここで、検知装置は、改質用原料供給管におけるリサイクル燃料管の接続部と脱硫器との間、または、リサイクル燃料管に配設され、リサイクル燃料の水蒸気量に関する物理量を検知する。よって、検出部により、検知装置によって検知されたリサイクル燃料管および改質用原料供給管内の水蒸気量に関する物理量に基づいて、リサイクル燃料の通過を検知することができる。ここで、検知装置は、例えば、湿度センサや露点センサであり、一般的に比較的低コストである。したがって、このような検知装置を用いることによって比較的低コストにて、リサイクル燃料管の異常を確実に検知できる。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に係る燃料電池システムにおいて、検知装置は、改質用原料供給管におけるリサイクル燃料管の接続部と脱硫器との間に配設され、改質用原料とリサイクル燃料との混合ガスの露点温度を検知する露点センサであり、物理量は、混合ガスの露点温度であり、燃料電池システムは、改質部内の温度を検出する温度センサをさらに備え、制御装置は、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比率を示すリサイクル燃料比率と、混合ガスの露点温度との改質部内の温度毎の関係を表すマップに基づいて、温度センサによって検出された温度および所定リサイクル燃料比率に応じた露点温度を露点しきい値として算出する算出部と、をさらに備え、検出部は、検知装置によって検出された露点温度が、算出部によって算出された露点しきい値以上である場合、リサイクル燃料管を通過するリサイクル燃料の通過を検出する。
これによれば、検出部は、検知装置によって検出された露点温度に基づいて、算出部によって算出される露点しきい値を用いることにより、リサイクル燃料管を通過するリサイクル燃料の通過を検出する。よって、リサイクル燃料管の異常を精度よく検知できる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る燃料電池システムにおいて、物理量は、リサイクル燃料の圧力であり、検知装置は、改質用原料供給管におけるリサイクル燃料管の接続部と脱硫器との間、または、リサイクル燃料管に配設され、リサイクル燃料の圧力を検知する圧力センサである。
リサイクル燃料がリサイクル燃料管および改質用原料供給管を通過する場合、リサイクル燃料の流量に応じて、これら管内の圧力が増加する。ここで、圧力センサは、改質用原料供給管におけるリサイクル燃料管の接続部と脱硫器との間、または、リサイクル燃料管に配設され、リサイクル燃料の圧力を検知する。よって、検出部により、圧力センサによって検知されたリサイクル燃料管および改質用原料供給管内の圧力値に基づいて、リサイクル燃料の通過を検知することができる。また、圧力センサは、一般的に比較的低コストである。したがって、圧力センサを用いることによって比較的低コストにて、リサイクル燃料管の異常を確実に検知できる。

また、請求項５に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、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、水素を利用することにより改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して、改質用原料を改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、改質用原料管に配設され、少なくとも改質用原料を脱硫器に供給する原料供給装置と、改質用原料管に配設され、改質用原料の流量を検出する流量検出装置と、燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、流量検出装置によって検出される流量が改質用原料の目標流量となるように、原料供給装置に対する制御指令値を算出して、制御指令値を原料供給装置に出力するフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、制御指令値を検知する制御指令値検知部と、制御指令値検知部によって検知された制御指令値に基づいてリサイクル燃料管を通過するリサイクル燃料の通過を検出する検出部と、を備えている。
原料供給装置が少なくとも改質用原料を脱硫器に供給するものであるため、リサイクル燃料が通過している場合の改質用原料供給装置の駆動量は、リサイクル燃料が通過していない場合の駆動量に比べて増加する。すなわち、リサイクル燃料が通過している場合のフィードバック制御部が出力する原料供給装置に対する制御指令値は、リサイクル燃料が通過していない場合の制御指令値に比べて増加する。よって、検出部により、制御指令値検知部によって検知された制御指令値に基づいて、リサイクル燃料の通過を検知することができる。これにより、燃料電池システムは、リサイクル燃料の物理量を検知するセンサ等を追加することなく、比較的低コストにて、リサイクル燃料管の異常を確実に検知できるようになる。よって、リサイクル燃料が脱硫器に供給されないことによって、脱硫器により除去されなかった硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を発生させないような対処をすることが、比較的低コストにて可能になる。その結果、燃料電池システムにおいて、比較的低コストにて、硫黄成分による改質部の劣化や燃料電池の故障を抑制することができる。

本発明による燃料電池システムの第一実施形態の概要を示す概略図である。 図１に示す燃料電池システムのブロック図である。 図２に示す制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第一変形例の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第一変形例における制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第二変形例の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第二変形例の変形例の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第三変形例の概要を示す部分概略図である。 図８に示す検知装置によって検知されるリサイクルガスの状態を示す物理量とリサイクル燃料比率との相関関係を示す図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第三変形例における制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第三変形例の変形例の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第四変形例の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の第四変形例における制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。 本発明による燃料電池システムの第一実施形態の各変形例において、リサイクル燃料管にポンプを配設した場合の概要を示す部分概略図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態における制御装置のフィードバック制御部のブロック線図である。 本発明による燃料電池システムの第二実施形態における制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。

（第一実施形態）
以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。

改質用原料供給管１１ａに関して詳述する。改質用原料供給管１１ａには、上流から順番に遮断弁１１ａ１、第一圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３（特許請求の範囲の流量検出装置に相当）、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５（特許請求の範囲の原料供給装置に相当）および脱硫器１１ａ６が設けられている。遮断弁１１ａ１、第一圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６は、筐体１０ａ内に収納されている。

遮断弁１１ａ１は改質用原料供給管１１ａを制御装置１５の指令によって開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。第一圧力センサ１１ａ２は、燃料電池３４に供給されている燃料（改質用原料）の圧力（特に第一圧力センサ１１ａ２の設置場所の圧力）を検出するものであり、その検出結果を制御装置１５に送信している。流量センサ１１ａ３は、燃料電池３４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１５に送信している。

圧力調整装置１１ａ４は、入力した燃料を所定の圧力に調整して出力する。例えば、圧力調整装置１１ａ４は、入力した燃料を大気圧にて出力するゼロガバナで構成されている。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５より１次側を後述するリサイクルガス管３９（特許請求の範囲のリサイクル燃料管に相当）に対して圧力を低くするためのものである。圧力調整装置１１ａ４は、改質用原料供給管１１ａをリサイクルガス管３９より低圧とすることにより、改質ガス（リサイクルガス（特許請求に範囲のリサイクル燃料に相当））がリサイクルガス管３９を流通する。原料ポンプ１１ａ５は、燃料電池３４に燃料（改質用原料）を供給する原料供給装置であり、制御装置１５からの制御指令値にしたがって供給源Ｇｓ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。この原料ポンプ１１ａ５は、改質用原料を吸入し改質部３３に圧送する圧送装置である。

脱硫器１１ａ６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。脱硫器１１ａ６内には、触媒および超高次脱硫剤が収容されている。触媒においては、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、触媒は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系である。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを用いることができる。超高次脱硫剤は、触媒にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去する。このような超高次脱硫剤は、２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫器１１ａ６は、内部が２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態となる箇所に配置されている。例えば、脱硫器１１ａ６は、ケーシング３１内、またはケーシング３１外面に配置されている。

燃料電池システムは、脱硫剤として超高次脱硫剤を用いることに関連して、改質部３３にて改質された改質ガスの一部が改質用原料供給管１１ａに戻されるように構成されている。具体的には、改質ガスを戻すためのリサイクルガス管３９が設けられている。リサイクルガス管３９の一端は、改質部３３から燃料電池３４に改質ガス（特許請求の範囲の燃料に相当）を供給する改質ガス供給管（特許請求の範囲の燃料供給管に相当）３８に接続されている。リサイクルガス管３９の他端は、改質用原料供給管１１ａの脱硫器１１ａ６の上流位置、さらに具体的には、改質用原料供給管１１ａの原料ポンプ１１ａ５の配設部位と圧力調整装置１１ａ４の配設部位との間の接続部１１ａ７にて接続されている。これにより、改質部３３から改質ガス供給管３８を通して流れる改質ガスの一部がリサイクルガス管３９を通して改質用原料供給管１１ａに戻される。

このように、水素が含まれている改質ガスの一部が改質用原料供給管１１ａに戻されることにより、改質ガス中の水素が改質用原料に混合されて改質用原料供給管１１ａを通して脱硫器１１ａ６内の超高次脱硫剤に送給される。その結果、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素が発生し、その硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。

リサイクルガス管３９には、第一湿度センサ３９ａ１、オリフィス３９ｂおよび熱交換器（凝縮器）３９ｃが設けられている。
第一湿度センサ３９ａ１は、リサイクルガス管３９を流れるリサイクルガスの状態を示す水蒸気量に関する物理量である湿度（特に第一湿度センサ３９ａ１の設置場所の湿度）を検出する検知装置である。第一湿度センサ３９ａ１は、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。オリフィス３９ｂは、リサイクルガス管３９の第一湿度センサ３９ａ１より上流側に設けられている。オリフィス３９ｂには流路孔が設けられ、流路孔によってリサイクルガス管３９を通して戻される改質ガスの流量を調整する。
熱交換器３９ｃはリサイクルガス管３９のオリフィス３９ｂより上流側に設けられている。リサイクルガスと熱交換する冷媒には改質部３３に供給する改質水が用いられ、熱交換器３９ｃには改質部３３に改質水を供給する水供給管１１ｂの一部が収容されている。リサイクルガスの熱は水供給管１１ｂを通過する改質水と熱交換される。

熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１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２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。

熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、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１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。

上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。

さらに、インバータ装置１３は、燃料電池３４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１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。

燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。

蒸発部３２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３２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３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガス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。

蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。

改質部３３は、上述した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３２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３３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などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。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。このように、改質部３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスにより発電するものである。燃料電池３４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３４ａ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３４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。

セル３４ａ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３４ｂが形成されている。セル３４ａ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３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５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１１ｃ１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１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃ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。

燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部３３を加熱する。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７が発生している。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。

さらに燃料電池システムは、制御装置１５を備えている。制御装置１５には上述した第一圧力センサ１１ａ２、流量センサ１１ａ３、第一湿度センサ３９ａ１、遮断弁１１ａ１、各ポンプ１１ａ５，１１ｂ１，２２ａ、カソードエアブロワ１１ｃ１が接続されている（図２参照）。制御装置１５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（何れも図示省略）を備えている。ＣＰＵは燃料電池システムの運転に必要な各種プログラムを実施している。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はプログラムを記憶するものである。

次に、上述した第一実施形態の燃料電池システムの作動について説明する。制御装置１５は、燃料電池システムの運転中（暖機運転中、発電運転中）において、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行している。制御装置１５は、ステップＳ１０２において、第一湿度センサ３９ａ１によって検出されたリサイクルガスの検出湿度Ｈｋを取得する。

リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合、第一湿度センサ３９ａ１は、リサイクルガスの湿度を検出する。リサイクルガスは、改質部３３によって改質された改質ガスの一部であるため、比較的高温であり、かつ、水蒸気を大量に含んでいる。ここで、第一湿度センサ３９ａ１は、熱交換器３９ｃより下流側に配設されているため、熱交換器３９ｃによって凝縮された後のリサイクルガスの湿度を検出する。凝縮後のリサイクルガスの湿度は、およそ１００％になっている。よって、この場合、第一湿度センサ３９ａ１が検出する検出湿度Ｈｋは、およそ１００％である。

一方、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合、第一湿度センサ３９ａ１は、その配設された位置における流体の湿度を検出する。リサイクルガスが通過しない場合、リサイクルガスに含まれる水蒸気が通過しないため、リサイクルガス管３９内の流体に含まれている水蒸気量が比較的少ない。よって、リサイクルガス管３９内の湿度は比較的低い。この場合のリサイクルガス管３９内の流体の湿度は、具体的には、およそ２０％以下であることが予め実験等による実測により確かめられている。よって、この場合、第一湿度センサ３９ａ１が検出する検出湿度Ｈｋは、およそ２０％以下である。

そして、制御装置１５は、ステップＳ１０４（検出部）にて、検出湿度Ｈｋが湿度しきい値Ｈｄ以上であるか否かを確認する。湿度しきい値Ｈｄは、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過しているか否かを判定するためのしきい値である。具体的には、湿度しきい値Ｈｄは、あらかじめ実験等により実測されたリサイクルガスが通過している場合の検出湿度Ｈｋと、リサイクルガスが通過していない場合の検出湿度Ｈｋとの間の湿度に設定されている。具体的には、湿度しきい値Ｈｄは、例えば７０％である。

リサイクルガス管３９のオリフィス３９ｂの流路孔が閉塞される異常が発生した場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しないため、第一湿度センサ３９ａ１によって検出される検出湿度Ｈｋが、湿度しきい値Ｈｄより低くなる。この場合、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１０６において、リサイクルガス管３９が閉塞された状態等により、リサイクルガス管３９の異常が発生していると検知する。このとき、制御装置１５は、例えば使用者へ警告等を行う。そして、制御装置１５は、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

一方、リサイクルガス管３９が正常であれば、リサイクルガス管３９にはリサイクルガスが通過することで、リサイクルガスの水蒸気が通過するため、第一湿度センサ３９ａ１によって検出される検出湿度Ｈｋが、湿度しきい値Ｈｄ以上になる。この場合には、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

このように、第一実施形態の燃料電池システムは、リサイクルガス管３９に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの水蒸気量に関する物理量である湿度を検出する第一湿度センサ３９ａ１と、第一湿度センサ３９ａ１によって検出される検出湿度Ｈｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスが正常に通過をしていることを検出する検出部（ステップＳ１０４）と、を備えている。よって、検出部（ステップＳ１０４）により、第一湿度センサ３９ａ１によって検知された湿度に基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検出することができる。これにより、リサイクルガス管３９の異常を確実に検知できるようになる。したがって、リサイクルガスが脱硫器１１ａ６に供給されないことによって、脱硫器１１ａ６により除去されなかった硫黄成分による改質部３３の劣化や燃料電池３４の故障を発生させないような対処をすることが可能になる。その結果、燃料電池システムにおいて、硫黄成分による改質部３３の劣化や燃料電池３４の故障を抑制することができる。
また、第一湿度センサ３９ａ１は、一般的に比較的低コストであり、例えば改質ガスに含まれる水素や一酸化炭素を検出するセンサと比べても低コストである。よって、制御装置１５は、第一湿度センサ３９ａ１を用いて、検出部によりリサイクルガス管３９をリサイクルガスが正常に通過しているか否かを判定することで、リサイクルガス管３９の異常を比較的低コストにて検知できるようになる。

（第一実施形態の第一変形例）
次に、第一実施形態の第一変形例について、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。本第一変形例は、第一実施形態の燃料電池システムが備えている第一湿度センサ３９ａ１に代えて、図４に示すように、第一露点センサ３９ｄ１を備えている。第一露点センサ３９ｄ１は、リサイクルガス管３９に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの状態を示す水蒸気に関する物理量である露点温度を検知する検知装置である。第一露点センサ３９ｄ１は、例えば、センサの材質に酸化アルミが用いられた静電容量式の露点センサである。また、本第一変形例は、第一実施形態の燃料電池システムが備えている熱交換器３９ｃを備えていない。

第一実施形態において、制御装置１５は、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行するが、本第一変形例においては、制御装置１５は、図５に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ２０２にて、第一露点センサ３９ｄ１によって検出されたリサイクルガスの検出露点温度Ｒｋを取得する。

リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合、第一露点センサ３９ｄ１は、リサイクルガスの露点温度を検出する。この場合のリサイクルガスの露点温度は、具体的には、およそ５０℃以上であることが予め実験等による実測により確かめられている。よって、この場合、第一露点センサ３９ｄ１が検出する検出露点温度Ｒｋは、およそ５０℃以上である。

一方、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合、第一露点センサ３９ｄ１は、その配設された位置における流体の露点温度を検出する。リサイクルガスが通過しない場合、リサイクルガスに含まれる水蒸気が通過しないため、リサイクルガス管３９内の流体に含まれている水蒸気量が比較的少ない。この場合のリサイクルガス管３９内の流体の露点温度は、具体的には、およそ１０℃以下であることが予め実験等による実測により確かめられている。よって、この場合、第一露点センサ３９ｄ１が検出する検出露点温度Ｒｋは、およそ１０℃以下である。

そして、制御装置１５は、ステップＳ２０４（検出部）にて、検出露点温度Ｒｋが第一露点しきい値Ｒｄ１以上であるか否かを確認する。第一露点しきい値Ｒｄ１は、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過しているか否かを判定するためのしきい値である。具体的には、第一露点しきい値Ｒｄ１は、あらかじめ実験等により実測されたリサイクルガスが通過している場合の検出露点温度Ｒｋと、リサイクルガスが通過していない場合の検出露点温度Ｒｋとの間の露点温度に設定されている。具体的には、第一露点しきい値Ｒｄ１は、例えば４０℃に設定されている。

リサイクルガス管３９のオリフィス３９ｂの流路孔が閉塞される異常が発生した場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しないため、第一露点センサ３９ｄ１によって検出される検出露点温度Ｒｋが、第一露点しきい値Ｒｄ１より低くなる。この場合、制御装置１５は、ステップＳ２０４にて「ＮＯ」と判定する。これ以降は、上述した第一実施形態と同様である。

一方、リサイクルガス管３９が正常であれば、リサイクルガス管３９にはリサイクルガスが通過するため、第一露点センサ３９ｄ１によって検出される検出露点温度Ｒｋが、第一露点しきい値Ｒｄ１以上になる。この場合には、制御装置１５は、ステップＳ２０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

このように、本第一変形例の燃料電池システムは、リサイクルガス管３９に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの水蒸気量に関する物理量である露点温度を検出する第一露点センサ３９ｄ１と、第一露点センサ３９ｄ１の検出露点温度Ｒｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスが正常に通過をしていることを検出する検出部（ステップＳ２０４）と、を備えている。これにより、第一実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
また、第一露点センサ３９ｄ１は、一般的に比較的低コストであり、例えば改質ガスに含まれる水素や一酸化炭素を検出するセンサと比べても低コストである。よって、制御装置１５は、第一露点センサ３９ｄ１を用いて、検出部によりリサイクルガス管３９をリサイクルガスが正常に通過しているか否かを判定することで、リサイクルガス管３９の異常を比較的低コストにて検知できるようになる。

（第一実施形態の第二変形例）
次に、第一実施形態の第二変形例について、主に第一実施形態の第一変形例と異なる部分について説明する。本第二変形例は、上述した第一変形例の燃料電池システムが備えている第一露点センサ３９ｄ１に代えて、図６に示すように、第二露点センサ３９ｄ２を備えている。第二露点センサ３９ｄ２は、改質用原料供給管１１ａにおける接続部１１ａ７と脱硫器１１ａ６との間に配設されている。よって、本第二変形例の場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しているとき、第二露点センサ３９ｄ２が配設されている部位には、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスが通過する。すなわち、第二露点センサ３９ｄ２は、混合ガスの露点温度Ｒを検出する検知装置である。
また、本第二変形例においても、上述した第一変形例と同様に、図５に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ２０２にて、第二露点センサ３９ｄ２によって検出されたリサイクルガスの検出露点温度Ｒｋを取得する。

リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合、リサイクルガスが改質用原料供給管１１ａに戻らないため、第二露点センサ３９ｄ２が配設された部位には、改質用原料のみが通過する。ここで、改質用原料に含まれる水蒸気量は一般に比較的少ない。改質用原料の露点温度は、具体的には、およそマイナス４０℃であることが予め実測により確かめられている。よって、この場合、第二露点センサ３９ｄ２が検出する検出露点温度Ｒｋは、およそマイナス４０℃である。

一方、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合、リサイクルガスが改質用原料供給管１１ａに戻るため、第二露点センサ３９ｄ２が配設された部位には、改質用原料とリサイクルガスとが通過する。よって、第二露点センサ３９ｄ２は、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの露点温度Ｒを検出露点温度Ｒｋとして検出する。この場合、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの水蒸気量は、改質用原料のみが通過する場合に比べてリサイクルガスの水蒸気量の分だけ増加する。この場合の混合ガスの露点温度Ｒは、改質用原料を脱硫するために必要なリサイクルガスの流量によって変動するが、具体的には、およそ４０℃以上であることが予め実験等による実測により確かめられている。よって、この場合、第二露点センサ３９ｄ２が検出する検出露点温度Ｒｋは、およそ４０℃以上である。
ここで、第一露点しきい値Ｒｄ１は、あらかじめ実験等により実測されたリサイクルガスが通過している場合の検出露点温度Ｒｋと、リサイクルガスが通過していない場合の検出露点温度Ｒｋとの間の露点温度に設定されている。本第二変形例において、第一露点しきい値Ｒｄ１は、例えば１０℃に設定されている。

このように、本第二変形例の燃料電池システムは、改質用原料供給管１１ａにおけるリサイクルガス管３９の接続部１１ａ７と脱硫器１１ａ６との間に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの水蒸気量に関する物理量として、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの露点温度Ｒを検出する第二露点センサ３９ｄ２と、第二露点センサ３９ｄ２の検出露点温度Ｒｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスが正常に通過をしていることを検出する検出部（ステップＳ２０４）と、を備えている。これにより、第一実施形態および第一実施形態の第一変形例と同様の作用および効果を得ることができる。

ここで、本第二変形例における変形例について説明する。本第二変形例の燃料電池システムは、第二露点センサ３９ｄ２を備えているが、これに代えて、図７に示すように、リサイクルガスの状態を示す水蒸気量に関する物理量である湿度を検知する第二湿度センサ３９ａ２を備えている。この場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しているとき、第二湿度センサ３９ａ２が配設されている部位には、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスが通過する。すなわち、第二湿度センサ３９ａ２は、混合ガスの湿度を検出する検知装置である。
また、本第二変形例において、制御装置１５は、図５に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行するが、これに代えて、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ１０２において、第二湿度センサ３９ａ２によって検出された混合ガスの検出湿度Ｈｋを取得する。

リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合、リサイクルガスが改質用原料供給管１１ａに戻らないため、第二湿度センサ３９ａ２が配設された部位には、改質用原料のみが通過する。この場合、第二湿度センサ３９ａ２は、改質用原料のみの湿度を検出湿度Ｈｋとして検出する。
一方、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合、リサイクルガスが改質用原料供給管１１ａに戻るため、第二湿度センサ３９ａ２が配設された部位には、改質用原料とリサイクルガスとが通過する。この場合、第二湿度センサ３９ａ２は、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの湿度を検出湿度Ｈｋとして検出する。
また、この場合、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの水蒸気量は、リサイクルガスの水蒸気量の分だけ改質用原料のみが通過する場合に比べて増加する。したがって、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合に比べて、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合の第二湿度センサ３９ａ２によって検出される検出湿度Ｈｋは高くなる。この差に基づいて、湿度しきい値Ｈｄを設定することにより、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検知することができる。

（第一実施形態の第三変形例）
次に、第一実施形態の第三変形例について、主に第一実施形態の第二変形例と異なる部分について説明する。本第三変形例の燃料電池システムは、図８に示すように、改質部３３内の温度を検出する第一温度センサ３３ａ（特許請求の範囲の温度センサに相当）をさらに備えている。また、制御装置１５には、マップＭが記憶されている。マップＭは、図９に示すように、改質用原料の流量に対するリサイクルガスの流量の比率を示すリサイクルガス比率（＝リサイクルガス流量／改質用原料流量；特許請求の範囲のリサイクル燃料比率に相当）Ｒｐと、混合ガスの露点温度Ｒとの改質部３３内の温度Ｔｈ毎の相関関係を表している。この相関関係は、予め実験等により実測されて導出されている。図８において、改質部３３内の温度Ｔｈのうち第一温度Ｔｈ１、第二温度Ｔｈ２、第三温度Ｔｈ３の順に温度Ｔｈが高くなっている。すなわち、同じリサイクルガス比率Ｒｐの値で比較した場合、改質部３３内の温度Ｔｈの高い方が、混合ガスの露点温度Ｒが低くなっている。

また、上述した第二変形例において、制御装置１５は、図５に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行するが、本第三変形例においては、制御装置１５は、図１０に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ３０２において、第一温度センサ３３ａによって検出された改質部３３内の検出温度Ｔｈｋを取得して、プログラムをステップＳ３０４に進める。

制御装置１５は、ステップＳ３０４（算出部）にて、マップＭに基づいて、検出温度Ｔｈｋおよび所定リサイクルガス比率（特許請求の範囲の所定リサイクル燃料比率に相当）Ｒｐｓから第二露点しきい値Ｒｄ２（特許請求の範囲の露点しきい値に相当）を算出する。所定リサイクルガス比率Ｒｐｓは、予め制御装置１５に記憶された値である。具体的に、所定リサイクルガス比率Ｒｐｓは、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去するために必要な水素量を含むリサイクルガスの流量が確保されているリサイクルガス比率Ｒｐである。ここで、例えば、検出温度Ｔｈｋが第二温度Ｔｈ２であった場合、図９に示すように、第二温度Ｔｈ２の相関関係に基づいて、所定リサイクルガス比率Ｒｐｓに応じた混合ガスの所定露点温度Ｒｓが第二露点しきい値Ｒｄ２として算出される。
そして、制御装置１５は、ステップＳ３０６にて、第二露点センサ３９ｄ２によって検出された検出露点温度Ｒｋを取得して、プログラムをステップＳ３０８に進める。

制御装置１５は、ステップＳ３０８（検出部）にて、検出露点温度Ｒｋが、第二露点しきい値Ｒｄ２以上であるか否かを確認する。例えばオリフィス３９ｂの流路孔が閉塞状態に近くなる異常が発生することにより、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの流量が減少することで、検出露点温度Ｒｋが第二露点しきい値Ｒｄ２より小さくなった場合、制御装置１５は、ステップＳ３０８にて「ＮＯ」と判定する。そして、制御装置１５は、ステップＳ１０６にて、例えばオリフィス３９ｂの流路孔が閉塞状態に近くなることで、改質用原料の脱硫を行うために必要なリサイクルガスの流量が確保されていないとして、リサイクルガス管３９の異常を検知する。

一方、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの流量が、改質用原料の脱硫を行うために必要な流量を確保している場合、第二露点センサ３９ｄ２によって検出される検出露点温度Ｒｋが、第二露点しきい値Ｒｄ２以上になる。この場合には、制御装置１５は、ステップＳ３０８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

このように、検知装置は、改質用原料供給管１１ａにおけるリサイクルガス管３９の接続部１１ａ７と脱硫器１１ａ６との間に配設され、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの露点温度Ｒを検知する第二露点センサ３９ｄ２であり、物理量は、混合ガスの露点温度Ｒであり、燃料電池システムは、改質部３３内の温度Ｔｈを検出する第一温度センサ３３ａをさらに備えている。制御装置１５は、改質用原料の流量に対するリサイクルガスの流量の比率を示すリサイクルガス比率Ｒｐと、混合ガスの露点温度Ｒとの改質部３３内の温度Ｔｈ毎の関係を表すマップＭに基づいて、第一温度センサ３３ａによって検出された検出温度Ｔｈｋおよび所定リサイクルガス比率Ｒｐｓに応じた所定露点温度Ｒｓを第二露点しきい値Ｒｄ２として算出する算出部（ステップＳ３０４）と、をさらに備えている。検出部（ステップＳ３０８）は、第二露点センサ３９ｄ２によって検出された検出露点温度Ｒｋが、算出部によって算出された第二露点しきい値Ｒｄ２以上である場合、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検出する。
これによれば、検出部は、第二露点センサ３９ｄ２によって検出された混合ガスの露点温度Ｒに基づいて、算出部によって算出される第二露点しきい値Ｒｄ２を用いることにより、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検出することができる。よって、リサイクルガス管３９の異常を精度よく検知できる。
なお、本第三変形例において、所定リサイクルガス比率Ｒｐｓは、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去するために必要な水素量を含むリサイクルガスの流量が確保されているリサイクルガス比率Ｒｐであるが、これに代えて、所定リサイクルガス比率Ｒｐｓを、ゼロより大きく、改質用原料の脱硫を行うために必要なリサイクルガスの流量が確保されていないリサイクルガス比率Ｒｐより小さくするようにしても良い。これによれば、制御装置１５は、検出部によって、リサイクルガス管３９をリサイクルガスが通過しているか否かを判定することが可能となる。
また、本第三変形例において、所定リサイクルガス比率Ｒｐｓは、一定の値であるが、これに代えて、例えば改質用原料の流量に応じて変更するようにしても良い。

また、本第三変形例において、燃料電池システムは、第二露点センサ３９ｄ２を備えているが、これに代えて、図１１に示すように、改質用原料供給管１１ａにおけるリサイクルガス管３９の接続部１１ａ７と脱硫器１１ａ６との間に配設された第三湿度センサ３９ａ３、および、第二温度センサ１１ａ８をさらに備えるようにしても良い。第三湿度センサ３９ａ３は、混合ガスの湿度を検知する検知装置である。また、第二温度センサ１１ａ８は、混合ガスの温度を検知する検知装置である。これにより、第二温度センサ１１ａ８の検出値と第三湿度センサ３９ａ３の検出する検出湿度Ｈｋとから、混合ガスの露点温度Ｒを算出することができる。これによれば、混合ガスの露点温度Ｒから、本第三変形例のように、図９に示す混合ガスの露点温度Ｒとリサイクルガス比率Ｒｐの相関関係に基づいて、第二露点しきい値Ｒｄ２を設定することができる。よって、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの流量が減少して、改質用原料の脱硫が十分に行われない場合、制御装置１５は、検出部（ステップＳ３０８）によって、リサイクルガス管３９の異常を検知することができるようになる。
なお、燃料電池システムが筐体１０ａ内の温度を検出する温度センサを備える場合であって、この温度センサが検出する温度を混合ガスの温度とみなすことができるときは、この温度センサの検出結果と第三湿度センサ３９ａ３の検出結果に基づいて、混合ガスの露点温度Ｒを算出するようにしても良い。この場合、第二温度センサ１１ａ８を備えないようにすることができる。

（第一実施形態の第四変形例）
次に、第一実施形態の第四変形例について、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。本第四変形例は、第一実施形態の燃料電池システムが備えている第一湿度センサ３９ａ１に代えて、図１２に示すように、第二圧力センサ３９ｅ（特許請求の範囲の圧力センサに相当）を備えている。第二圧力センサ３９ｅは、リサイクルガス管３９に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの状態を示す物理量である圧力を検知する検知装置である。

第一実施形態において、制御装置１５は、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行するが、本第四変形例においては、制御装置１５は、図１３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ４０２にて、第二圧力センサ３９ｅによって検出されたリサイクルガスの検出圧力値Ｐｋを取得する。
リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合、リサイクルガスの流量が生じているため、リサイクルガスの圧力が生じる。よって、第二圧力センサ３９ｅは、リサイクルガスの圧力を検出圧力値Ｐｋとして検出する。この場合、第二圧力センサ３９ｅが検出するリサイクルガスの検出圧力値Ｐｋは、およそ５０ｋＰａ以上であることが予め実験等による実測により確認されている。

リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合、リサイクルガスの流量がゼロであるため、リサイクルガスの圧力が生じない。よって、第二圧力センサ３９ｅは、その配設された位置における流体の圧力を検出する。この場合、第二圧力センサ３９ｅが検出するリサイクルガスの検出圧力値Ｐｋは、およそ５ｋＰａ以下であることが予め実験等による実測により確認されている。

そして、制御装置１５は、ステップＳ４０４（検出部）にて、検出圧力値Ｐｋが圧力しきい値Ｐｄ以上であるか否かを確認する。圧力しきい値Ｐｄは、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過しているか否かを判定するためのしきい値である。具体的には、圧力しきい値Ｐｄは、あらかじめ実験等により実測されたリサイクルガスが通過している場合の検出圧力値Ｐｋと、リサイクルガスが通過していない場合の検出圧力値Ｐｋとの間の圧力値に設定されている。具体的には、圧力しきい値Ｐｄは、例えば３０ｋＰａに設定されている。

リサイクルガス管３９のオリフィス３９ｂの流路孔が閉塞される異常が発生した場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しないため、第二圧力センサ３９ｅによって検出される検出圧力値Ｐｋが、圧力しきい値Ｐｄより低くなる。この場合、制御装置１５は、ステップＳ４０４にて「ＮＯ」と判定する。これ以降は、上述した第一実施形態と同様である。

一方、リサイクルガス管３９が正常であれば、リサイクルガス管３９にはリサイクルガスが通過するため、第二圧力センサ３９ｅによって検出される検出圧力値Ｐｋが、圧力しきい値Ｐｄ以上になる。この場合には、制御装置１５は、ステップＳ４０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

このように、本第四変形例の燃料電池システムは、リサイクルガス管３９に配設され、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの状態を示す物理量である圧力を検出する第二圧力センサ３９ｅと、第二圧力センサ３９ｅの検出圧力値Ｐｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスが正常に通過をしていることを検出する検出部（ステップＳ４０４）と、を備えている。これにより、第一実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
また、第二圧力センサ３９ｅは、一般的に比較的低コストであり、例えば改質ガスに含まれる水素や一酸化炭素を検出するセンサと比べても低コストである。よって、制御装置１５は、第二圧力センサ３９ｅを用いて、検出部によりリサイクルガス管３９をリサイクルガスが正常に通過しているか否かを判定することで、リサイクルガス管３９の異常を比較的低コストにて検知できるようになる。

また、本第四変形例において、第二圧力センサ３９ｅは、リサイクルガス管３９に配設されているが、これに代えて、改質用原料供給管１１ａにおけるリサイクルガス管３９の接続部１１ａ７と脱硫器１１ａ６との間に配設するようにしても良い。この場合、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しているとき、第二圧力センサ３９ｅが配設されている部位には、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスが通過する。すなわち、第二圧力センサ３９ｅは、混合ガスの圧力を検出する。
この場合、改質用原料供給管１１ａを通過する改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスの流量は、リサイクルガスの流量の分だけ改質用原料のみが通過する場合に比べて多くなる。したがって、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過しない場合に比べて、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過する場合の第二圧力センサ３９ｅによって検出される検出圧力値Ｐｋは高くなる。この差に基づいて、圧力しきい値Ｐｄを設定することにより、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検知することができる。

また、上述した本第四変形例における第二圧力センサ３９ｅに代えて、リサイクルガス管３９において、リサイクルガス管３９内の圧力を検出する圧力センサをオリフィス３９ｂの上流側および下流側にそれぞれ配設するようにしても良い。制御装置１５は、これら圧力センサが検出した値から、オリフィス３９ｂの上流側と下流側との圧力差を算出して、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過しているか否かを判断する。すなわち、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過している場合、オリフィス３９ｂによる圧力損失を、オリフィス３９ｂの上流側と下流側との圧力差として検出できる。一方、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過していない場合、オリフィス３９ｂによる圧力損失が生じないため、オリフィス３９ｂの上流側と下流側との圧力差が生じない。よって、リサイクルガスが通過している場合の圧力差と、リサイクルガスが通過していない場合の圧力差との間に圧力しきい値Ｐｄを設けることで、制御装置１５は、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過しているか否かを判断できる。

また、上述した各実施形態（各変形例）において、リサイクルガス管３９に改質ガス（リサイクル燃料）を流通させるためのリサイクル燃料供給装置として、改質用原料供給管１１ａに圧力調整装置１１ａ４を設けたが、これに代えて、リサイクルガス管３９に改質ガス（リサイクル燃料）を流通させるためのリサイクル燃料供給装置として、図１４に示すように、リサイクルガス管３９にリサイクルガスを送り出すポンプ３９ｆを設けたものであってもよい。この場合、燃料電池システムは、オリフィス３９ｂを備えないようにしても良い。
さらに、この場合、制御装置１５は、ポンプ３９ｆによって、リサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの流量を制御することができるようになる。よって、上述した第三変形例において、混合ガスの露点温度Ｒが第二露点しきい値Ｒｄ２より小さい、すなわち、リサイクルガス比率Ｒｐが所定リサイクルガス比率Ｒｐｓより小さい場合、制御装置１５は、ポンプ３９ｆの駆動量（回転数）を増加させて、リサイクルガスの流量を増加して、リサイクルガス比率Ｒｐを大きくすることができる。これにより、リサイクルガス比率Ｒｐが所定リサイクルガス比率Ｒｐｓ以上とすることができ、改質用原料の脱硫を行うために必要なリサイクルガスの流量を確保することができる。なお、ポンプ３９ｆを備えない場合においても、原料ポンプ１１ａ５が圧送する改質用原料の流量とリサイクルガスの流量との間に相関関係があるときには、制御装置１５は、原料ポンプ１１ａ５を制御して、リサイクルガス比率Ｒｐに応じてリサイクルガスの流量を制御するようにしても良い。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。本第二実施形態の燃料電池システムは、第一実施形態の燃料電池システムが備える第一湿度センサ３９ａ１を備えていない。また、本第二実施形態の燃料電池システムは、制御装置１５は、フィードバック制御部１５ａをさらに備えている。

フィードバック制御部１５ａは、流量センサ１１ａ３によって検出される改質用原料の流量である実流量Ｑｒが目標流量Ｑｔとなるように、原料ポンプ１１ａ５に対する制御指令値を算出して、制御指令値を原料ポンプ１１ａ５に出力するフィードバック制御を行う部位である。フィードバック制御部１５ａは、図１５に示すように、減算部１５ａ１および制御指令値演算部１５ａ２を備えている。目標流量Ｑｔは、外部電力負荷１６ｃの消費電力と、制御装置１５に予め記憶されている燃料供給マップとに基づいて導出される。燃料供給マップは、外部電力負荷１６ｃの消費電力と改質用原料、改質水およびカソードエアの各供給量（目標流量Ｑｔ）との相関関係を示すものである。

減算部１５ａ１は、目標流量Ｑｔと実流量Ｑｒとが入力される。減算部１５ａ１は、目標流量Ｑｔから実流量Ｑｒを減算して両流量の偏差（＝目標流量Ｑｔ−実流量Ｑｒ）ｅｔを算出し、その算出値を制御指令値演算部１５ａ２に出力する。制御指令値演算部１５ａ２は、入力された偏差に基づいて原料ポンプ１１ａ５の制御指令値（回転数）を算出する。ここで、原料ポンプ１１ａ５がＰＷＭ制御されているため、制御指令値は、ＰＷＭ制御のデューティ比で算出される。そして、その制御指令値が、デューティ比にて原料ポンプ１１ａ５のドライバ回路（図示なし）に出力される。これにより、外部電力負荷１６ｃの消費電力量（燃料電池３４の負荷電力量）に応じて、実流量Ｑｒが目標流量Ｑｔとなるようにフィードバック制御される。

上述した第一実施形態は、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行しているが、本第二実施形態においては、図１６に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行する。制御装置１５は、ステップＳ５０２において、改質用原料の目標流量Ｑｔに設定された所定目標流量Ｑｔ１に基づいて、所定デューティ比しきい値Ｄｄ１を決定する。所定デューティ比しきい値Ｄｄ１は、後述するステップＳ５０８において、リサイクルガス管３９をリサイクルガスが正常に通過しているか否かを判定するためのデューティ比しきい値Ｄｄの値である。

制御装置１５は、ステップＳ５０４において、流量センサ１１ａ３によって検出される実流量Ｑｒと所定目標流量Ｑｔ１との差が所定値Ｑｓ以下であるか否かを判定する。所定値Ｑｓは、実流量Ｑｒが目標流量Ｑｔと一致しているか否かを判定するための値である。所定値Ｑｓは、目標流量Ｑｔに設定された所定目標流量Ｑｔ１の例えば３％に相当する値に設定されている。
実流量Ｑｒと所定目標流量Ｑｔ１との差が所定値Ｑｓより大きい場合、実流量Ｑｒが所定目標流量Ｑｔ１と一致していないとして、制御装置１５は、ステップＳ５０４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ５０４を繰り返し実行する。一方、実流量Ｑｒと所定目標流量Ｑｔ１との差が所定値Ｑｓ以下である場合、制御装置１５は、実流量Ｑｒが所定目標流量Ｑｔ１と一致したとして、ステップＳ５０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ５０６に進める。

制御装置１５は、ステップＳ５０６（制御指令値検知部）にて、その時点におけるデューティ比を検出デューティ比Ｄｋとして取得する。そして、制御装置１５は、ステップＳ５０８（検出部）において、ステップＳ５０６にて取得した検出デューティ比Ｄｋが所定デューティ比しきい値Ｄｄ１以上であるか否かを判定する。
リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過していない場合、原料ポンプ１１ａ５が圧送する流体は、改質用原料のみである。この場合、ステップＳ５０８による判定時においては、改質用原料の流量が所定目標流量Ｑｔ１に達しているため、検出デューティ比Ｄｋは、所定目標流量Ｑｔ１に相当するデューティ比である。

一方、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過している場合、原料ポンプ１１ａ５が圧送する流体は、改質用原料とリサイクルガスとの混合ガスである。このとき、この混合ガスの流量は、改質用原料の流量である所定目標流量Ｑｔ１とリサイクルガスの流量とを合わせた流量である。よって、この場合の検出デューティ比Ｄｋは、所定目標流量Ｑｔ１とリサイクルガスの流量とを合わせた流量に相当するデューティ比ある。すなわち、リサイクルガス管３９にリサイクルガスが通過している場合の検出デューティ比Ｄｋは、リサイクルガスが通過していない場合に比べて、リサイクルガスの流量に相当するデューティ比分が増加する。

所定デューティ比しきい値Ｄｄ１は、所定目標流量Ｑｔ１に相当するデューティ比と、所定目標流量Ｑｔ１とリサイクルガスの流量とを合わせた流量に相当するデューティ比との間に設定されている。ここで、リサイクルガスの流量は、目標流量Ｑｔと所定の相関関係を有している。所定の相関関係は、実験等により実測されて導出され、予め制御装置１５に記憶されている。この相関関係に基づいて、所定目標流量Ｑｔ１に応じたリサイクルガスの流量が導出され、所定目標流量Ｑｔ１における所定デューティ比しきい値Ｄｄ１が設定されている。

図１６に示すフローチャートに戻って説明を続ける。リサイクルガス管３９をリサイクルガスが通過していない場合、ステップＳ５０６において検出される検出デューティ比Ｄｋは、所定目標流量Ｑｔ１に相当するデューティ比である。この場合、検出デューティ比Ｄｋが所定デューティ比しきい値Ｄｄ１より小さいため、制御装置１５は、ステップＳ５０８にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１０６に進める。制御装置１５は、ステップＳ１０６において、リサイクルガス管３９の異常を検知して、プログラムをステップＳ１０８に進めて終了させる。

一方、リサイクルガス管３９をリサイクルガスが通過している場合、ステップＳ５０６において検出される検出デューティ比Ｄｋは、所定目標流量Ｑｔ１とリサイクルガスの流量を合わせた流量に相当するデューティ比である。この場合、検出デューティ比Ｄｋが所定デューティ比しきい値Ｄｄ１以上であるため、制御装置１５は、ステップＳ５０８にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ１０８に進めて一旦終了させる。

このように、本第二実施形態の燃料電池システムの制御装置１５は、流量センサ１１ａ３によって検出される流量が改質用原料の目標流量Ｑｔとなるように、原料ポンプ１１ａ５に対する制御指令値を算出して、制御指令値を原料ポンプ１１ａ５に出力するフィードバック制御を行うフィードバック制御部１５ａと、検出デューティ比Ｄｋを検出する制御指令値検知部（ステップＳ５０６）と、制御指令値検知部によって検知された検出デューティ比Ｄｋに基づいてリサイクルガス管３９を通過するリサイクルガスの通過を検出する検出部（ステップＳ５０８）と、を備えている。
これらにより、制御装置１５は、リサイクルガスがリサイクルガス管３９を通過していない状態を確実に検知する。よって、燃料電池システムは、リサイクル燃料の物理量を検知するセンサ等を追加することなく、比較的低コストにて、リサイクルガス管３９の異常を確実に検知できる。

なお、上述した各実施形態において、燃料電池システムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述した各実施形態において熱交換器３９ｃを備えている燃料電池システムについて、熱交換器３９ｃを備えないようにしても良い。
また、上述した各実施形態において、リサイクルガス管３９は、改質用原料供給管１１ａにおける圧力調整装置１１ａ４と原料ポンプ１１ａ５との間に接続されているが、これに代えて、リサイクルガス管３９を原料ポンプ１１ａ５と脱硫器１１ａ６との間に接続するようにしても良い。
また、上述した実施形態の燃料電池システムの燃料電池３４は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるが、本発明はこれに限られるものでなく、燃料電池として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）にも適用されるものである。

１１…燃料電池モジュール、１１ａ…改質用原料供給管、１１ａ３…流量センサ（流量検出装置）、１１ａ４…圧力調整装置、１１ａ５…原料ポンプ（原料供給装置）、１１ａ６…脱硫器、１１ａ７…接続部、１１ａ８…第二温度センサ（検知装置）、１５…制御装置（検出部、フィードバック制御部、制御指令値検知部）、１５ａ…フィードバック制御部、３２…蒸発部、３３…改質部、３３ａ…第一温度センサ（温度センサ）、３４…燃料電池、３８…改質ガス供給管、３９…リサイクルガス管（リサイクル燃料管）、３９ａ１…第一湿度センサ（検知装置）、３９ａ２…第二湿度センサ（検知装置）、３９ａ３…第三湿度センサ（検知装置）、３９ｂ…オリフィス、３９ｃ…熱交換器、３９ｄ１…第一露点センサ（検知装置）、３９ｄ２…第二露点センサ（検知装置）、３９ｅ…第二圧力センサ（圧力センサ；検知装置）、Ｍ…マップ、Ｒｄ１…第一露点しきい値、Ｒｄ２…第二露点しきい値（露点しきい値）、Ｒｐ…リサイクルガス比率（リサイクル燃料比率）、Ｒｐｓ…所定リサイクルガス比率（所定リサイクル燃料比率）。

Claims (5)

1. 水素を含む燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
   改質用原料と前記水蒸気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、
   前記水素を利用することにより前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して、前記改質用原料を前記改質部に供給する脱硫器と、
   前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
   前記リサイクル燃料管を流れている前記リサイクル燃料の状態を示す物理量を検知する検知装置と、
   前記検知装置によって検知された前記物理量に基づいて前記リサイクル燃料管を通過する前記リサイクル燃料の通過を検出する検出部と、を備えている燃料電池システム。
2. 前記物理量は、前記リサイクル燃料の水蒸気量に関する物理量であり、
   前記検知装置は、前記改質用原料供給管における前記リサイクル燃料管の接続部と前記脱硫器との間、または、前記リサイクル燃料管に配設され、前記リサイクル燃料の水蒸気量に関する物理量を検知する請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記検知装置は、前記改質用原料供給管における前記リサイクル燃料管の接続部と前記脱硫器との間に配設され、前記改質用原料と前記リサイクル燃料との混合ガスの露点温度を検知する露点センサであり、
   前記物理量は、前記混合ガスの露点温度であり、
   前記燃料電池システムは、前記改質部内の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比率を示すリサイクル燃料比率と、前記混合ガスの露点温度との前記改質部内の温度毎の関係を表すマップに基づいて、前記温度センサによって検出された温度および所定リサイクル燃料比率に応じた露点温度を露点しきい値として算出する算出部と、をさらに備え、
   前記検出部は、前記検知装置によって検出された露点温度が、前記算出部によって算出された前記露点しきい値以上である場合、前記リサイクル燃料管を通過する前記リサイクル燃料の通過を検出する請求項２の燃料電池システム。
4. 前記物理量は、前記リサイクル燃料の圧力であり、
   前記検知装置は、前記改質用原料供給管における前記リサイクル燃料管の接続部と前記脱硫器との間、または、リサイクル燃料管に配設され、前記リサイクル燃料の圧力を検知する圧力センサである請求項１記載の燃料電池システム。
5. 水素を含む燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
   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、
   前記水素を利用することにより前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して、前記改質用原料を前記改質部に供給する脱硫器と、
   前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
   前記改質用原料管に配設され、少なくとも前記改質用原料を前記脱硫器に供給する原料供給装置と、
   前記改質用原料管に配設され、前記改質用原料の流量を検出する流量検出装置と、
   前記燃料電池を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、前記流量検出装置によって検出される流量が前記改質用原料の目標流量となるように、前記原料供給装置に対する制御指令値を算出して、前記制御指令値を前記原料供給装置に出力するフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、前記制御指令値を検知する制御指令値検知部と、前記制御指令値検知部によって検知された前記制御指令値に基づいて前記リサイクル燃料管を通過する前記リサイクル燃料の通過を検出する検出部と、を備えている燃料電池システム。

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