JP2021136075A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】改質燃料の一部を原燃料経路における機能品の上流に戻す循環経路を備える燃料電池システムにおいて、循環経路を介して高温の改質燃料が機能品に供給されて機能品の作動不良が生じてしまうことを抑制する。【解決手段】燃料電池システム１は、改質燃料経路３０Ｂを流れる改質燃料の一部を原燃料経路３０Ａにおける機能品の上流に戻す循環経路６０と、循環経路６０を流れる改質燃料の流量を調整する循環調整弁６１と、循環調整弁６１を制御する制御装置１００と、を備える。改質器３４は、燃焼器７３の熱が伝達されるようになっている。制御装置１００は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の流量を絞るように循環調整弁６１を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

従来、都市ガス等の原燃料が流れる原燃料経路に燃料ポンプ等の機能品が配置されるとともに、当該機能品の下流に原燃料を改質して改質燃料を生成する改質器が配置される燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。改質器で生成された改質燃料が燃料電池へ供給され、燃料電池の内部で酸化剤ガスと反応することで、燃料電池から電気エネルギが出力される。そして、燃料電池から排出されるオフガス燃料およびオフガス空気が燃焼器に供給されて燃焼される。

特許文献１に記載の燃料電池システムは、改質器と燃料電池とを接続する改質燃料経路から分岐した循環経路が、原燃料経路における機能品の上流に接続されている。これにより、改質燃料経路を流れる改質燃料の一部が、循環経路を介して原燃料経路における機能品の上流に戻る。

特開２０１８−１９５５７０号公報

ところで、改質器で改質燃料を生成する際の水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下において改質率が向上する。このため、改質器の性能を向上させるためには、燃焼器の熱で改質器を加熱することが有効となる。

しかしながら、燃焼器の熱で改質器を加熱する構造とすると、例えば、負荷側の需要電力の低下等によって、燃料電池で消費される改質燃料が減少してオフガス燃料の水素濃度が上昇すると、燃焼器の温度が高くなり、燃焼器による改質器の加熱量が増加してしまう。そうすると、改質器で生成される改質燃料の温度が通常よりも高くなり、高温の改質燃料が循環経路を介して機能品に達してしまう。このことは、例えば、機能品の耐熱性が低い場合に機能品の作動不良を招いてしまうことから好ましくない。

本開示は、改質燃料の一部を原燃料経路における機能品の上流に戻す循環経路を備える燃料電池システムにおいて、循環経路を介して高温の改質燃料が機能品に供給されて機能品の作動不良が生じてしまうことを抑制することを目的する。

請求項１に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
外部から投入される原燃料を改質して改質燃料を生成する改質器（３４）と、
改質器で生成された改質燃料と酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
燃料電池から排出されるオフガス燃料およびオフガス空気を燃焼させる燃焼器（７３）と、
原燃料を改質器に向けて流す原燃料経路（３０Ａ）と、
原燃料経路において改質器の上流に設けられた機能品（３２、３３）と、
改質器で生成された改質燃料を燃料電池に流す改質燃料経路（３０Ｂ）と、
改質燃料経路を流れる改質燃料の一部を原燃料経路における機能品の上流に戻す循環経路（６０）と、
循環経路を流れる改質燃料の流量を調整する流量調整部材（６１）と、
流量調整部材を制御する制御装置（１００）と、を備え、
改質器は、燃焼器の熱が伝達されるようになっており、
制御装置は、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の流量を絞るように流量調整部材を制御する。

これによると、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えて高くなると、流量調整部材によって循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の流量が絞られるので、循環経路を介して高温の改質燃料が機能品に供給されることが抑制される。このため、高温の改質燃料が機能品に供給されることに起因する機能品の作動不良の発生を抑制することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第１実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第２実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する故障診断の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第３実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する故障診断の一例を示すフローチャートである。 第４実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 第４実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する故障診断の一例を示すフローチャートである。 第５実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する故障診断の一例を示すフローチャートである。 第６実施形態の燃料電池システムの制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１、図２を参照して説明する。燃料電池システム１は、家庭に適用される電源システムの一部を構成するものであって、需要電力に応じた発電電力を出力可能に構成されている。

図１に示すように、燃料電池システム１は、改質器３４で生成される改質燃料および酸化剤ガス（本例では空気中の酸素）の電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、作動温度が高温（例えば、５００℃〜１０００℃）となる固体酸化物型の燃料電池（すなわち、ＳＯＦＣ）で構成されている。燃料電池１０は、複数の発電セルを積層したスタック構造を有している。

図示しないが発電セルは、固体酸化物電解質、空気極（すなわち、カソード）、燃料極（すなわち、アノード）を含んで構成されている。燃料極には、シフト反応等に活性の高いニッケルと電解質材料であるイットリア安定化ジルコニアのサーメット等が用いられている。本実施形態の発電セルは、原燃料を改質して生成される水素および一酸化炭素を改質燃料としている。原燃料は、炭化水素系の燃料である都市ガス（すなわち、メタンを主成分とするガス）が採用されている。なお、原燃料は、炭化水素系の燃料であれば、都市ガス以外のガスが採用されていてもよい。

燃料電池１０は、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により電気エネルギを出力する。

（燃料極）２Ｈ_２＋２Ｏ^２−→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ …（Ｆ１）
（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２− …（Ｆ２）
また、燃料電池１０は、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素および酸素の電気化学反応により電気エネルギを出力する。

（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ^２−→２ＣＯ_２＋４ｅ⁻ …（Ｆ３）
（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２− …（Ｆ４）
燃料電池１０には、燃料電池１０から出力される電流・電圧を検出する電流・電圧検出部１０１、燃料電池１０で発生した電気エネルギを取り出すためのパワーコンディショナＰＣ等が接続されている。

パワーコンディショナＰＣは、燃料電池１０で発生した直流電力を交流電力に変換する。具体的には、パワーコンディショナＰＣは、燃料電池１０で発生した直流電力を取り出して昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ、直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣインバータを含んで構成されている。

パワーコンディショナＰＣには、電力ラインを介して家庭内の負荷が接続されている。これにより、燃料電池１０で発生した電気エネルギが、パワーコンディショナＰＣを介して家庭内の負荷に供給される。

燃料電池１０は、後述する改質器３４、燃焼器７３等とともに断熱性を有するハウジングの内側に配置されている。燃料電池１０は、燃焼器７３によって暖機される。ハウジングおよびハウジングの内側に配置される機器は、燃料電池システム１において高温に維持されるホットモジュールＨＭを構成する。

燃料電池１０は、空気の入口側に空気経路２０が接続されている。空気経路２０には、燃料電池１０に空気を圧送する圧送ブロワ２１、空気流量計２２、図示しない空気予熱器等が設けられている。

圧送ブロワ２１は、大気中の空気を吸い込んで燃料電池１０に供給する酸化剤ガスポンプである。圧送ブロワ２１は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動式のブロワで構成されている。

空気流量計２２は、燃料電池１０に供給する酸化剤ガスの流量を計測する装置である。空気流量計２２は、酸化剤ガスの流量の検出結果を後述する制御装置１００に出力可能なように制御装置１００に接続されている。

空気予熱器は、圧送ブロワ２１から圧送された空気を後述する燃焼器７３からの排気ガスと熱交換させて加熱する熱交換器である。空気予熱器は、燃料電池１０に供給する空気と燃料ガスとの温度差を縮小して、燃料電池１０の発電効率の向上を図るために設けられている。

また、燃料電池１０は、改質燃料の入口側に、燃料経路３０が接続されている。燃料経路３０には、上流側から順に、燃料開閉弁３１、燃料ポンプ３２、図示しない脱硫器、燃料流量計３３、改質器３４等が設けられている。

燃料経路３０は、燃料開閉弁３１から改質器３４に至る部分が、原燃料を改質器３４に向けて流す原燃料経路３０Ａを構成する。また、燃料経路３０は、改質器３４から燃料電池１０に至る部分が、改質器３４で改質された改質燃料を燃料電池１０に流す改質燃料経路３０Ｂを構成する。

燃料開閉弁３１は、外部から原燃料経路３０Ａへの原燃料の導入を遮断する燃料遮断部材である。燃料開閉弁３１は、原燃料経路３０Ａにおける燃料ポンプ３２の上流に設けられている。より詳しくは、燃料開閉弁３１は、原燃料経路３０Ａにおける後述の循環経路６０との接続箇所よりも上流に設けられている。燃料開閉弁３１は、原燃料経路３０Ａにおける燃料ポンプ３２の上流を開閉することで、外部から原燃料の供給が可能な燃料供給状態と、外部から原燃料の供給ができない燃料遮断状態とに切り替える切替手段である。燃料開閉弁３１は、制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電磁弁で構成されている。

燃料ポンプ３２は、改質器３４に向けて原燃料を供給するものである。燃料ポンプ３２は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。

ここで、原燃料として用いられる都市ガス等には、付臭剤として硫黄化合物が添付されているが、当該硫黄化合物が改質器３４および燃料電池１０に供給されると、改質器３４および燃料電池１０の触媒が被毒してしまう虞がある。

これに対して、燃料経路３０には、燃料ポンプ３２と改質器３４との間に脱硫器が設けられている。脱硫器は、原燃料に含まれる硫黄分を除去するものである。脱硫器は、原燃料に含まれる硫黄分を水素と反応させて原燃料から硫黄分を除去する水添脱硫器が採用されている。具体的には、脱硫器は、原燃料に含まれる硫黄分を、後述する循環経路６０からの改質燃料に含まれる水素と反応させて原燃料から硫黄分を除去する。

燃料流量計３３は、改質器３４に供給する原燃料の流量を計測する装置である。燃料流量計３３は、原燃料の流量の検出結果を後述する制御装置１００に出力可能なように制御装置１００に接続されている。本実施形態では、燃料ポンプ３２および燃料流量計３３が、改質器３４の上流に設けられる機能品である。

改質器３４は、水蒸気を用いて燃料ポンプ３２から供給された原燃料を改質して改質燃料を生成するものである。改質器３４は、例えば、ニッケルを含む水蒸気改質触媒、反応器を含んで構成されている。

具体的には、改質器３４は、原燃料および水蒸気を混合した混合ガスを後述する燃焼器７３の熱で加熱するとともに、以下の反応式Ｆ５に示す改質反応、および反応式Ｆ６に示すシフト反応により改質燃料（水素、一酸化炭素）を生成する。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２ …（Ｆ５）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（Ｆ６）
改質器３４で生成された改質燃料は、改質燃料経路３０Ｂを介して燃料電池１０に供給される。

ここで、改質器３４における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、改質器３４は、後述の燃焼器７３の熱が伝達されるようになっている。具体的には、改質器３４は、燃焼器７３から排出される高温の排気ガスとの熱交換によって加熱されるように構成されている。また、改質器３４は、燃料電池１０の発電時に周囲に放出される熱（放射熱）を吸熱できるように、燃料電池１０の周囲に配置されていることが望ましい。

図示しないが、原燃料経路３０Ａには、燃料ポンプ３２と改質器３４との間に水供給経路が接続され、この水供給経路に、システム外部から水を供給する水ポンプ、改質器３４へ供給する水蒸気を生成する気化器が設けられている。

燃料経路３０には、燃料ポンプ３２と改質器３４との間にエジェクタ８１が設けられている。エジェクタ８１は、改質器３４の上流の原燃料を駆動流として後述の吸引経路８２を流れるオフガス燃料を吸引して原燃料とともに改質器３４に供給するものである。

具体的には、エジェクタ８１は、流体を噴射するノズル部８１１、燃料電池１０の出口側から流体を吸引する吸引部８１２、ノズル部８１１から噴射される流体と吸引部８１２から吸引される流体とを混合して改質器３４に向けて吐出する吐出部８１３を有する。

ノズル部８１１は、流体を噴射可能な絞り構造を有している。ノズル部８１１は、絞り開度が固定された固定絞り構造で構成されている。また、吐出部８１３は、ノズル部８１１からの流体および吸引部８１２からの流体が混合された後に昇圧されるように流路断面積が下流側に向かって拡大している。なお、ノズル部８１１は、絞り開度を変更可能な可変絞り構造で構成されていてもよい。

エジェクタ８１の吸引部８１２は、ノズル部８１１の出口側の負圧を利用して燃料電池１０の出口側から流体を吸引するように構成されている。具体的には、吸引部８１２には、後述する燃料排出経路７２を流れる流体が吸引されるように、燃料排出経路７２から分岐する吸引経路８２が接続されている。

さらに、燃料経路３０には、改質燃料経路３０Ｂを流れる改質燃料の一部を循環ガスとして原燃料経路３０Ａにおける燃料ポンプ３２の上流に戻す循環経路６０が接続されている。循環経路６０は、一端側の端部が改質燃料経路３０Ｂに接続され、他端側の端部が原燃料経路３０Ａにおける燃料開閉弁３１と機能品である燃料ポンプ３２との間に接続されている。

循環経路６０には、循環調整弁６１が設けられている。循環調整弁６１は、循環経路６０を流れる改質燃料の流量を調整する流量調整部材である。循環調整弁６１は、後述する制御装置１００からの制御信号によって作動が制御される電磁弁で構成されている。

循環経路６０には、循環経路６０を流れる改質燃料の温度Ｔｏを検出する循環温度センサ６２が設けられている。循環温度センサ６２は、循環経路６０における改質燃料経路３０Ｂとの接続箇所から循環調整弁６１までの範囲に設けられている。これにより、循環調整弁６１が全閉状態となっている場合でも、循環経路６０における改質燃料経路３０Ｂ側にある改質燃料の温度Ｔｏを循環温度センサ６２で検出することができる。なお、循環温度センサ６２は、改質燃料の温度Ｔｏの検出結果を後述する制御装置１００に出力可能なように制御装置１００に接続されている。

ここで、エジェクタ８１は、駆動流としてノズル部８１１に流入する流体の質量流量の増加に伴って吸引部８１２から吸引される吸引流体の流量が増えるといった特性を有する。このため、エジェクタ８１のノズル部８１１に流入する流体の質量流量を増加させることで、吸引部８１２から吸引されるオフガス燃料の吸引流量を増加させることが可能となる。

例えば、循環調整弁６１を開弁して循環経路６０を流れる循環ガスを増加させると、システム外部からの燃料の供給量を増加させることなく、エジェクタ８１の駆動流を増加させることができる。

続いて、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出されるオフガスを流すためのオフガス経路７０が接続されている。オフガス経路７０は、燃料電池１０から排出されるオフガス空気が流れる空気排出経路７１、燃料電池１０から排出されるオフガス燃料が流れる燃料排出経路７２を有している。空気排出経路７１は、燃料電池１０の空気出口側に接続されている。燃料排出経路７２は、燃料電池１０の燃料出口側に接続されている。

オフガス経路７０には、燃焼器７３が設けられている。燃焼器７３は、燃料電池１０から排出されるオフガス燃料およびオフガス空気を燃焼させることで高温の排気ガスを生成する。図示しないが、燃焼器７３は、燃料を燃焼させるためのバーナを有している。燃焼器７３では、バーナの点火によって、燃料の燃焼が開始される。

燃焼器７３には、高温の排気ガスを排出するための排気ガス経路７４が接続されている。排気ガス経路７４は、内部を流れる排気ガスの熱を有効活用すべく改質器３４等に接続されている。これにより、改質器３４に対して燃焼器７３の熱が伝達される。

次に、燃料電池システム１における電子制御部を構成する制御装置１００について説明する。制御装置１００は、プロセッサ、メモリを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路で構成されている。制御装置１００は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。

制御装置１００の入力側には、電流・電圧検出部１０１を含む各種センサが接続されており、各種センサの検出結果が制御装置１００に入力されるようになっている。制御装置１００には、図示しない操作パネルが接続されている。この操作パネルには、燃料電池１０の発電をオンオフするための運転スイッチ、燃料電池１０の作動状態を表示するディスプレイ等が設けられている。

一方、制御装置１００の出力側には、制御機器として、圧送ブロワ２１、燃料開閉弁３１、燃料ポンプ３２、水ポンプ、循環調整弁６１、図示しない燃焼器７３のバーナ等が接続されている。これら制御機器は、制御装置１００から出力される制御信号に応じて、その作動が制御される。

また、制御装置１００は、家庭内の負荷の需要電力に応じて、燃料電池１０の発電電力を制御し、これに合わせてパワーコンディショナＰＣを制御する。なお、燃料電池１０の発電電力の制御は、燃料電池１０の燃料供給系（すなわち、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給量）を制御することによって実現される。

また、制御装置１００は、燃料電池１０の発電電力の制御と並行し、燃料電池１０から取り出す電流（すなわち、掃引電流）が、目標発電電力により定まる目標電流値に近づくようにパワーコンディショナＰＣを制御する。

次に、燃料電池システム１の全体的な作動について簡単に説明する。燃料電池システム１は、運転スイッチがオンされると制御装置１００によって、燃料電池１０から電気エネルギを出力させる発電処理が実行される。この発電処理では、燃料電池１０に対して発電に適した量の酸化剤ガスおよび改質燃料が供給される。

具体的には、発電処理では、システム外部の原燃料が燃料ポンプ３２によってエジェクタ８１を介して改質器３４に向けて供給されるとともに、酸化剤ガスが圧送ブロワ２１によって空気予熱器を介して燃料電池１０に供給される。加えて、発電処理では、水ポンプによって水が水蒸発器に供給されることで水蒸気が生成される。この水蒸気は、原燃料とともに改質器３４に流入する。改質器３４では、原燃料および水蒸気の混合ガスが供給されると、水蒸気改質反応により改質燃料（水素、一酸化炭素）が生成される。そして、改質器３４で生成された改質燃料は、燃料電池１０に流入する。

燃料電池１０は、酸化剤ガスおよび改質燃料が供給されると、前述の反応式Ｆ１〜Ｆ４に示す反応により電気エネルギを出力する。この際、燃料電池１０は、オフガス燃料およびオフガス空気を排出する。オフガス燃料およびオフガス空気は、可燃ガスとして燃焼器７３で燃焼される。燃焼器７３で生成された高温の排気ガスは、改質器３４等の加熱源として利用された後に排出ガスとしてシステム外部に排出される。

前述の如く、改質器３４における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、燃焼器７３の排気ガスの熱によって改質器３４を加熱することで、改質器３４における改質率を維持することができる。

ここで、発電処理時は、燃料電池１０で消費されなかった改質燃料を含むオフガス燃料が排出される。このオフガス燃料の一部は、吸引経路８２を介してエジェクタ８１に吸引されることで再利用される。エジェクタ８１に吸引されるオフガス燃料の流量（すなわち、吸引流量）は、エジェクタ８１の駆動流の流量に依存する。エジェクタ８１の駆動流の調整は、循環調整弁６１による循環経路６０に流す改質燃料の流量調整によって行われる。

ところで、燃料電池１０の発電中に、家庭内の負荷側の需要電力が低下すると、負荷側で消費しきれない余剰電力が過剰になる。このため、制御装置１００は、負荷側の需要電力が低下すると、パワーコンディショナＰＣによって燃料電池１０の発電電力を制限する。

但し、燃料電池１０の発電電力が制限されても、燃料電池１０では、電力制限に対する燃料供給系の応答遅れ等によって発電に利用されない未反応の改質燃料が増加する。すなわち、燃料電池１０で消費される改質燃料が減少してオフガス燃料の水素濃度が上昇する。

この場合、燃焼器７３に対して必要以上の未反応ガス（例えば、水素）が供給され、燃焼器７３の温度が過度に上昇することがある。燃焼器７３の温度が過度に上昇すると、燃焼器７３による改質器３４の加熱量が増加して、改質器３４で生成される改質燃料の温度が通常よりも高くなる。この場合、高温の改質燃料が循環経路６０を介して燃料ポンプ３２等の機能品に達してしまう。このことは、例えば、機能品の耐熱性が低い場合に機能品の作動不良を招いてしまうことから好ましくない。

これに対して、制御装置１００は、循環経路６０を介して高温の改質燃料が機能品に供給されることを抑制するための制御処理を実行する。この制御処理については、図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図２に示す制御処理は、燃料電池１０の発電中に制御装置１００によって周期的または不定期に実行される。

図２に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１００にて、入力側に接続される各種センサ、操作パネル、パワーコンディショナＰＣ等からの信号を読み込む。

続いて、制御装置１００は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料に温度異常が生じているか否かを判定する。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ１１０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えたか否かを判定する。すなわち、制御装置１００は、循環温度センサ６２の検出温度が所定温度Ｔｔｈを超えたか否かを判定する。所定温度Ｔｔｈは、例えば、改質器３４の通常の作動温度（例えば、４００℃）以下、且つ、燃料ポンプ３２等の機能品の耐熱温度以上となる温度範囲内に設定される。

ステップＳ１１０の判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合は、制御装置１００はステップＳ１００に戻る。一方、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合は、制御装置１００は、ステップＳ１２０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の流量を絞るように循環調整弁６１を制御する。具体的には、制御装置１００は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、循環調整弁６１を全閉状態に制御する。これにより、循環経路６０を介して高温の改質燃料が原燃料経路３０Ａに流れなくなるので、燃料ポンプ３２等の機能品を熱的に保護することができる。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ１３０にて、循環経路６０を通過する改質燃料の温度を低下させる温度低下処理を実行する。本実施形態の制御装置１００は、温度低下処理として、改質器３４に供給される原燃料の供給量が減少するように燃料ポンプ３２を制御するとともに、燃料電池１０に供給される酸化剤ガスの供給量が増加するように圧送ブロワ２１を制御する。

ここで、改質器３４への原燃料の供給量を過度に減らすと、燃料電池１０が燃料不足となってしまう。燃料電池１０の燃料不足が継続されると、燃料電池１０の内部に用いられる触媒の劣化が促進されてしまうことから好ましくない。

このため、本実施形態の制御装置１００は、改質器３４に供給される原燃料の供給量が、負荷側の需要電力に対応する量まで減少するように燃料ポンプ３２を制御する。これによると、燃料電池１０への改質燃料の供給量が減少することで、燃料電池１０で未反応となる水素が減少する。これにより、燃焼器７３に供給されるオフガス燃料の水素濃度の上昇が抑制され、燃焼器７３の温度が低下する。燃焼器７３の温度が低下すると、燃焼器７３による改質器３４の加熱量が減少することで、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが低下する。

また、制御装置１００は、燃料電池１０に供給される酸化剤ガスの供給量が負荷側の需要電力に対応する量よりも増加するように圧送ブロワ２１を制御する。これによると、空気予熱器に大流量の酸化剤ガスが通過することで、空気予熱器の前後における酸化剤ガスの温度差が小さくなり、燃料電池１０へ低温の酸化剤ガスが供給される。燃料電池１０へ低温の酸化剤ガスが供給されると、燃料電池１０から排出されるオフガス空気の温度が低下する。そして、燃料電池１０から排出される低温のオフガス空気が燃焼器７３に流入することで、燃焼器７３の温度が低下する。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ１４０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。なお、ステップＳ１４０の処理は、制御装置１００によってステップＳ１３０の処理が実行されてから所定時間経過した後に実行される。この所定時間は、例えば、ステップＳ１３０の処理を実行してから燃焼器７３に流入するオフガス燃料の水素濃度が低下し始めるまでに要する時間に設定される。

ステップＳ１４０の判定処理の結果、依然として改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合、ステップＳ１３０の温度低下処理が有効に機能しない状況となる。温度低下処理が有効に機能しない理由としては、例えば、燃料ポンプ３２や圧送ブロワ２１の故障が挙げられる。温度低下処理が有効に機能しない場合、故障した機器の修理が必要となる。このため、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合、制御装置１００は、ステップＳ１５０にて、システムを停止させる。

具体的には、制御装置１００は、循環経路６０が全閉状態となるように循環調整弁６１を制御するとともに、燃料ポンプ３２および圧送ブロワ２１それぞれを停止させ、さらに、原燃料経路３０Ａへの原燃料の導入が遮断されるように燃料開閉弁３１を制御する。

これによると、循環調整弁６１によって循環経路６０が全閉され、高温の改質燃料が循環経路６０から原燃料経路３０Ａへ流れなくなるので、燃料ポンプ３２等の機能品を熱的に保護することができる。

また、燃料ポンプ３２および圧送ブロワ２１それぞれを停止させるとともに、燃料開閉弁３１によって原燃料経路３０Ａを全閉することで、燃料電池１０における発電を停止させるとともに、燃焼器７３を失火させることができる。

一方、ステップＳ１４０の判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合、ステップＳ１３０の温度低下処理が有効に機能する状況であり、再度、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えてもそれに対処することができる。このため、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ１６０にて、循環経路６０が全開状態となるように循環調整弁６１を制御して、ステップＳ１００に戻る。なお、制御装置１００は、ステップＳ１００に戻る際に、燃料ポンプ３２および圧送ブロワ２１を温度低下処理の前の状態に戻す。

以上説明した燃料電池システム１は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、制御装置１００が、循環経路６０が全閉となるように循環調整弁６１を制御する。

これによると、循環経路６０を介して高温の改質燃料が燃料ポンプ３２等の機能品に供給されることが抑制される。このため、高温の改質燃料が機能品に供給されることに起因する機能品の作動不良の発生を抑制することができる。また、燃料ポンプ３２等の機能品として耐熱性の低い安価なものを採用することが可能になる。

加えて、制御装置１００は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、燃焼器７３の温度を低下させる温度低下処理を実行する。具体的には、制御装置１００は、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、改質器３４への原燃料の供給量が減少するように燃料ポンプ３２を制御するとともに、燃料電池１０への酸化剤ガスの供給量が増加するように圧送ブロワ２１を制御する。

これによると、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えたとしても、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏを低下させることで、燃料電池１０の発電状態を継続させることができる。すなわち、燃料電池システム１は、燃料電池１０の発電状態を維持しつつ、高温の改質燃料が機能品に供給されることに起因する機能品の作動不良の発生を抑制することができる。

さらに、制御装置１００は、温度低下処理を実行した後、改質燃料の温度Ｔｏが正常になると、循環調整弁６１の開度を元の全開に戻す。これによると、システムを停止することなく、燃料電池１０を効率のよい発電状態に復帰させることができる。

（第１実施形態の変形例）
上述の第１実施形態では、燃焼器７３の温度を低下させる温度低下処理として、改質器３４への原燃料の供給量を減少させるとともに、燃料電池１０への酸化剤ガスの供給量を増加させるものを例示したが、温度低下処理は、これに限定されない。温度低下処理は、例えば、改質器３４への原燃料の供給量減少および燃料電池１０への酸化剤ガスの供給量増加の一方を行う処理になっていてもよい。また、温度低下処理は、例えば、改質器３４への原燃料の供給量を減少させても燃焼器７３の温度を充分に低下させることができない場合に酸化剤ガスの供給量を増加させる処理になっていてもよい。これらは、以降の実施形態においても同様である。

上述の第１実施形態では、ステップＳ１４０における判定基準となる温度は、ステップＳ１１０の判定基準となる所定温度Ｔｔｈと同じ温度になっているが、これに限らず、例えば、所定温度Ｔｔｈよりも低い温度になっていてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図３〜図５を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図３に示すように、燃料電池システム１は、循環経路６０を流れる改質燃料を放熱させる熱交換装置６３を備える。この熱交換装置６３は、循環経路６０を介して高温の改質燃料が機能品に供給されることを抑制するための装置である。

熱交換装置６３は、燃料電池１０の発電時等に、循環経路６０を流れる改質燃料を放熱させるように構成されている。具体的には、熱交換装置６３は、改質燃料が通過する放熱器６３１と、放熱器６３１を流れる改質燃料と熱交換させる外気を供給する送風機６３２と、を含んで構成されている。

放熱器６３１は、循環経路６０を流れる改質燃料を外気との熱交換によって放熱させる熱交換器である。放熱器６３１は、例えば、フィンアンドチューブ型の熱交換器を採用することができる。放熱器６３１は、循環経路６０における循環温度センサ６２よりも上流に配置されている。これにより、循環温度センサ６２は、放熱器６３１で放熱された後の改質燃料の温度を検出する。

送風機６３２は、冷却ファンおよび冷却ファンを回転させる電動モータを有する電動送風機で構成されている。送風機６３２は、制御装置１００からの制御信号に応じてその作動が制御される。また、送風機６３２は、冷却ファンの作動状態（例えば、回転数）を示す情報をダイアグ情報として制御装置１００に出力可能に構成されている。

ここで、送風機６３２の故障等によって熱交換装置６３が正常に動作しない場合、熱交換装置６３が正常に動作する場合に比べて、高温の改質燃料が循環経路６０を介して機能品に供給されてしまう。

これに対して、制御装置１００は、循環経路６０を介して高温の改質燃料が機能品に供給されることを抑制するための制御処理を実行する。この制御処理について図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートに対応するものである。図４に示すステップＳ２００〜ステップＳ２２０は、図２に示すステップＳ１００〜ステップＳ１２０と略同じである。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様の処理内容について詳しい説明を省略する。

図４に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２００にて、入力側に接続される各種センサ等からの信号を読み込む。続いて、制御装置１００は、ステップＳ２１０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えたか否かを判定する。なお、所定温度Ｔｔｈは、例えば、熱交換装置６３が正常に動作している状態で想定される放熱器６３１通過後の改質燃料の温度Ｔｏを含む温度範囲（例えば、Ｔｏ±５０℃）に設定される。

ステップＳ２１０の判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合は、制御装置１００はステップＳ２００に戻る。一方、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合は、制御装置１００は、ステップＳ２２０にて、循環調整弁６１を全閉状態に制御する。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ２３０にて、熱交換装置６３の故障診断を行う。この故障診断では、熱交換装置６３が正常に動作しているか否かを判定する。故障診断の詳細は、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

図５に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２３１にて、送風機６３２のダイアグ情報を含む各種信号を読み込む。制御装置１００は、ステップＳ２３２にて、ダイアグ情報に基づいて送風機６３２の冷却ファンの回転数が異常であるか否かを判定する。制御装置１００は、例えば、冷却ファンの回転数が目標回転数に対して１０％以上離れている場合に異常と判断する。

ステップＳ２３２の判定処理の結果、冷却ファンの回転数が異常でない場合、制御装置１００は、ステップＳ２３３にて、故障判定フラグを「機器異常なし」を示す「オフ」に設定して処理を抜ける。

一方、ステップＳ２３２の判定処理の結果、冷却ファンの回転数が異常である場合、制御装置１００は、ステップＳ２３４にて、故障判定フラグを「機器異常あり」を示す「オン」に設定して処理を抜ける。

図４に戻り、故障診断を行った後、制御装置１００は、ステップＳ２４０にて、「機器故障あり」であるか否かを判定する。ステップＳ２４０の判定は、故障判定フラグに基づいて行われる。

ステップＳ２４０の判定処理の結果が「機器故障なし」である場合、循環経路６０を通過する改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えたのは、負荷側の需要電力の変動等に伴う一過性の事象である可能性が高い。このため、制御装置１００は、ステップＳ２５０にて、循環経路６０を通過する改質燃料の温度を低下させる温度低下処理を実行する。このステップＳ２５０の判定処理は、図２のステップＳ１３０の処理と同様であるため、その説明を省略する。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ２６０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。ステップＳ２６０の判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合、制御装置１００は、ステップＳ２５０に戻って温度低下処理を継続する。一方、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ２７０にて、循環経路６０が全開状態となるように循環調整弁６１を制御して、ステップＳ２００に戻る。なお、制御装置１００は、ステップＳ２００に戻る際に、燃料ポンプ３２および圧送ブロワ２１を温度低下処理の前の状態に戻す。

また、ステップＳ２４０の判定処理の結果が「機器故障あり」である場合、循環経路６０を通過する改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えたのは、熱交換装置６３が正常に動作しないことが原因である可能性が高い。この場合、熱交換装置６３を修理する必要がある。このため、制御装置１００は、ステップＳ２８０にて、システムを停止させる。このステップＳ２８０の判定処理は、図２のステップＳ１５０の処理と同様であるため、その説明を省略する。

以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成や共通の作動等を含んでいる。このため、燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成や共通の作動等から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

加えて、燃料電池システム１は、熱交換装置６３が正常に動作するか否かを判定し、その結果に応じて、その後の処置を変えている。具体的には、本実施形態では、熱交換装置６３が正常に動作しない状況下では、燃料ポンプ３２および圧送ブロワ２１を停止するとともに、燃料開閉弁３１によって原燃料経路３０Ａを遮断し、さらに、循環調整弁６１によって循環経路６０を遮断する。これによると、熱交換装置６３が正常に動作しないことに起因する不具合を回避することが可能となる。

一方、熱交換装置６３が正常に動作している状況下では、温度低下処理を実行することで、循環経路６０を通過する改質燃料の温度Ｔｏを低下させる。そして、改質燃料の温度Ｔｏが正常になった後に、循環調整弁６１の開度を元の全開に戻すことで、システムを停止することなく、燃料電池１０を効率のよい発電状態に復帰させることができる。

また、温度低下処理は、燃料ポンプ３２による原燃料の供給量や圧送ブロワ２１による酸化剤ガスの供給量を変化させることで、循環経路６０を通過する改質燃料の温度Ｔｏを低下させる。これによると、循環経路６０を通過する改質燃料の温度Ｔｏを低下させるために、熱交換装置６３の放熱器６３１の大容量化や送風機６３２の出力の大型化を行わなくて済む。

（第２実施形態の変形例）
上述の第２実施形態では、ステップＳ２６０における判定基準となる温度は、ステップＳ２１０の判定基準となる所定温度Ｔｔｈと同じ温度になっているが、これに限らず、例えば、所定温度Ｔｔｈよりも低い温度になっていてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

上述の第２実施形態では、温度低下処理が図２のステップＳ１３０の処理と同様である旨を説明したが、これに限らず、温度低下処理は、例えば、送風機６３２の送風能力を増加させる制御が含まれていてもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図６、図７を参照して説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。

図６に示すように、本実施形態の燃料電池システム１には、改質器３４の温度を検出する改質温度センサ３５が追加されている。改質温度センサ３５は、改質器３４から流出する改質燃料の温度を改質温度Ｔｒとして検出する。なお、改質温度センサ３５は、改質器３４の温度の検出結果を後述する制御装置１００に出力可能なように制御装置１００に接続されている。

その他の構成は、第２実施形態と同様である。以下、本実施形態の制御装置１００が実行する故障診断について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。図７に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートに対応するものである。

図７に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２３１Ａにて、循環温度センサ６２の検出結果および改質温度センサ３５の検出結果を含む各種信号を読み込む。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ２３２Ａにて、放熱器６３１を通過した後の改質燃料の温度Ｔｏと改質温度Ｔｒとの温度差（＝Ｔｒ−Ｔｏ）が所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈを超えているか否かを判定する。所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈは、通常時に想定される放熱器６３１前後の温度差および循環経路６０のうち改質器３４から放熱器６３１までの熱損失に基づいて設定される。

ステップＳ２３２Ａの判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏと改質温度Ｔｒとの温度差が所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈを超えている場合、改質温度Ｔｒに比べて改質燃料の温度Ｔｏが充分に低下しているので、熱交換装置６３が正常に動作していると考えられる。このため、改質燃料の温度Ｔｏと改質温度Ｔｒとの温度差が所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈを超えている場合、制御装置１００は、ステップＳ２３３Ａにて、故障判定フラグを「機器異常なし」を示す「オフ」に設定して処理を抜ける。

一方、改質燃料の温度Ｔｏと改質温度Ｔｒとの温度差が所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈ以下である場合、改質温度Ｔｒに比べて改質燃料の温度Ｔｏが充分に低下していないので、熱交換装置６３が正常に動作していないと考えられる。このため、改質燃料の温度Ｔｏと改質温度Ｔｒとの温度差が所定の判定基準値ΔＴｒｏｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ２３４Ａにて、故障判定フラグを「機器異常あり」を示す「オン」に設定して処理を抜ける。

その他の作動は、第２実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等を含んでいる。このため、燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等から奏される効果を第２実施形態と同様に得ることができる。

特に、本実施形態の燃料電池システム１は、放熱器６３１を通過した後の改質燃料の温度Ｔｏおよび改質温度Ｔｒに基づいて熱交換装置６３の故障診断を行う。このため、例えば、熱交換装置６３がダイアグ情報を出力できない構造になっていても、熱交換装置６３の故障診断を行うことができる。

（第３実施形態の変形例）
上述の第３実施形態では、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差に基づいて熱交換装置６３の故障診断を行うものを例示したが、故障診断は、これに限定されない。故障診断は、例えば、送風機６３２のダイアグ情報、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差に基づいて実施するようになっていてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図８、図９を参照して説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。

図８に示すように、燃料電池システム１は、循環経路６０に対して、放熱器６３１に流入する改質燃料の温度Ｔｉを検出する入口温度センサ６２Ａ、放熱器６３１から流出した改質燃料の温度Ｔｏを検出する出口温度センサ６２Ｂが設けられている。入口温度センサ６２Ａおよび出口温度センサ６２Ｂそれぞれは、改質燃料の温度の検出結果を後述する制御装置１００に出力可能なように制御装置１００に接続されている。

その他の構成は、第２実施形態と同様である。以下、本実施形態の制御装置１００が実行する故障診断について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。図９に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートに対応するものである。

図９に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２３１Ｂにて、入口温度センサ６２Ａの検出結果および出口温度センサ６２Ｂの検出結果を含む各種信号を読み込む。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ２３２Ｂにて、放熱器６３１に流入する前の改質燃料の温度Ｔｉと放熱器６３１から流出した後の改質燃料の温度Ｔｏとの温度差（＝Ｔｉ−Ｔｏ）が所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈを超えているか否かを判定する。所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈは、通常時に想定される放熱器６３１前後の温度差に基づいて設定される。

ステップＳ２３２Ｂの判定処理の結果、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差が所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈを超えている場合、放熱器６３１によって改質燃料の温度が充分に低下しているので、熱交換装置６３が正常に動作していると考えられる。このため、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差が所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈを超えている場合、制御装置１００は、ステップＳ２３３Ｂにて、故障判定フラグを「機器異常なし」を示す「オフ」に設定して処理を抜ける。

一方、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差が所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈ以下である場合、放熱器６３１によって改質燃料の温度が充分に低下していないので、熱交換装置６３が正常に動作していないと考えられる。このため、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差が所定の判定基準値ΔＴｉｏｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ２３４Ｂにて、故障判定フラグを「機器異常あり」を示す「オン」に設定して処理を抜ける。

その他の作動は、第２実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等を含んでいる。このため、燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等から奏される効果を第２実施形態と同様に得ることができる。

特に、本実施形態の燃料電池システム１は、放熱器６３１前後での改質燃料の温度差に基づいて熱交換装置６３の故障診断を行う。このため、例えば、熱交換装置６３がダイアグ情報を出力できない構造になっていても、熱交換装置６３の故障診断を行うことができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。本実施形態の燃料電池システム１は、制御装置１００が実行する故障診断が第２実施形態と異なっている。

以下、本実施形態の制御装置１００が実行する故障診断について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。図１０に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートに対応するものである。

図１０に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２３１Ｃにて、電流・電圧検出部１０１の検出結果を含む各種信号を読み込む。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ２３２Ｃにて、改質燃料の温度異常が生ずる前後で燃料電池１０の発電出力が変動しているか否かを判定する。具体的には、制御装置１００は、電流・電圧検出部１０１の検出結果に基づいて改質燃料の温度異常が生ずる前後での燃料電池１０の発電出力の変動値を算出し、算出した変動値が所定値以内であるか否かを判定する。なお、所定値は、温度異常が生ずると想定される発電出力の変動値に基づいて設定される。

ステップＳ２３２Ｃの判定処理の結果、改質燃料の温度異常が生ずる前後で燃料電池１０の発電出力が変動している場合、温度異常は、熱交換装置６３の故障ではなく、燃料電池１０の発電出力が変動に起因していると考えられる。このため、温度異常の前後で燃料電池１０の発電出力が変動している場合、制御装置１００は、ステップＳ２３３Ｃにて、故障判定フラグを「機器異常なし」を示す「オフ」に設定して処理を抜ける。

一方、改質燃料の温度異常が生ずる前後で燃料電池１０の発電出力が変動していない場合、温度異常は、熱交換装置６３の故障に起因していると考えられる。このため、温度異常の前後で燃料電池１０の発電出力が変動していない場合、制御装置１００は、ステップＳ２３４Ｃにて、故障判定フラグを「機器異常あり」を示す「オン」に設定して処理を抜ける。

その他の作動は、第２実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等を含んでいる。このため、燃料電池システム１は、第２実施形態と共通の構成や共通の作動等から奏される効果を第２実施形態と同様に得ることができる。

特に、本実施形態の燃料電池システム１は、改質燃料の温度異常が生ずる温度異常の前後で燃料電池１０の発電出力が変動しているか否かに基づいて熱交換装置６３の故障診断を行う。このため、例えば、熱交換装置６３がダイアグ情報を出力できない構造になっていても、熱交換装置６３の故障診断を行うことができる。

（第５実施形態の変形例）
上述の第５実施形態では、温度異常の前後で燃料電池１０の発電出力が変動しているか否かに基づいて熱交換装置６３の故障診断を行うものを例示したが、故障診断は、これに限定されない。故障診断は、例えば、送風機６３２のダイアグ情報、温度異常の前後で燃料電池１０の発電出力に基づいて実施するようになっていてもよい。

上述の第５実施形態では、改質燃料の温度異常が生ずる前後で燃料電池１０の発電出力が変動しているか否かによって熱交換装置６３の故障診断を行うもの例示したが、故障診断はこれに限定されない。故障診断は、例えば、燃料電池１０から取り出す電流（すなわち、掃引電流）が変動しているか否かによって熱交換装置６３の故障診断を実施するようになっていてもよい。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

本実施形態の燃料電池システム１は、改質燃料に温度異常が生じている場合の対処法が第１実施形態と異なっている。以下、本実施形態の制御装置１００が実行する制御処理について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。図１１に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートに対応するものである。図１１に示すステップＳ３００、ステップＳ３１０、ステップＳ３３０〜ステップＳ３６０は、図２に示すステップＳ１００、ステップＳ１１０、ステップＳ１３０〜ステップＳ１６０と略同じである。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様の処理内容について詳しい説明を省略する。

図１１に示すように、制御装置１００は、ステップＳ３００にて、入力側に接続される各種センサ等からの信号を読み込む。そして、制御装置１００は、ステップＳ３１０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えているか否かを判定する。

ステップＳ３１０の判定処理の結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合は、制御装置１００はステップＳ３００に戻る。一方、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合は、制御装置１００は、ステップＳ３２０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の流量を絞るように循環調整弁６１を制御する。

具体的には、制御装置１００は、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、循環調整弁６１を全開状態ではなく微小開度となる状態に制御する。微小開度となる状態とは、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の流量が機能品の耐熱性に殆ど影響しないレベルの流量に設定される。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ３３０にて、循環経路６０を通過する改質燃料の温度を低下させる温度低下処理を実行する。そして、制御装置１００は、ステップＳ３４０にて、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。この結果、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えている場合、制御装置１００は、ステップＳ３５０にて、システムを停止させる。一方、改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ３６０にて、循環経路６０が全開状態となるように循環調整弁６１を制御して、ステップＳ３００に戻る。

以上説明した燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成や共通の作動等を含んでいる。このため、燃料電池システム１は、第１実施形態と共通の構成や共通の作動等から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

特に、本実施形態の燃料電池システム１は、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると、制御装置１００によって、循環調整弁６１が微小開度となる状態に制御される。

これによると、循環経路６０から原燃料経路３０Ａへ流れる高温の改質燃料の流量が制限されるので、燃料ポンプ３２等の機能品を熱的に保護することができる。また、循環経路６０から原燃料経路３０Ａへの改質燃料の供給が僅かながら継続されるので、燃料電池１０の発電効率を向上させたり、水添脱硫器に対する水素の供給を継続させたりすることができる。

（第６実施形態の変形例）
上述の第６実施形態で説明した改質燃料に温度異常が生じている場合の対処法は、第１実施形態に示したシステム構成以外のもの（例えば、第２実施形態に示したシステム構成）に対しても適用可能である。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、脱硫器として水添脱硫器が採用されているものを例示したが、これに限らず、脱硫器は、水添脱硫器以外のもので構成されていてもよい。

上述の実施形態では、空気流量計２２および燃料流量計３３が設けられているものを例示したが、これに限らず、燃料電池システム１は、空気流量計２２および燃料流量計３３が設けられていなくてもよい。

上述の実施形態では、改質器３４に対して燃焼器７３からの排気ガスの熱が伝達されるものを例示したが、これに限らず、改質器３４は、例えば、燃焼器７３から輻射熱が伝達されるように燃焼器７３に近接する位置に配置されていてもよい。

上述の実施形態では、熱交換装置６３として改質燃料を外気によって冷却する空冷式の装置を例示したが、これ限らず、熱交換装置６３は、例えば、改質燃料を冷却水等の液体によって冷却する液冷式の装置で構成されていてもよい。

上述の実施形態では、燃料経路３０に対してエジェクタ８１が設けられているものを例示したが、これに限らず、燃料電池システム１にはエジェクタ８１が設けられていなくてもよい。

上述の実施形態では、原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えているか否かを循環温度センサ６２の検出値に基づいて判定するものを例示したが、改質燃料が高温であるか否かの判定は、これに限定されない。改質燃料が高温であるか否かの判定は、改質燃料の温度Ｔｏに相関性を有する物理量（例えば、改質燃料の圧力）に基づいて実施されていてもよい。

上述の実施形態の如く、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えると温度低下処理を実行することが望ましいが、燃料電池システム１は、これに限定されない。燃料電池システム１は、例えば、循環経路６０から原燃料経路３０Ａに戻す改質燃料の温度Ｔｏが所定温度Ｔｔｈを超えた際に、温度低下処理を実行しなかったり、温度低下処理の代わりにシステムを停止させる処理を実行したりするようになっていてもよい。

上述の実施形態の如く、熱交換装置６３が正常に動作しない場合、直ちにシステムを停止させるものを例示したが、燃料電池システム１は、これに限定されない。燃料電池システム１は、例えば、熱交換装置６３が正常に動作しない場合、温度低下処理を実行したり、熱交換装置６３の異常を外部に報知する報知処理を実行したりするようになっていてもよい。

上述の実施形態では、原燃料経路３０Ａにおける改質器３４の上流に設けられた機能品として燃料ポンプ３２、燃料流量計３３を例示したが、これに限らず、機能品は、燃料ポンプ３２、燃料流量計３３以外のものが含まれていてもよい。燃料電池１０が固体酸化物型の燃料電池で構成されているものを例示したが、これに限らず、燃料電池１０は、例えば、固体高分子型の燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）で構成されていてもよい。

上述の実施形態では、燃料電池１０が固体酸化物型の燃料電池で構成されているものを例示したが、これに限らず、燃料電池１０は、例えば、固体高分子型の燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）で構成されていてもよい。

上述の実施形態では、燃料電池システム１を家庭の電源システムに適用したものを例示したが、これに限らず、燃料電池システム１は、例えば、商業施設や工場の電源システム等にも適用可能である。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路で構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータで実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、燃料電池システムは、制御装置が、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の流量を絞るように流量調整部材を制御する。

第２の観点によれば、制御装置は、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、改質器に供給される原燃料の供給量が減少するように改質器に原燃料を供給する燃料ポンプを制御する。

これによると、改質燃料の温度が所定温度を超えると、改質器への原燃料の供給量が減少することで燃料電池への改質燃料の供給量が減少するので、燃焼器に供給されるオフガス燃料の水素濃度の上昇が抑制される。オフガス燃料の水素濃度の上昇が抑制されると、燃焼器の温度が低下して燃焼器による改質器の加熱量が減少することで、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度を低下させることができる。この場合、燃料電池の発電状態を維持しつつ、高温の改質燃料が機能品に供給されることに起因する機能品の作動不良の発生を抑制することができる。

第３の観点によれば、制御装置は、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給量が増加するように燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスポンプを制御する。

酸化剤ガスは、改質器を通過せず、改質燃料よりも低温となり易い。このため、改質燃料の温度が所定温度を超える場合に、燃料電池への供給する酸化剤ガスの供給量を増加させれば、燃料電池から低温のオフガス空気を燃焼器に流入させて燃焼器の温度を低下させることができる。これにより、燃焼器による改質器の加熱量が減少することで、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度を低下させることができる。この場合、燃料電池の発電状態を維持しつつ、高温の改質燃料が機能品に供給されることに起因する機能品の作動不良の発生を抑制することができる。

第４の観点によれば、燃料電池システムは、循環経路を流れる改質燃料を放熱させる熱交換装置を備える。原燃料経路には、循環経路との接続箇所よりも上流に外部から原燃料経路への原燃料の導入を遮断する燃料遮断部材が設けられている。

制御装置は、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えた際に熱交換装置が正常に動作しない場合、循環経路が全閉状態となるように流量調整部材を制御する。加えて、制御装置は、改質器へ原燃料を供給する燃料ポンプおよび燃料電池へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスポンプそれぞれを停止させるとともに、原燃料経路への原燃料の導入が遮断されるように燃料遮断部材を制御する。

これによると、熱交換装置が正常に動作しない状況下では、循環経路から原燃料経路に戻す改質燃料の温度が恒常的に高くなり易い。このため、熱交換装置が正常に動作しない状況下では、燃料ポンプおよび酸化剤ガスポンプを停止するとともに、燃料遮断部材によって原燃料経路を遮断し、さらに、流量調整部材によって循環経路を遮断することで燃料電池システムを停止させることが望ましい。

１０ 燃料電池
３０Ａ 原燃料経路
３０Ｂ 改質燃料経路
３２ 燃料ポンプ（機能品の一部）
３４ 改質器
６０ 循環経路
６１ 循環調整弁（流量調整部材）
７３ 燃焼器
１００ 制御装置

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   外部から投入される原燃料を改質して改質燃料を生成する改質器（３４）と、
   前記改質器で生成された改質燃料と酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
   前記燃料電池から排出されるオフガス燃料およびオフガス空気を燃焼させる燃焼器（７３）と、
   原燃料を前記改質器に向けて流す原燃料経路（３０Ａ）と、
   前記原燃料経路において前記改質器の上流に設けられた機能品（３２、３３）と、
   前記改質器で生成された改質燃料を前記燃料電池に流す改質燃料経路（３０Ｂ）と、
   前記改質燃料経路を流れる改質燃料の一部を前記原燃料経路における前記機能品の上流に戻す循環経路（６０）と、
   前記循環経路を流れる改質燃料の流量を調整する流量調整部材（６１）と、
   前記流量調整部材を制御する制御装置（１００）と、を備え、
   前記改質器は、前記燃焼器の熱が伝達されるようになっており、
   前記制御装置は、前記循環経路から前記原燃料経路に戻す改質燃料の温度が所定温度を超えると、前記循環経路から前記原燃料経路に戻す改質燃料の流量を絞るように前記流量調整部材を制御する燃料電池システム。
2. 前記制御装置は、前記循環経路から前記原燃料経路に戻す改質燃料の温度が前記所定温度を超えると、前記改質器に供給される原燃料の供給量が減少するように前記改質器に原燃料を供給する燃料ポンプ（３２）を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御装置は、前記循環経路から前記原燃料経路に戻す改質燃料の温度が前記所定温度を超えると、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給量が増加するように前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスポンプ（２１）を制御する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記循環経路を流れる改質燃料を放熱させる熱交換装置（６３）を備え、
   前記原燃料経路には、前記循環経路との接続箇所よりも上流に外部から前記原燃料経路への原燃料の導入を遮断する燃料遮断部材（３１）が設けられており、
   前記制御装置は、前記循環経路から前記原燃料経路に戻す改質燃料の温度が前記所定温度を超えた際に前記熱交換装置が正常に動作しない場合、前記循環経路が全閉状態となるように前記流量調整部材を制御するとともに、前記改質器へ原燃料を供給する燃料ポンプ（３２）および前記燃料電池へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスポンプ（２１）それぞれを停止させ、さらに、前記原燃料経路への原燃料の導入が遮断されるように前記燃料遮断部材を制御する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。

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