JP4598751B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は改質部や燃料電池の劣化損傷を抑える燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、一般的には、燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、燃料電池を冷却すべく燃料電池の内部に冷却水を通水する冷却通路と、燃料電池の燃料極に燃料を供給する燃料供給通路と、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給通路と、燃料電池の運転時に改質反応に使用される水蒸気となる水を供給する原料水供給通路とを備えている。

燃料電池の温度が昇温すると、燃料電池の発電性能が低下する。そこで燃料電池システムでは、前述したように、燃料電池を冷却するように燃料電池の内部に冷却水を通水させる冷却通路が設けられている。この冷却水の電気伝導度が高いときには、燃料電池の内部を流れる冷却水を介して短絡電流が流れる液短絡現象が発生し、燃料電池の発電電力の一部が無駄に消費されることになる。そこで、特開平５−３１５００２，特開平９−２３１９９０，特開２００１−１７６５３５等の公報に開示されているように、この冷却通路に通水する冷却水を精製して水の電気伝導度を低下させる水精製部が設けられている。この水精製部として、イオン交換式純水製造装置が使用されており、イオン交換樹脂で水を精製して水の電気伝導度を低下させることにしている。これにより冷却水を介して短絡電流が流れる液短絡現象が発生することを抑えることができる。

また特開２００１−２７９２５６の公報に開示されているように、燃料に含まれる硫黄系物質を脱硫部で除去した後、その燃料を改質部に供給する技術が知られている。このものによれば、燃料を脱硫した後に改質部に供給するため、燃料電池の長寿命化に貢献できる。
特開平５−３１５００２ 特開平９−２３１９９０ 特開２００１−１７６５３５

上記した特開平５−３１５００２，特開平９−２３１９９０，特開２００１−１７６５３５等の公報に開示されている技術によれば、前述したように、燃料電池をその内部から冷却する冷却通路に通水する冷却水を精製して水の電気伝導度を低下させる水精製部が設けられている。この水精製部は、燃料電池を冷却する冷却通路に通水する冷却水を精製するものであり、改質部における改質反応で使用される水蒸気を生成するための原料水供給通路の改質反応用の水を精製するものではない。

また特開２００−９０９４８に係る公報によれば、燃料電池をその内部から冷却する冷却通路に通水する冷却水と、改質部における改質反応で使用される水蒸気を生成するための原料水供給通路の改質反応用の水とを一体化する通路を設け、この通路に水精製部が配置されている。このため特開２００−９０９４８に係る技術によれば、水精製部が精製する水の量は膨大な量となるため、水精製部の劣化も速く、水精製部の浄水物質を頻繁に交換する必要がある。一般的には、単位時間当たりの水量を比較すると、燃料電池をその内部から冷却する冷却通路に通水する冷却水の量は、改質部における改質反応で使用される水蒸気を生成するための原料水供給通路の改質反応用の水の量に比較して遥かに多いからである。

上記した水精製部として、一般的には、イオン交換式純水製造装置が使用されている。イオン交換樹脂で精製した水の電気伝導度が所定値以上（例えば１μＳ／ｃｍ以上）になると、水の電気伝導度が高いため、イオン交換樹脂による水の浄化能が低下しており、イオン交換樹脂のおおまかな交換時期が近づいている。

上記したイオン交換式純水製造装置からなる水精製部を原料水供給通路に適用した場合には、イオン交換樹脂の交換時期を知らずに、燃料電池システムの運転を継続すると、改質反応用の水があまり浄化されておらず、改質部や燃料電池が劣化損傷するおそれがある。最後には燃料電池システム自体が故障する可能性がある。殊に改質部や燃料電池には反応活性を高めるべく貴金属系の触媒が担持されていることが多いが、水の浄化が不充分であると、触媒が劣化し易い。この場合、改質部、燃料電池の長寿命化には好ましくない。

燃料を脱硫する脱硫部についても、燃料電池システムを長時間運転した後に、定期的に交換することが好ましい。この交換時期を知らずに、燃料電池システムをそのまま運転し続けると、改質部や燃料電池が劣化損傷するおそれがある。最後には燃料電池システム自体が故障する可能性がある。殊に改質部や燃料電池には反応活性を高めるべく触媒が担持されていることが多いが、燃料の脱硫が不充分であると、触媒が劣化し易い。この場合、改質部、燃料電池の長寿命化には好ましくない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、浄水物質の交換により、改質部や燃料電池の劣化損傷を回避するのに有利な燃料電池システムを提供することを共通の課題とする。

第１発明に係る燃料電池システムは、燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、
原料水を蒸発させて改質部における改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発部と、燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、
蒸発部に原料水を供給すべく蒸発部と給水源とを接続し、改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
原料水供給通路を流れる水の積算流量を計測する水積算流量計測部と、水積算流量計測 部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき、水精製部の浄水物質の交換を警告する警告部とを有することを特徴とするものである。

第１発明に係る燃料電池システムによれば、水積算流量計測部で計測された水の積算流 量が積算流量用のしきい値を越えたとき、警告部は、水精製部の浄水物質の交換を警告する。警告に基づいて水精製部の浄水物質を交換すれば、改質反応用の水蒸気となる水に含まれている不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。
原料水供給通路に水が流れていれば、水精製部を流れる水の積算流量が増加するため、 水精製部の浄水物質の劣化が進行し、水精製能力が次第に低下する。そこで第１発明に係 る燃料電池システムによれば、水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用 のしきい値を越えたとき、警告部は、水精製部の浄水物質の交換を警告する。警告に基づ いて水精製部の浄水物質を交換すれば、改質反応で使用される水蒸気となる水に含まれて いる不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。

第２発明に係る燃料電池システムは、燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し前記改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、原料水を蒸発させて改質部に おける改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発部と、
燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、蒸発部に原料水を供給すべく 蒸発部と給水源とを接続し、改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部と、燃料電池 システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、前記水精製部の浄水物質の交換を警告する警告部とを有することを特徴とするものである。

原料水供給通路に水が流れていれば、燃料電池システムの積算運転時間が増加し、水精製部を流れる積算流量が増加するため、水精製部の浄水物質の劣化が進行し、水精製能力が次第に低下する。そこで第２発明に係る燃料電池システムによれば、システム積算運転 時間計測部で計測された燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、警告部は、水精製部の浄水物質の交換を警告する。警告に基づいて水精製部の浄水物質を交換すれば、改質反応で使用される水蒸気となる水に含まれている不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。

上記した警告は燃料電池システムの運転停止を含むことができる。

燃料供給通路を流れる燃料に含まれている硫黄系物質を除去する脱硫物質が設けられて おり、水精製部の浄水物質の交換時期と脱硫物質の交換時期とが同時期となるように、水 精製部の浄水物質および前記脱硫物質が設定されていることが好ましい。

第１発明に係る燃料電池システムによれば、水の積算流量計測部で検出された水の積算 流量がしきい値を越えたとき、警告部は、水精製部の浄水物質の交換を警告する。これにより水精製部の浄水物質を交換すれば、水に含まれている不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。従って改質部、燃料電池の保護性が向上する。殊に改質部、燃料電池は反応活性のために触媒を担持していることが多いため、触媒劣化を抑えるのに有利である。殊に、燃料電池を冷却する冷却通路に通水される水を精製するのではなく、改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を水精製の浄水物質で精製することにしているため、単位時間当たりに精製する水量を少なくでき、水精製の浄水物質の交換頻度を少なくできる。

換言すると、水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき、警告部は、水精製部の浄水物質の交換を警告する。これにより水精製部の浄水物質を交換すれば、水に含まれている不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。従って改質部、燃料電池の保護性が向上する。殊に改質部、燃料電池は反応活性のために触媒を担持していることが多いため、触媒劣化を抑えるのに有利である。

第２発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの積算運転時間を計測す るシステム積算運転時間計測部が設けられ、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転 時間用のしきい値を越えたとき、警告部は水精製部の浄水物質の交換を警告する。これにより水精製部の浄水物質を交換すれば、水に含まれている不純物が改質部、燃料電池に供給されることが抑えられる。従って改質部、燃料電池の保護性が向上する。殊に改質部、燃料電池は反応活性のために触媒を担持していることが多いため、触媒劣化を抑えるのに有利である。

・燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部が水精製部の浄水物質の交換処理用として設けられていることが好ましい。この場合、水精製度検出部で検出された水の精製度が精製用のしきい値を越え、且つ、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、警告部は水精製部の浄水物質の交換を更に警告する形態を採用できる。

あるいは、水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越え、且つ、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、警告部は水精製部の浄水物質の交換を更に警告する形態を採用できる。

あるいは、水精製度検出部で検出された水の精製度が精製用のしきい値を越え、且つ、水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越え、更に、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、警告部は水精製部の浄水物質の交換を更に警告する形態を採用できる。

・原料水供給通路に水が流れているときには、水積算流量計測部で水の積算流量が計測される。燃料電池システムの運転中であるにもかかわらず、原料水供給通路に水が流れていないときには、水積算流量計測部で水の積算流量が計測されない。しかし水精製部の浄水物質は、水精製部水に貯留されている水に接触しているため、水精製部の浄水物質の劣化は進行する。このため原料水供給通路に水が流れている時間が比較的少ないときには、水精製部の浄水物質が水に接触している時間をも考慮しないと、水精製部の劣化時期の判定は必ずしも充分ではないことがある。そこで、燃料電池システムのシステム積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部を設けることが好ましい。この場合、燃料電池のシステム積算運転時間計測部がシステム積算運転時間を計測し、システム積算運転時間が積算運転時間用のしきい値よりも大きければ、水精製部の浄水物質を交換する警告を判定する際の要因とすることが好ましい。

・好ましい形態によれば、水精製部の浄水物質の交換のための警告は、燃料電池システムの運転停止を含むことができる。また燃料電池システムの運転が停止した後であっても、燃料電池システムの運転を再開させるリセットスイッチが設けられていることが好ましい。リセットスイッチの操作回数が操作回数用のしきい値以内であるときには、浄水物質の寿命にまだ余裕があるとみなし、燃料電池システムの運転を再開できる運転再開部が設けられていることが好ましい。

従って水精製部の浄水物質を交換する警告は出力されたものの、水精製部の浄水物質の寿命にまだ余裕があるとき等には、リセット操作回数が操作回数用のしきい値以内であるという条件のもとで、燃料電池システムの運転を再開することができる。

但し、リセットスイッチの操作回数が操作回数用のしきい値を越えるときには、水精製部の浄水物質の寿命または寿命が近いとみなされるため、燃料電池システムの運転を再開するのは好ましくなく、従って、燃料電池システムの運転を再開を不能とする運転再開不能部が設けられていることが好ましい。このように燃料電池システムの運転を再開を不能とすることにより、燃料電池システムの保護性を高めることができる。なお、水精製部の浄水物質を交換すれば、燃料電池システムの運転を再開することができる。

・好ましい形態によれば、水精製部は、原料水供給通路に繋がると共に水が収容される容器と、容器内に交換自在に収容された浄水物質とを有している。浄水物質の量は可変とされていることが好ましい。浄水物質としてはイオン交換樹脂、活性炭等が挙げられる。浄水物質の量は可変とされていることが好ましい。水精製部及び脱硫部が併用されている場合、水精製部の浄水物質の量を適宜調整することにより、水精製部の浄水物質の交換時期と脱硫部の脱硫物質の交換時期とを対応させて同時期とすることができる。

・燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部が脱硫部の脱硫物質の交換処理用として設けられていることが好ましい。この場合、燃料供給通路を流れた燃料の積算流量が燃料積算流量用のしきい値を越え、且つ、システム積算運転時間計測部で計測された燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、警告部は脱硫部の脱硫物質の交換を警告することが好ましい。

燃料が燃料供給通路を流れているとき、燃料積算流量計測部で燃料の積算流量が計測される。燃料電池システムの運転中であるにもかかわらず、燃料が燃料供給通路を流れていないときには、燃料積算流量計測部で燃料の積算流量が計測されない。しかし燃料供給通路に燃料が流れなくても、燃料供給通路に配置されている脱硫部の脱硫物質は、燃料供給通路に残留している燃料または空気に接触しているため、脱硫部の脱硫物質の劣化は進行する。そこで、脱硫物質の交換処理のために、燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部を設けることが好ましい。この場合、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間を計測し、燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、脱硫部の脱硫物質を交換する警告を判定する際の要因とする。

・好ましい形態によれば、脱硫部の脱硫物質を交換するための警告は、燃料電池システムの運転停止を含み、リセットスイッチの操作回数が操作回数用のしきい値以内であるとき、燃料電池システムの運転を再開できる運転再開部が設けられていることが好ましい。従って脱硫部の脱硫物質を交換するための警告が出力されたものの、脱硫部の脱硫物質の寿命にまだ余裕があるとき等には、リセットスイッチの操作回数が操作回数用のしきい値以内であるという条件のもとで、燃料電池システムの運転を再開することができる。

但し、リセットスイッチの操作回数が操作回数用のしきい値を越えるときには、脱硫部の脱硫物質の寿命または寿命が近いとみなされるため、燃料電池システムの運転を再開を不能とする運転再開不能部が設けられていることが好ましい。これにより燃料電池システムの保護性を高めることができる。

・好ましい形態によれば、脱硫部は、燃料供給通路に繋がる容器と、容器内に交換自在に収容された脱硫物質とを有している。脱硫物質としては、硫黄系物質を分解除去するものでも良いし、硫黄系物質を吸着除去するものでも良い。脱硫物質としては、活性炭等の炭素系、シリカゲル等のケイ素酸化物系、ゼオライト系、アルカリ金属系、白金等の貴金属系等の少なくとも１種を採用できる。脱硫物質の量は可変とされていることが好ましい。水精製部の浄水物質及び脱硫部の脱硫物質が併用されている場合、脱硫物質の量を適宜調整することにより、水精製部の交換時期と脱硫部の交換時期とを同時期とすることができ、水精製部及び脱硫部の交換回数の簡素化に有利となる。

・警告部としては、視覚的または聴覚的に警告できるものを例示でき、警告ランプ、警告ブザーを採用できる。

・本発明に係る燃料電池は燃料及び酸化剤に基づいて発電するものであり、電池セルを積層した方式を例示できる。代表的な燃料としてはガス状、液体状の燃料を採用でき、炭化水素系等の燃料ガスが挙げられる。燃料ガスとしては、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とするガスを用いることができ、天然ガス、メタノール、ガソリン、バイオガスを例示することができる。酸化剤としては空気などの酸素含有ガスを用いることができる。燃料電池は業務用、家庭用、定置用、車載用、固定式、可動式、ポータブル式を問わない。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例の構成）
本実施例は定置形の燃料電池システムに適用したものである。本実施例に係る燃料電池システムは、図１に示すように、燃料としての燃料ガスと水蒸気とで改質反応を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質系１Ｍが設けられている。改質系１Ｍは、燃料ガスと水蒸気とを反応させて改質反応を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質部１、原料水を蒸発させて改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発部２、改質部１を改質反応に適する温度領域に加熱するための燃焼部１３、ＣＯ除去部５で構成される。燃焼部１３の熱は改質部１に伝達されるため、改質部１は改質反応に適するように高温とされるものであり、改質反応を促進させために触媒を有している。ＣＯ除去部５は、改質部１で生成された水素含有ガスに含まれている一酸化炭素を除去するものであり、反応を促進させために触媒を有している。ＣＯ除去部５は、シフト反応により一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、空気を用いて一酸化炭素を低減させるＣＯ選択酸化部とを有するが、これらに限定されるものではない。

燃料ガスを改質部１に熱交換部３を経て供給する燃料供給通路４が設けられている。燃料供給通路４の上流端は、燃料源としての燃料ガス源１５（都市ガスの配管）に接続されており、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とする燃料ガスを供給する。一般的には燃料ガスは着臭剤としてのメルカプタンなどの硫黄系物質を含む。燃料供給通路４には、２個並設された弁２７，２８からなる二連弁２９，燃料ガス搬送用のポンプ４ｐ、脱硫部４ａ、弁４ｂ、合流部４ｃが設けられている。合流部４ｃは、燃料供給通路４からの燃料ガスと蒸発部２で蒸発された水蒸気とを合流させて混合し、熱交換部３を介して改質部１に供給する。

燃焼用の燃料ガスを燃焼部１３に供給する燃焼部連通路１４が設けられている。燃焼部連通路１４は、燃料供給通路４と燃焼部１３とを分岐部４ｍを介して接続する。燃焼部連通路１４には、燃焼用の燃料ガスを燃焼部１３に向けて搬送するガス搬送源としてのポンプ１４ｐが設けられている。燃料供給通路４から供給された燃料ガスは、ポンプ１４ｐにより燃焼部連通路１４を経て燃焼部１３に供給され、燃焼部１３で燃焼反応に使用されるため、燃焼部１３が高温となる。燃焼部１３により改質部１が加熱されるため、改質部１の温度を改質反応に適するように温度領域に維持することができ、ひいては改質部１において改質反応により水素含有ガスを効果的に発生させることができる。

図１に示すように、燃料電池８が設けられている。燃料電池８は、酸素含有ガスとしての空気（酸化剤ガス）と水素含有ガス（改質ガス）とで発電するものである。燃料電池８は高分子電解質型であり、プロトン伝導度性高分子膜を電解質として用い、その電解質を燃料極と空気極（酸化剤極）とで挟持したセルを複数積層したスタックで構成されている。改質部１で生成された水素含有ガスを弁９ａを経て燃料電池８の燃料極に供給する水素供給通路９（燃料供給通路）が設けられている。

図１に示すように、酸素含有ガスとしての発電用の空気（酸化剤ガス）を燃料電池８の空気極（酸化剤極）に供給する空気供給通路１６（酸化剤供給通路）が設けられている。空気供給通路１６には空気清浄化用のフィルタ１６ａ、空気搬送用のファン１６ｂ、空気加湿用の加湿部２０が設けられている。加湿部２０は、燃料電池８の空気極に供給する空気を加湿する。燃料電池８の電解質膜が過剰に乾燥されると、燃料電池８の発電効率が低下するため、燃料電池８の空気極に供給する空気を加湿するものである。

燃料電池８の燃料極の出口８ｅから排出された発電後の燃料ガスである水素含有ガスのオフガスを燃焼部１３に流す燃料オフガス通路１２が設けられている。燃料オフガス通路１２には弁１０ａ、燃料極側の凝縮部１０、弁１０ｃが設けられている。燃料極側につながる凝縮部１０は、燃料オフガス通路１２において燃焼部１３と燃料電池８との間に位置するように設けられており、燃料電池８の燃料極の出口８ｅから排出された水素含有ガスのオフガスに含まれている水分を除去する。これにより水分が除去されたオフガスが燃料オフガス通路１２を経て燃焼部１３に供給され、燃焼反応として使用される。このように水分が除去されたオフガスが燃焼部１３に供給され、燃焼反応として使用されるため、水素含有ガスのオフガスを再利用できる。このとき水素含有ガスのオフガスに含まれている水分が除去されているため、燃焼部１３の温度低下が抑えられ、燃焼部１３における燃焼反応を良好に行うことができる。

燃料電池８の空気極から排出された発電後の空気のオフガスを流して大気中に排出させる空気オフガス通路（酸化剤オフガス通路）１８が設けられている。空気オフガス通路１８に加湿部２０、凝縮部１８ｘが設けられている。燃料電池８の空気極から排出された発電後の空気のオフガスは、加湿部２０に水蒸気及び熱を与えた後、更に凝縮部１８ｘを経て外部に排気される。凝縮部１８ｘでは空気のオフガスは冷されて凝縮されるため、凝縮水が生成される。凝縮部１８ｘで生成された凝縮水は高純度であり、吐出路１８ｐを経て水タンク６（水源）に戻され、改質反応用の水蒸気を蒸発部２において生成する水として再利用される。

給水源としての水道管と蒸発部２とを接続する原料水供給通路７が設けられている。原料水供給通路７から蒸発部２に供給された水は、蒸発部２において加熱されて水蒸気となり、改質部１における改質反応に使用される。原料水供給通路７には、原料浄水用のフィルタ７ａ、弁７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水精製部７ｄ、水タンク６、原料水搬送用のポンプ７ｆ、開閉制御弁７ｈが設けられている。水タンク６は水精製部７ｄの下流側に配置されている。水タンク６は凝縮部１０,１８ｘよりも下方に配置されており、吐出路１４０、弁１４１を介して凝縮部１０と水タンク６は接続されている。燃料電池の燃料極から吐出された水蒸気を含む燃料オフガスは、燃焼部１３に供給される前に水分を除去すべく、凝縮部１０を通過するため、凝縮部１０で凝縮される。凝縮部１０内で凝縮された水は、凝縮水であるため、純度が高い。従って凝縮部１０内で凝縮された水は、吐出路１４０、弁１４１を経て水タンク６に戻され、蒸発部２に供給され、改質反応用の水蒸気を蒸発部２において生成する原料水として再利用される。

また図１に示すように、燃料電池８の熱を奪う冷却水が流れる電池用の冷却通路２２が設けられている。電池用の冷却通路２２には、ポンプ２２ｐ、熱交換部２３が設けられている。燃料電池８の熱を奪う冷却水が流れる冷却通路２２は、改質部１に水を供給する原料水供給通路７とは別系統とされている。従って水精製部７ｄで精製された水は、燃料電池８の冷却通路２２には流れない。単位時間当たり、改質部１に水を供給する原料水供給通路７における通水量は、燃料電池８の熱を奪う冷却通路２２における通水量に比較して少ない。例えば、単位時間当たり、原料水供給通路７における通水量は、冷却通路２２における通水量に対して１／１０以下,１／５０以下と少ないものである。上記したように原料水供給通路７と冷却通路２２とは別系統とされているため、水精製部７ｄは大量の水を浄化せずとも良く、水精製部７ｄの長寿命化を図り得、水精製部７ｄの交換時期の長期化を図り得る。

図１に示すように、燃料電池システム全体で発生する熱を奪って湯として貯留する貯湯部２６が湯温センサ２６ｎと共に設けられている。貯湯部２６の吐出口２６ｉから延設された熱交換通路３１には、冷却水搬送用のポンプ３１ｐ、燃料側の凝縮部１０が設けられており、更に適宜の部位に図略の複数の熱交換部が設けられている。従って貯湯部２６から熱交換通路３１を流れた冷却水は、燃料極側の凝縮部１０、空気極側の凝縮部１８ｘを経て、更に適宜の部位に設けた図略の複数の熱交換部を流れ、熱交換により加熱され、熱交換部２３を経て、貯湯部２６の吸入口２６ｏに帰還する。このため、貯湯部２６に貯留されている冷却水は熱を帯び、湯となる。貯湯部２６の冷却水である湯は、他の用途への給湯源として利用できる。貯湯部２６には給水源である水道から水が補給通路２６ｋを経て補給される。制御装置３９には各種の信号（Ｓ１，Ｓ２等）が入力される。なお燃料電池８の発電はインバータ６００を経て外部に取り出される。

図１に示すように、原料水供給通路７には、原料水供給通路７を流れる単位時間当たりの水の流量を計測する水流量計３１０が設けられている。具体的には水流量計３１０は原料水供給通路７のうちポンプ７ｆの下流側となるようにポンプ７ｆと開閉制御弁７ｈとの間に設けられている。水流量計３１０で計測した単位時間当たりの流量は、制御装置３９内の水積算流量計測部に入力されて積算される。水積算流量計測部は、水流量計３１０を流れた水の流量の合計を計測する。図１に示すように、燃料供給通路４には、燃料供給通路４を流れる単位時間当たりの燃料の流量を計測する燃料流量計３３０が設けられている。具体的には燃料流量計３３０は燃料供給通路４のうちポンプ４ｐの下流側となるようにポンプ４ｐと脱硫部４ａとの間に設けられている。燃料流量計３３０で計測した単位時間当たりの燃料の流量は、制御装置３９内の燃料積算流量計測部に入力されて積算される。燃料積算流量計測部は、燃料流量計３３０を流れた燃料の流量の合計を計測する。

更に説明を加える。本実施例では図２に示すように、水精製部７ｄは、原料水供給通路７に繋がると共に水が収容される容器１００と、容器１００内に交換自在に収容され浄水物質１０２を有する浄水部として機能できる浄水カートリッジ１０４とを有する。浄水物質１０２は粒子状のイオン交換樹脂、活性炭などで形成されている。浄水カートリッジ１０４は多数の透孔を有するカートリッジ本体１０４ａと脱着可能な蓋１０４ｂとを有する。蓋１０４ｂを脱着すれば、浄水カートリッジ１０４において浄水物質１０２の量は可変とされている。浄水カートリッジ１０４が交換されると、交換スイッチ１０６がこれを検知し、その検知信号は制御装置３９に入力される。

電気伝導度センサ３００が設けられている。電気伝導度センサ３００は、水精製部７ｄの下流側に配置されており、水精製部７ｄで精製された水の精製度を検出する水精製度検出部として機能する。電気伝導度センサ３００は、水精製部７ｄで精製された水の電気伝導度を計測することにより水の精製度を検出する。

図３に示すように、脱硫部４ａは、燃料供給通路４に繋がる容器２００と、容器２００内に交換自在に収容され脱硫物質２０２を有する脱硫カートリッジ２０４とを有する。脱硫物質２０２としては活性炭等の炭素系、シリカゲル等のケイ素酸化物系、ゼオライト系、アルカリ金属系、白金等の貴金属系等を例示できる。脱硫カートリッジ２０４は、多数の透孔を有するカートリッジ本体２０４ａと、着脱可能な蓋２０４ｂとを有する。蓋２０４ｂを脱着すれば、脱硫カートリッジ２０４において脱硫物質２０２の量は可変とされている。脱硫カートリッジ２０４が交換されると、交換スイッチ２０６がこれを検知し、その検知信号は制御装置３９に入力される。

なお燃料供給通路４には、パージガス通路５００、弁５０１を経てパージガス源５０２が繋がれている。パージガス源５０２はパージガス（一般的には窒素ガス等の不活性ガス）が封入されているボンベである。

図４は制御装置３９に関係するブロック図を示す。制御装置３９は入力処理回路３９ｃ、制御回路３９ｄ、出力処理回路３９ｅ、計測データを格納する記憶素子としてのＲＡＭ３９ｆ、制御プログラムを格納する記憶素子としてのＲＯＭ３９ｇを有する。水流量計３１０からの信号、電気伝導度センサ３００からの信号、燃料流量計３３０からの信号、リセットスイッチ３５０,３５１からの信号、システムタイマ３４０,３４１からの信号、交換スイッチ１０６，２０６からの信号が制御装置３９に入力される。システムタイマ３４０は、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の交換処理用として使用するために、燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部として機能することができる。システムタイマ３４１は、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の交換処理用として使用するために、燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部として機能することができる。リセットスイッチ３５０は、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換したときに信号を出力し、停止中の燃料電池システムの運転を再開させるものである。リセットスイッチ３５１は、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換したときに信号を出力し、停止中の燃料電池システムの運転を再開させるものである。

制御装置３９からの出力信号に基づいて、第１警告部３６１、第２警告部３６１、第３警告部３６３、第４警告部３６４、第５警告部３６５が制御される。第１警告部３６１〜第５警告部３６５は警告ランプでも良いし、警告ブザーでも良い。更に図４ではブロック図では省略されているものの、制御装置３９は、ポンプ４ｐ，ポンプ１４ｐ，ポンプ３１ｐ，ポンプ７ｆ，弁２７，弁２８，弁４ｂ、弁９ａ，弁７ｂ，弁７ｃ，弁７ｈ，弁１０ａ，弁１０ｃ等を制御する。

さて原料水搬送用のポンプ７ｆの駆動により、給水源（水道源）の水は、原料水供給通路７において、浄水用のフィルタ７ａ、弁７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水精製部７ｄ、水タンク６、水流量計３１０、開閉制御弁７ｈを経て蒸発部２に供給される。殊に水精製部７ｄで水は浄化されて精製される。蒸発部２に供給された水は、蒸発部２において加熱されて水蒸気となり、合流部４ｃに供給される。また燃料ガス搬送用のポンプ４ｐの駆動により、燃料ガス源１５（都市ガスの配管）の燃料ガスは、燃料供給通路４において２個並設された弁２７，２８からなる二連弁２９，脱硫部４ａ、弁４ｂ、合流部４ｃに至る。そして燃料ガスは、蒸発部２から供給された水蒸気と合流部４ｃで合流し、熱交換部３を経て改質部１に供給される。燃料ガスは水蒸気との改質反応により、燃料電池８での発電反応に適する改質ガスである水素含有ガスとなる。

本実施例によれば、水流量計３１０で計測された水の積算流量Ｖｔが積算流量用のしきい値Ｖｃを越え、且つ、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔが積算運転時間用のしきい値Ｔｃを越えたとき、制御装置３９は、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の交換時期が近いことを警告する第１警告を第１警告部３６１に出力する。従って警告に基づいて、燃料電池の管理者は水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換することができる。

また本実施例に係る別の形態によれば、水流量計３１０で計測された水の積算流量Ｖｔが積算流量用のしきい値Ｖｃを越え、且つ、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔが積算運転時間用のしきい値Ｔｃを越え、更に、電気伝導度センサ３００で検出された水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ３を越えたとき、制御装置３９は、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の交換時期が更に近いことを警告する第２警告信号を第２警告部３６２に出力すると共に、燃料電池システムの運転を強制的に停止させる。従って警告に基づいて、燃料電池の管理者は水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換することができる。なお水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換すれば、交換スイッチ１０６がこれを検知し、その検知信号は制御装置３９に入力され、水の積算流量Ｖｔ、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔがクリアされて０にされると共に、停止した燃料電池システムの運転は再開可能となる。

上記したような本実施例によれば、改質ガスを形成するための水蒸気となる水に含まれている不純物による汚染が防止される。よって、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換時期を知らずに燃料電池システムの運転を継続してしまい、改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８を劣化させるおそれが解消され、燃料電池システムの故障を未然に防止できる。従って、改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８の保護性が向上する。殊に改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８は反応活性のために白金系またはロジウム系等の貴金属系の触媒を担持していることが多いため、触媒の劣化を抑えるのに有利であり、改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８の長寿命化に貢献できる。

本実施例によれば、上記した第２警告が出力されたとしても、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の寿命にはまだ余裕があるように予め設定されている。このため管理者はリセットスイッチ３５０（運転再開部）を操作すれば、リセットスイッチ３５０の操作回数がしきい値以内であれば、制御装置３９はリセットスイッチ３５０の操作を優先し、緊急的に燃料電池システムの運転を再開する。

但し、リセットスイッチ３５０の操作回数が操作回数用のしきい値（例えば３回にできるが、これに限定されるものではない）を越えるときには、浄水カートリッジ１０４の寿命とみなされるため、制御装置３９はリセットスイッチ３５０の操作よりも警告を優先し、リセットスイッチ３５０をいくら操作しても、燃料電池システムの運転を強制的に停止させ。これにより燃料電池システムの保護性を確保することができる。

なお水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換すれば、交換スイッチ１０６がこれを検知し、その検知信号は制御装置３９に入力され、水の積算流量Ｖｔ、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔがクリアされて０にされると共に、停止した燃料電池システムの運転は再開可能となる。

また本実施例では、脱硫処理については、燃料供給通路４を流れた燃料の積算流量Ｆｔが燃料積算流量用のしきい値Ｆｃを越えたとき、制御装置３９は、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の交換時期が近いことを警告する警告信号を出力する。警告に基づいて、管理者は脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換することができる。

本実施例の好ましい形態によれば、燃料流量計３３０で計測された燃料の積算流量Ｆｔが燃料積算流量用のしきい値Ｆｃを越え、且つ、システム積算運転時間計測部で計測された燃料電池システムの積算運転時間Ｋｔが積算運転時間用のしきい値Ｋｃを越えたとき、制御装置３９は、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の交換を強く警告する第４警告信号を第４警告部３６４に出力すると共に、燃料電池システムの運転を停止させる。従って警告に基づいて、燃料電池システムの管理者は脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換することができる。

上記したように脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４が交換されると、交換スイッチ２０６がこれを検知し、その検知信号は制御装置３９に入力され、燃料の積算流量Ｆｔ、燃料電池システムの積算運転時間Ｋｔがクリアされて０にされると共に、燃料電池システムの運転は再開可能となる。なお、燃料電池システムの運転が停止されるときには、パージガス通路５００の弁５０１を所定時間開放することにより、パージガス源５０２からパージガスを燃料供給通路４に供給する。これにより改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８にパージガスを封入し、これらに担持されている触媒の劣化を抑える。

上記したように本実施例によれば、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の交換時期が警告されるため、脱硫部４ａの交換時期を知らずに燃料電池システムの運転を継続してしまい、燃料ガスに含まれている硫黄系物質により改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８が劣化してしまうおそれが解消され、燃料電池システムの故障を未然に防止できる。従って本実施例によれば、燃料ガスに含まれている硫黄系物質による汚染が防止され、改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８の保護性が向上する。殊に前述したように改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８は反応活性のために白金系またはロジウム系等の貴金属系の触媒を担持していることが多いが、硫黄系物質による触媒の劣化を抑えるのに貢献できる。なお、水精製部７ｄ及び脱硫部４ａが併用されている本実施例によれば、燃料電池システムの運転条件に合うように、浄水カートリッジ１０４の浄水物質１０２の量を適宜調整したり、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の脱硫物質２０２の量を適宜調整したりすれば、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の交換時期と脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の交換時期とを対応させて同時期とすることも期待できる。

本実施例によれば、燃料ガスのオフガスに含まれている水分を凝縮させる凝縮部１０内で凝縮された水は、吐出路１４０を経て水タンク６に戻され、改質反応用の水蒸気を蒸発部２において生成する水として再利用される。同様に空気のオフガスに含まれている水分を凝縮させる凝縮部１８ｘ内で凝縮された水は、吐出路１８ｐを経て水タンク６に戻され、改質反応用の水蒸気を蒸発部２において生成する水として再利用される。このように本実施例に係る燃料電池システムは、水を再利用する度合が高いため、改質部１で改質反応に使用する蒸気となる水の割合を相対表示で１００としたとき、水精製部７ｄで精製する水の量は一般的には１００のうち０．１〜４０程度であり、従って水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の交換時期の頻度は本来的に少なくなるようにされている。

（代表的な制御）
図５は水精製部７ｄの交換処理についての代表的なフローチャートを示す。システム運転フラグが立っているとき、または、システム運転再開フラグが立っているときには、燃料電池システムは運転されるように、本実施例に係る制御則が設定されている。またシステム運転停止フラグが立っているときには、燃料電池システムの運転は停止されるように、本実施例に係る制御則が設定されている。図５に示すように、水精製部７ｄ用の交換スイッチ１０６がオンされたか否か判定する（ステップＳ１０２）。オンされていれば、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４は新しく交換されているため、水の積算流量Ｖｔをクリアにして０にすると共に、システムタイマ３４０の積算運転時間Ｔｔをクリアにして０にする（ステップＳ１０４）。

燃料電池システムは運転されているため、燃料電池システムの運転を許容するシステム運転フラグを立てる（ステップＳ１０６）。水流量計３１０で計測された水の流量、電気伝導度センサ３００で計測された精製後の水の電気伝導度、システムタイマ３４０の経過時間を読み込む（ステップＳ１０８）。そして原料水供給通路７を流れる水の積算流量Ｖｔを求める（ステップＳ１１０）と共に、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔを求める（ステップＳ１１２）。なおステップＳ１０８，ステップＳ１１０は水積算流量計測部として機能することができる。またステップＳ１０８，ステップＳ１１２はシステム積算運転時間計測部として機能することができる。

次に水の電気伝導度、水の積算流量Ｖｔ、システムの積算運転時間Ｔｔに関するデータをＲＡＭ３９ｆに記憶する（ステップＳ１１４）。そして水の積算流量Ｖｔと水の積算流量用のしきい値Ｖｃとを比較する（ステップＳ１１６）。燃料電池システムの運転時において水流量計３１０で計測される水量は、燃料電池８の種類によっても相違するものの、１分間当たり例えば５〜２０ｃｃとすることができるが、これに限定されるものではない。積算流量用のしきい値Ｖｃは例えば２００リットルとすることができるが、これに限定されるものではない。

積算流量Ｖｔが積算流量用のしきい値Ｖｃを越えていなければ（Ｖｔ=Ｖｃ,Ｖｔ＜Ｖｃ）であれば、浄水カートリッジ１０４の寿命には余裕があり、燃料電池システムの運転を継続すべく、ステップＳ１０６に戻る。これに対して積算流量Ｖｔが積算流量用のしきい値Ｖｃを越えていれば（Ｖｔ＞Ｖｃ）であれば、浄水カートリッジ１０４の劣化がやや進行しているとみなすことができ、ステップＳ１１８に進み、燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔと積算運転時間用のしきい値Ｔｃとを比較する。しきい値Ｔｃは例えば４０００時間とすることができるが、これに限定されるものではない。積算運転時間Ｔｔが積算運転時間用のしきい値Ｔｃを越えていなければ（Ｔｔ=Ｔｃ,Ｔｔ＜Ｔｃ）、浄水カートリッジ１０４の寿命に余裕があるため、燃料電池システムの運転を継続すべく、ステップＳ１０６に戻る。燃料電池システムの積算運転時間Ｔｔが積算運転時間用のしきい値Ｔｃを越えていれば（Ｔｔ＞Ｔｃ）、浄水カートリッジ１０４の劣化がかなり進行しているため、浄水カートリッジ１０４の交換時期が近いことを警告する第１警告信号を第１警告部３６１に出力する。

本実施例では、水精製用の電気伝導度のしきい値はＡ１＜Ａ２＜Ａ３とされている。一般的には水の電気伝導度が高いほど、水に含まれている不純物は多い。例えば、Ａ１として１μＳ／ｃｍ、Ａ２として５０μＳ／ｃｍ、Ａ３として１００μＳ／ｃｍとすることができるが、これらに限定されるものではない。

本実施例では上記したように第１警告信号が出力されたら、電気伝導度センサ３００で検出された水の電気伝導度Ａと精製用のしきい値Ａ１とを比較する（ステップＳ１３０）。水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ１以内であれば（Ａ＜Ａ１，Ａ=Ａ１）、浄水カートリッジ１０４の寿命に余裕があるため、燃料電池システムの運転を継続すべく、ステップＳ１０６に戻る。水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ１よりも大きければ（Ａ＞Ａ１）であれば、電気伝導度センサ３００で検出された水の電気伝導度Ａと精製用のしきい値Ａ２とを比較する（ステップＳ１３２）。

水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ２以内であれば（Ａ＜Ａ２，Ａ=Ａ２）であれば、浄水カートリッジ１０４の寿命に余裕があるため、燃料電池システムの運転を継続すべく、ステップＳ１０６に戻る。水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ２よりも大きければ（Ａ＞Ａ２）、電気伝導度センサ３００で検出された水の電気伝導度Ａと精製用のしきい値Ａ３とを比較する（ステップＳ１３４）。

水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ３以内であれば（Ａ＜Ａ３，Ａ=Ａ３）であれば、浄水カートリッジ１０４の寿命に余裕があるため、燃料電池システムの運転を継続すべく、ステップＳ１０６に戻る。水の電気伝導度Ａが精製用のしきい値Ａ３よりも大きければ（Ａ＞Ａ３）、浄水カートリッジ１０４の寿命が近いとみなされるため、システム運転フラグを立て、燃料電池システムを停止させると共に（ステップＳ１３６）、第２警告部３６２に第２警告信号を出力する（ステップＳ１３８）。これにより管理者は水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４を交換することができる。

しかし上記した警告が出力されても、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４は、少ない時間であれば、まだ水を精製できるように水精製部７ｄは設定されている。このため、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４が交換されないときであっても、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の寿命にまだ余裕があり、燃料電池システムの運転を緊急的に再開する必要があるときには、管理者は水精製部７ｄ用のリセットスイッチ３５０を操作してオンとすることができる。

このためリセットスイッチ３５０が操作されているか否か判定する（ステップＳ１４０）。リセットスイッチ３５０が操作されていないときには、待機する。リセットスイッチ３５０が操作されているときには、リセットスイッチ３５０の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ１（例えば３回にできるが、これに限定されるものではない）以内であるか否か判定する（ステップＳ１４２）。リセットスイッチ３５０の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ１以内であるときには、水精製部７ｄの浄水カートリッジ１０４の寿命にはまだ若干余裕があるため、警告よりもリセットスイッチ３５０の操作を優先し、システム運転再開フラグを立て、燃料電池システムの運転を再開する（ステップＳ１４４）。なおステップＳ１４４は、停止中の燃料電池システムの運転を再開させる運転再開部としても機能することができる。

これに対してリセットスイッチ３５０の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ１を越えているときには、浄水カートリッジ１０４は寿命とみなされるため、制御装置３９は、第３警告部３６３に第３警告信号を出力し（ステップＳ１４４）、更にリセットスイッチ３４０の操作よりも警告を優先し、システム運転停止フラグを立て、燃料電池システムの運転を不能とし（ステップＳ１４６）、メインルーチンにリターンする。この場合、リセットスイッチ３４０が操作されても、浄水カートリッジ１０４を交換しない限り、燃料電池システムの運転は再開されない。なおステップＳ１４６は運転再開不能部として機能することができる。リセットスイッチ３５０が操作されないときには、燃料電池システムの運転停止を継続する。

一般的には、水の電気伝導度を電気伝導度センサ３００によりセンシングするときには、誤差が往々にして伴うことがある。この点本実施例ではステップＳ１３０,１３２,１３４に先立ってステップＳ１１６，１１８を実施し、水の積算流量Ｖｔ，積算運転時間Ｔｔを判断基準として判断することにしている。このため電気伝導度センサ３００により検出された水の電気伝導度Ａとしきい値Ａ１，Ａ２，Ａ３とを比較する頻度をできるだけ少なくでき、判定誤差を無くすのに有利であり、システムの信頼性を向上させ得る。なお、浄水カートリッジ１０４の交換の際に、ＲＡＭ３９ｆに記憶されている電気伝導度、水の積算流量Ｖｔ、システムの積算運転時間Ｔｔに関するデータを調査すれば、浄水カートリッジ１０４の汚染進行状況を把握することができる。

図７は脱硫部４ａの交換処理についての代表的なフローチャートを示す。図７に示すように、脱硫部４ａ用の交換スイッチ２０６がオンされているか否か判定する（ステップＳ２０２）。オンされていれば、脱硫部４ａの浄水カートリッジ１０４は新しく交換されているため、燃料の積算流量Ｆｔをクリアにして０にすると共に、脱硫部４ａ用のシステムタイマ３４１で計測している燃料電池システムの積算運転時間Ｋｔをクリアにして０にする（ステップＳ２０４）。燃料電池システムの運転を許容すべく、システム運転フラグを立てる（ステップＳ２０６）。更に、そして燃料流量計３３０で計測された燃料の流量、脱硫部４ａ用のシステムタイマ３４１の経過時間を読み込む（ステップＳ２０８）。そして燃料供給通路４を流れた燃料の積算流量Ｆｔを求める（ステップＳ２１０）と共に、脱硫部４ａ交換処理用の積算運転時間Ｋｔを求める（ステップＳ２１２）。積算流量Ｆｔ、積算運転時間Ｋｔに関するデータをＲＡＭ３９ｆに記憶する（ステップＳ２１４）。そして、燃料流量計３３０で計測された燃料の積算流量Ｆｔと積算流量用のしきい値Ｆｃとを比較する（ステップＳ２１６）。しきい値Ｆｃは硫黄系物質を吸着できる全吸着量の１／５程度とすることができるが、これに限定されるものではない。

燃料の積算流量Ｆｔが積算流量用のしきい値Ｆｃを越えていなければ（Ｆｔ＜Ｆｃ,Ｆｔ=Ｆｃ）、脱硫部４ａの寿命に余裕があるため、燃料電池システムの運転を継続すべくステップＳ２０６に戻る。これに対して燃料の積算流量Ｆｔが積算流量用のしきい値Ｆｃを越えていれば（Ｆｔ＞Ｆｃ）、脱硫カートリッジ２０４の劣化がやや進行しているため、ステップＳ２１８に進み、燃料電池システムの積算運転時間Ｋｔと積算運転時間用のしきい値Ｋｃとを比較する。しきい値Ｋｃは例えば３０００時間とすることができるが、これに限定されるものではない。燃料電池システムの積算運転時間Ｋｔが積算運転時間用のしきい値Ｋｃを越えていなければ（Ｋｔ＜Ｋｃ,Ｋｔ=Ｋｃ）、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の寿命に余裕があるとみなされるため、燃料電池システムの運転を継続すべくステップＳ２０６に戻る。

積算運転時間Ｋｔが積算運転時間用のしきい値Ｋｃを越えていれば（Ｋｔ＞Ｋｃ）、脱硫部４ａの寿命が近いとみなされるため、システム運転停止フラグを立て、燃料電池システムの運転を停止させると共に（ステップＳ２２０）、脱硫カートリッジ２０４の交換時期が近いことを警告する第４警告信号を第４警告部３６４に出力する（ステップＳ２２２）。これにより管理者は脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換することができる。

本実施例では、第４警告信号が出力されたとしても、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の寿命にまだ余裕があるように設定されている。このため燃料電池システムの運転を緊急的に再開する必要があるときには、管理者は脱硫部４ａ用のリセットスイッチ３５１を操作することができる。そこで脱硫部４ａ用のリセットスイッチ３５０が操作されていれば、リセットスイッチ３５１の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ２（例えば３回にできるが、これに限定されるものではない））以内であるか否か判定する（ステップＳ２２４）。リセットスイッチ３５１の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ２以内であるときには、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の寿命にまだ余裕があるとみなされるため、リセットスイッチ３５１の操作に基づいてシステム運転再開フラグを立て、燃料電池システムの運転を再開する（ステップＳ２３２）。これに対してリセットスイッチ３５１の操作回数が操作回数用のしきい値Ｗ２を越えているときには、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４の寿命とみなされるため、制御装置３９は、脱硫カートリッジ２０４の交換時期を強く警告する第５警告信号を第５警告部に３６５に出力し（ステップＳ２２８）する。更に、リセットスイッチ３４０の操作の有無にかかわらず、システム運転停止フラグをたて、燃料電池システムを停止させ（ステップＳ２３０）、メインルーチンにリターンする。警告により管理者は脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換することができる。ステップＳ２３２は燃料電池システムの運転を再開する運転再開部として機能できる。ステップＳ２３０は、脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４が交換されない限り燃料電池システムの運転の再開を不能とする運転再開不能部として機能できる。なおリセットスイッチ３５１が操作されないときには、燃料電池システムの運転停止を継続する。

上記したように脱硫部４ａの脱硫カートリッジ２０４を交換すれば、燃料に含まれている硫黄系物質が改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８に供給されることが抑えられる。従って改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８の保護性が向上する。殊に改質部１、ＣＯ除去部５、燃料電池８は反応活性のために触媒を担持していることが多いため、触媒劣化を抑えるのに有利である。脱硫カートリッジ２０４の交換の際に、ＲＡＭ３９ｆに記積されている燃料の積算流量Ｆｔ、積算運転時間Ｋｔに関するデータを調査すれば、脱硫カートリッジ２０４の汚染進行状況を把握することができる。

（その他）
その他本発明は上記し且つ図面に示した実施例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ものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。

（付記項１）燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、前記改質部に繋がり前記改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記水精製部で精製された水の精製度を検出する水精製度検出部と、前記原料水供給通路を流れる水の積算流量を計測する水積算流量計測部と、燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部とを有しており、
（ａ）（ｂ）のうちの少なくとも一方の条件が満たされたとき、前記水精製度検出部により前記水精製部で精製された水の精製度と精製用のしきい値とを比較し、前記水精製度検出部で計測された水の精製度が精製用のしきい値を越えたとき、前記水精製部の浄水物質の交換を警告する警告部とを有することを特徴とする燃料電池システム。
（ａ）前記水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき。
（ｂ）燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき。

一般的には、水の精製度（一般的には電気伝導度）を水精製度検出部（一般的には電気伝導度センサ）によりセンシングするときには、誤差が伴い易い。しかし上記したようにすれば、水精製度検出部により検出された水の精製度と精製用のしきい値とを比較する操作を少なくでき、判定誤差を無くすのに有利である。

（付記項２）燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、前記改質部に繋がり前記改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記水精製部で精製された水の精製度を検出する水精製度検出部と、前記原料水供給通路を流れる水の積算流量を計測する水積算流量計測部と、燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部と、停止中の燃料電池システムの運転を再開させるリセットスイッチとを有しており、
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｅ）の条件が全てみたされたとき、リセットスイッチが操作されても、水精製部の浄水物質が交換されない限り、燃料電池システムの運転を停止させる運転再開不能部が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
（ａ）前記水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき。
（ｂ）燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき。
（ｃ）水精製度検出部で計測された水の精製度が精製用のしきい値を越えたとき。
（ｅ）リセットスイッチの操作回数がしきい値を越えたとき。
この場合、リセットスイッチの操作回数がしきい値以内であれば、緊急的に燃料電池システムを運転できる。

（付記項３）燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路に設けられ燃料に含まれている硫黄系物質を除去する脱硫物質を有する脱硫部とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記燃料供給通路を流れる燃料の積算流量を計測する燃料積算流量計測部と、
燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部と、停止中の燃料電池システムの運転を再開させるリセットスイッチとを有しており、
（ａ）（ｂ）（ｃ）の条件が全てみたされたとき、リセットスイッチが操作されても、脱硫部の脱硫物質が交換されない限り、燃料電池システムの運転を停止させる運転再開不能部が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
（ａ）前記燃料積算流量計測部で計測された燃料の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき。
（ｂ）燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき。
（ｃ）リセットスイッチの操作回数がしきい値を越えたとき。
この場合、リセットスイッチの操作回数がしきい値以内であれば、緊急的に燃料電池システムを運転できる。

燃料電池システムの配管図である。 水精製部の構造を模式的に示す断面図である。 脱硫部の構造を模式的に示す断面図である。 制御装置に関係するブロック図である。 水精製部の交換処理に関するフローチャートである。 水精製部の交換処理に関するフローチャートである。 脱硫部の交換処理に関するフローチャートである。

符号の説明

図中、１は改質部、８は燃料電池、４は燃料供給通路、４ａは脱硫部、７は原料水供給通路、７ｄは水精製部、１６は空気供給通路（酸化剤供給通路）、１００は容器、１０２は浄水物質、１０４は浄水カートリッジ、１０６は交換スイッチ、２００は容器、２０２は脱硫物質、２０４は脱硫カートリッジ、３００は電気伝導度センサ（水精製度検出部）、３１０は水流量計、３３０は燃料流量計、３４０はシステムタイマ（システム積算運転時間計測部）、３４１はシステムタイマ（システム積算運転時間計測部）、３５０はリセットスイッチ、３５１はリセットスイッチ、３６１〜３６５は警告部、３９は制御装置を示す。

Claims (10)

1. 燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、
   供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し前記改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、
   原料水を蒸発させて前記改質部における前記改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発 部と、
   前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、
   前記蒸発部に原料水を供給すべく前記蒸発部と給水源とを接続し、前記改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記原料水供給通路を流れる水の積算流量を計測する水積算流量計測部と、
   前記水積算流量計測部で計測された水の積算流量が積算流量用のしきい値を越えたとき、前記水精製部の浄水物質の交換を警告する警告部とを有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料極及び酸化剤極で電解質を挟持した燃料電池と、
   供給された燃料を水蒸気との改質反応により改質ガスに改質する改質部を有し前記改質ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する燃料供給通路と、
   原料水を蒸発させて前記改質部における前記改質反応で使用する水蒸気を生成する蒸発 部と、
   前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給通路と、
   前記蒸発部に原料水を供給すべく前記蒸発部と給水源とを接続し、前記改質部における改質反応に使用される水蒸気となる水を精製する浄水物質を有する水精製部を有する原料水供給通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部と、
   前記燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、水精製部の浄水物質の交換を警告する警告部とを有することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１において、前記燃料電池システムの積算運転時間を計測するシステム積算運転時間計測部が設けられ、
   更なる警告判定条件として、前記燃料電池システムの積算運転時間が積算運転時間用のしきい値を越えたとき、前記警告部は前記水精製部の浄水物質の交換を更に警告することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜請求項３のうちの一項において、前記警告は前記燃料電池システムの運転停止を含むことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項４において、前記警告部は、前記燃料電池システムの運転停止の前に、前記水精製 部の浄水物質の交換を警告することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項４において、前記燃料電池システムの運転を再開させるリセットスイッチが設けら れていることを特徴と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、前記警告は、互いにしきい値が異なる第１警告およ び第２警告を含むことを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１，３〜７のうちの一項において、前記水精製部の浄水物質の交換が行われると、 水の積算流量がクリアされて０に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項２，３〜７のうちの一項において、前記水精製部の浄水物質の交換が行われると、 前記燃料電池システムの積算運転時間がクリアされて０に設定されることを特徴とする燃 料電池システム。
10. 請求項１〜９のうちの一項において、前記燃料供給通路を流れる燃料に含まれている硫黄 系物質を除去する脱硫物質が設けられており、
    前記水精製部の前記浄水物質の交換時期と前記脱硫物質の交換時期とが同時期となるよ うに、前記水精製部の前記浄水物質および前記脱硫物質が設定されていることを特徴とす る燃料電池システム。

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