JP4921619B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を備え、電気の供給を行なう燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関するものである。
従来の燃料電池システムは、システム内で発生した水を回収し浄化器にて脱イオン処理した後、水素生成装置に供給し水蒸気改質反応に再利用している（例えば、特許文献１参照）。さらに、燃料電池から排出される還元剤排ガス中の水素をバーナにて燃焼させ、その燃焼排ガスから回収した水については、酸化剤排ガスによる脱気処理が行われている（例えば、特許文献２参照）。
また、簡易な制御によって水自立運転の安定向上を図るとともにメンテナンスコストの低減を図ることを目的とした燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に開示されている燃料電池システムでは、水位センサが検知した回収水タンクの水位が設定水位よりも低いときは燃料電池のカソードに供給される単位時間当たりの空気供給量を減らすことで燃料電池の空気利用率を大きくする方向に制御し、回収水タンクの水位が設定水位よりも高いときは燃料電池のカソードに供給される単位時間当たりの空気供給量を増やすことで燃料電池の空気利用率を小さくする方向に制御している。
さらに、静電容量を利用した排水タンクの水位を検出する水位センサを備えた燃料電池システムにおいて、排水タンクの水質が変化した場合でも排水タンクの水位を制御範囲内にコントロールすることを目的とした燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献４参照）。特許文献４に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、最低水位を低くしている。
しかしながら、特許文献３及び特許文献４に開示されている燃料電池システムでは、水位センサが検知する水位が正常であるか否かを判断することができないという課題があった。そして、特許文献３及び特許文献４に開示されている燃料電池システムでは、水位センサが検知する水位に異常がある場合には、その目的を達することができないという課題があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動しているか否かを判断することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を供給することを第１の目的とする。
また、本発明は、燃料電池システムにおける水が通流する経路において、どの部分で異常が発生しているかを特定することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を供給することを第２の目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池システムは、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記凝縮水タンク内の水位を変動させるように、前記水位変動手段を制御し、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する。
これにより、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、燃焼により前記水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムは、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記凝縮水タンク内の水位を変動させるように、前記水位変動手段を制御し、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する。
これにより、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法によれば、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することが可能となる。
第１の本発明は、原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、水素生成装置で生成された還元剤ガスと空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムであって、燃料電池システムは、燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、凝縮水に含まれる炭酸成分を燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、凝縮水タンクと脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、制御器と、を備え、制御器は、凝縮水タンク内の水位を変動させるように、水位変動手段を制御し、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
これにより、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
また、第２の発明は、第１の発明において、導水経路の上流端は、前記導水経路の下流端より鉛直方向下側に位置するように形成されている。
また、第３の発明は、第２の発明において、バーナに燃焼のための空気を、燃焼空気供給路を介して供給するように構成された燃焼空気供給器と、バーナと燃料電池とを接続し、燃料電池から排出される還元剤排ガスが通流する還元剤排ガス路と、を備え、凝縮器は還元剤排ガス路に設けられ、バーナは、凝縮器により水分が除去された後の還元剤排ガスと燃焼空気供給器から供給された空気を用いて燃焼するように構成され、水位変動手段が燃焼空気供給器であり、制御器は、燃料電池システムの運転停止中に、燃焼空気供給器を作動させて、還元剤排ガス路内の圧力を増加させることにより、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
ここで、「燃料電池システムの運転停止中」とは、燃料電池システムの発電運転を行っている期間以外の期間をいい、具体的には、バーナが燃焼動作をしていない期間をいう。したがって、燃料電池システムが発電運転を停止している期間だけでなく、燃料電池システムの運転起動時や運転停止時等において、バーナが燃焼動作をしていない期間も、燃料電池システムの運転停止中に含まれる。
また、第４の発明は、第３の発明において、制御器は、水位検知器が所定の水位以上の水位を検知している場合に、燃焼空気供給器を作動させて、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
ここで、「所定の水位」とは、水位検知器が、凝縮水タンク内の水位を検知していない場合、すなわち、凝縮水タンク内に水（凝縮水）がない状態、又は水位検知器が故障している状態では、水位検知器が正常に作動しているか判断することができないため、水位検知器が水位を検知していることを規定するものである。したがって、「所定の水位」は、０から満水位の間で任意に設定することができる。
また、第５の発明は、第２乃至第４の発明のいずれか１つの発明において、導水経路に接続され、凝縮水を燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、制御器は、水位検知器が所定の水位以上の水位を検知している場合に、開閉弁を開放させて、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
また、第６の発明は、第２乃至第５の発明のいずれか１つの発明において、燃料電池システムは、導水経路に接続された給水経路と、給水経路に設けられた給水弁と、を備え、給水経路は、給水弁が開放されることにより、凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、制御器は、水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、給水弁を開放させて、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
また、第７の発明は、第６の発明において、給水経路の途中にバッファタンクが設けられ、バッファタンクは大気開放されている。
また、第８の発明は、第７の発明において、燃料電池システムは、脱気装置を通過後の凝縮水である脱炭酸凝縮水を貯める脱炭酸凝縮水タンクと、浄化水タンクと、脱炭酸凝縮水タンクと浄化水タンクを接続する脱炭酸凝縮水経路と、脱炭酸凝縮水経路に設けられ、該脱炭酸凝縮水経路内の脱炭酸凝縮水を浄化水タンクに供給するように構成された脱炭酸凝縮水供給器と、脱炭酸凝縮水経路に設けられ、該脱炭酸凝縮水経路を通流する脱炭酸凝縮水を浄化する浄化器と、浄化水タンクとバッファタンクを接続する浄化水経路と、を備え、浄化水経路は、浄化水タンク内の水が所定の水位を超えると、水が通流するように構成されており、制御器は、水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、脱炭酸凝縮水供給器を作動させ、浄化水タンク内の水を凝縮水タンクに供給させて、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
また、第９の発明は、第３の発明又は第４の発明において、燃料電池システムは、導水経路に接続され、凝縮水を燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、制御器は、燃焼空気供給器を作動させることにより、水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、開閉弁を開放させて、水位検知器が凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、開閉弁が異常であると判断する。
これにより、開閉弁の動作不良を検知することができる。このため、第９の発明の燃料電池システムでは、排水動作を従来の燃料電池システムに比して、確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持することができる。
また、第１０の発明は、第３の発明又は第４の発明において、燃料電池システムは、導水経路に接続された給水経路と、給水経路に設けられた給水弁と、を備え、給水経路は、給水弁が開放されることにより、凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、制御器は、燃焼空気供給器を作動させることにより、水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、給水弁を開放させて、水位検知器が凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、給水弁が異常であると判断する。
これにより、給水弁の動作不良を検知することができる。このため、第１０の発明の燃料電池システムでは、給水動作を従来の燃料電池システムに比して、確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持することができる。
また、第１１の発明は、第５の発明において、燃料電池システムは、導水経路に接続された給水経路と、給水経路に設けられた給水弁と、を備え、給水経路は、給水弁が開放されることにより、凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、制御器は、開閉弁を開放させることにより、水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、給水弁を開放させて、水位検知器が凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、給水弁が異常であると判断する。
これにより、給水弁の動作不良を検知することができる。このため、第１１の発明の燃料電池システムでは、給水動作を従来の燃料電池システムに比して、確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持することができる。
また、第１２の発明は、第６の発明において、燃料電池システムは、導水経路に接続され、凝縮水を燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、制御器は、給水弁を開放させることにより、水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、開閉弁を開放させて、水位検知器が凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、開閉弁が異常であると判断する。
これにより、開閉弁の動作不良を検知することができる。このため、第１２の発明の燃料電池システムでは、排水動作を従来の燃料電池システムに比して、確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持することができる。
また、第１３の発明は、第１の発明において、燃料電池システムは、導水経路に設けられた開閉弁を備え、導水経路の上流端は、導水経路の下流端より鉛直方向上側に位置するように形成され、導水経路は、開閉弁が閉止されることにより水が封止される。
また、第１４の発明は、第１３の発明において、燃料電池システムは、導水経路における開閉弁が設けられている部分より上流側に接続された給水経路と、給水経路に設けられた給水弁と、を備え、給水経路は、給水弁が開放されることにより、凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、制御器は、水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、給水弁を開放させて、凝縮水タンク内の水位を変動させ、水位検知器が当該水位の変動を検知すると、水位検知器が正常に作動していると判断する。
これにより、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
さらに、第１５の発明は、第１４の発明において、制御器は、給水弁を開放させることにより、水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、開閉弁を開放させて、水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、開閉弁が異常であると判断する。
これにより、開閉弁の動作不良を検知することができる。このため、第１５の発明の燃料電池システムでは、排水動作を従来の燃料電池システムに比して、確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、水素生成装置２と、バーナ３と、空気供給装置６と、燃料電池１と、凝縮器４と、凝縮水タンク７と、水位検知器２２と、脱気装置９と、水封構造８Ａを有する導水経路８と、水位変動手段と、制御器１５と、を備えていて、制御器１５は、凝縮水タンク７内の水位を変動させるように、水位変動手段を制御し、水位検知器２２が当該水位の変動を検知すると、水位検知器２２が正常に作動していると判断するように構成されている。
具体的には、制御器１５は、燃料電池システム１００の運転停止中に、燃焼空気供給装置（燃焼空気供給器）１９を作動させて、還元剤排ガス路３３内の圧力を増加させることにより、凝縮水タンク７内の水位を変動させ、水位検知器２２が当該水位の変動を検知すると、水位検知器２２が正常に作動していると判断するように構成されている。
水素生成装置２は、改質器を有している。改質器には、原料供給路が接続されていて、原料供給路は、図示されない原料源から改質器に原料（例えば、メタンを主成分とする天然ガス）を供給する。また、改質器には、水供給路を介して、浄化水タンク１３が接続されている。水供給路の途中には、水供給装置１４が設けられている。水供給装置１４としては、例えば、遠心ポンプや斜流ポンプ、往復ポンプなどが用いられる。
なお、上記原料源は、都市ガス（天然ガス）インフラ、ＬＰＧボンベ等が例示される。また、原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスを使用することができる。具体的には、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等が例示される。
改質器の内部空間には、改質触媒（図示せず）が設けられていて、原料供給路から供給された原料と浄化水タンク１３から水供給路を介して供給された水が、水蒸気改質反応して水素を含有する水素含有ガスが生成される。そして、改質器で生成された水素含有ガスは、還元剤ガスとして、燃料ガス供給路を通流して、燃料電池１に供給される。
ところで、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、バーナ３から水蒸気改質反応に必要な熱が供給される。具体的には、バーナ３には、燃焼空気供給装置１９が接続されていて、燃焼空気供給装置１９から燃焼用の空気が供給される。燃焼空気供給装置１９は、空気をその流量を調整しながら供給することができればどのような態様であってもよい。燃焼空気供給装置１９としては、例えば、往復ポンプやターボファン、スクロールファン等が用いられる。なお、燃焼空気供給装置１９は、後述する還元剤凝縮水タンク７内の水位をその風圧によって、押し下げることができるように構成されている。
また、バーナ３は、原料、改質器から排出された還元剤ガス、又は後述する燃料電池１で使用されなかった還元剤排ガス等の燃焼用のガス（可燃性ガス）が供給されるように構成されている。バーナ３では、可燃性ガスと空気を燃焼させて、燃焼排ガスが生成される。そして、この燃焼排ガスの伝熱により、改質器等が加熱される。なお、燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路を通流して、燃料電池システム１００外（大気中）に排出される。また、燃焼排ガス経路の途中には、燃焼排ガス凝縮器５が設けられていて、燃焼排ガス凝縮器５では、燃焼排ガス中の水蒸気が水に凝縮されて、凝縮された水（凝縮水）は、脱気装置９に供給される。燃焼排ガス凝縮器５としては、例えば、プレート式熱交換器や二重管式熱交換器等が用いられる。さらに、燃焼排ガス凝縮器５で凝縮された凝縮水には、水素生成装置２由来の炭酸成分が含まれる。
燃料電池１には、空気供給路を介して、空気供給装置６が接続されている。空気供給装置６は、燃料電池１に酸化剤ガスとしての空気をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような態様であってもよい。空気供給装置６としては、例えば、往復ポンプやターボファン、スクロールファン等が用いられる。
燃料電池１は、アノードとカソードを有していて（いずれも図示せず）、アノードには、水素生成装置２から還元剤ガスが供給され、カソードには、空気供給装置６から酸化剤ガス（空気）が供給される。そして、燃料電池１では、アノードに供給された還元剤ガスと、カソードに供給された酸化剤ガスと、が、電気化学的に反応して、電気と熱が発生する。なお、燃料電池１としては、例えば、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１で発電した電力は、電力変換装置（図示せず）で直流電力から交流電力に変換及び電圧調整を行ない、電灯や各種電気機器等の電力負荷に供給される。
燃料電池１で使用されなかった酸化剤ガス（以下、酸化剤排ガスという）は、酸化剤排ガス路を通流して、脱気装置９に供給される。脱気装置９に供給された酸化剤排ガスは、凝縮水に含まれる炭酸成分を脱気した後、燃料電池システム１００外に排出される。
燃料電池１で使用されなかった還元剤ガス（以下、還元剤排ガスという）は、還元剤排ガス路３３を通流して、燃焼用燃料として、バーナ３に供給される。還元剤排ガス路３３の途中には、還元剤凝縮器（凝縮器）４が設けられていて、還元剤凝縮器４では、還元剤排ガス中の水蒸気が水に凝縮される。還元剤凝縮器４で凝縮された水（凝縮水）は、凝縮水流路を通流して、還元剤凝縮水タンク７に貯えられる。還元剤凝縮器４としては、例えば、プレート式熱交換器や二重管式熱交換器等が用いられる。なお、還元剤排ガスには、水素生成装置２由来の二酸化炭素が含まれている。このため、還元剤凝縮器４で凝縮された凝縮水中には、二酸化炭素が溶解し、炭酸成分が含まれる。
還元剤凝縮水タンク７内には、水位センサ（水位検知器）２２が配置されている。水位センサ２２は、還元剤凝縮水タンク７内の水位を検知して、検知した還元剤凝縮水タンク７の水位を制御器１５に出力することができれば、どのような態様であってもよい。水位センサ２２としては、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。なお、後述するように、燃焼空気供給装置１９を用いて、水位センサ２２の作動確認動作を行う場合には、水位センサ２２としては、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、及び電極式水位センサ等を用いることが好ましい。
還元剤凝縮水タンク７の水面よりも下部（ここでは、下面）には、導水経路８の上流端が接続されていて、導水経路８の下流端は、脱気装置９の上部に接続されている。上述したように、導水経路８は、水封構造８Ａを有している。すなわち、導水経路８は、その上流端をその下流端よりも、鉛直方向下側に位置するように形成し、導水経路８の鉛直方向における最下点と下流端との高低差が、還元剤凝縮水タンク７にかかる最高圧力以上の水頭差となるように設定されている。
換言すると、導水経路８は、その上流端が、還元剤凝縮水タンク７の水面よりも下部に接続され、かつ、経路の鉛直方向における最も高い位置が、還元剤凝縮水タンク７における凝縮水流路の接続端よりも低い位置にあれば、水封構造８Ａを有することとなる。これにより、還元剤凝縮水タンク７に貯えられた凝縮水の水面の上限は、導水経路８の鉛直方向における最も高い位置と同じ高さとなり、過多の凝縮水は、導水経路８を通流して、脱気装置９に供給される。このため、閉止弁等の機器を用いることなく、凝縮水を排水することができ、コストを低減することができる。
脱気装置９は、凝縮水に含まれる炭酸成分を脱気することができれば、どの様な形態であってもよい。脱気装置９としては、例えば、充填塔式や散布式等が用いられる。脱気装置９で脱気処理された凝縮水（以下、脱炭酸凝縮水という）は、脱炭酸凝縮水タンク１０に貯えられる。
脱炭酸凝縮水タンク１０には、脱炭酸凝縮水経路３１を介して、浄化水タンク１３が接続されている。脱炭酸凝縮水経路３１の途中には、凝縮水供給装置（脱炭酸凝縮水供給器）１２及び浄化器１１が設けられている。凝縮水供給装置１２としては、例えば、遠心ポンプや斜流ポンプ、往復ポンプ等が用いられる。また、浄化器１１としては、水を浄化することができれば、どのような形態であってもよく、イオン交換樹脂や逆浸透膜等を用いることができる。これにより、脱炭酸凝縮水タンク１０に貯えられた脱炭酸凝縮水は、凝縮水供給装置１２により、脱炭酸凝縮水経路３１を通流し、浄化器１１で、各種イオン等が除去されて、浄化水タンク１３に貯えられる。
制御器１５は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。なお、制御器１５は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１５は、マイクロコントローラで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
なお、本実施の形態１では、水素生成装置２の改質器で生成される水素含有ガスが、そのまま、燃料電池１に供給されるよう構成されているが、これに限定されない。例えば、水素生成装置２は、改質器の下流に、改質器で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減する変成器や酸化反応により低減するＣＯ除去器を備えるように構成されていてもよい。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、燃料電池システム１００における水位センサ２２の作動確認動作について説明し、燃料電池システム１００の発電動作等については、一般的な燃料電池システムと同様に行われるため、その説明を省略する。
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、燃料電池システム１００における水位センサ２２の作動確認動作について説明し、燃料電池システム１００の発電動作等については、一般的な燃料電池システムと同様に行われるため、その説明を省略する。
図２は、本実施の形態１に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。なお、燃料電池システム１００における水位センサ２２の作動確認動作は、燃料電池システム１００の運転停止中に行われる。
図２に示すように、制御器１５は、水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ１０１）。ついで、制御器１５は、燃焼空気供給装置１９を作動させる（ステップＳ１０２）。これにより、燃焼空気供給装置１９から燃焼用の空気がバーナ３に供給される。このとき、燃焼空気供給装置１９からバーナ３にかかる圧力（風圧）が、還元剤排ガス路３３、還元剤凝縮器４、及び凝縮水流路を介して、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水にもかかる。そして、上述したように、還元剤凝縮水タンク７に接続されている導水経路８は、水封されている。このため、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水の水位は、燃焼空気供給装置１９からの圧力によって下がる。
次に、制御器１５は、再び水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ１０３）。そして、制御器１５は、ステップＳ１０１で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位と、ステップＳ１０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位を比較して、ステップＳ１０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が変動したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
具体的には、制御器１５は、ステップＳ１０１で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位よりもステップＳ１０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が低い場合には、取得した水位が変動したと判断し（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ１０５）。一方、制御器１５は、ステップＳ１０１で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位とステップＳ１０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が同じである場合、又はステップＳ１０１で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位よりもステップＳ１０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が高い場合には、取得した水位が変動していないと判断し（ステップＳ１０４でＮｏ）、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ１０６）。
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、導水経路８が水封構造８Ａを有しているため、燃料電池システム１００の運転停止中に、燃焼空気供給装置１９を作動させることで、水位センサ２２が正常に作動しているか否かを判断することができる。また、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、燃焼空気供給装置１９を作動させることで、水の給排水をすることなく、水位センサ２２が正常に作動しているか否かを判断することができるため、燃料電池システム１００の水自立運転をより促進することができる。
さらに、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、水位センサ２２の異常を検知すると、燃料電池システム１００の起動運転中には、起動を停止し、また、燃料電池システム１００の運転停止中には、燃料電池システム１００の運転を許可しないようにすることにより、燃料電池システム１００を安定して運転することができる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態２）
［燃料電池システムの構成］
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図３に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、排水経路１８及び開閉弁１７を備えている点が異なる。具体的には、排水経路１８は、導水経路８に接続されていて、還元剤凝縮水タンク７や導水経路８内の凝縮水を燃料電池システム１００外に排出されるように構成されている。また、開閉弁１７は、排水経路１８の途中に設けられている。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図４は、本実施の形態２に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図４に示すように、制御器１５は、水位センサ２２が、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知しているか否かを確認する（ステップＳ２０１）。制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知していない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ２０６）。一方、制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知している場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１５は、開閉弁１７を開放させる。これにより、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水が、導水経路８及び排水経路１８を通流して、燃料電池システム１００外に排出される。このため、還元剤凝縮水タンク７内の水位が下がる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ２０３）。そして、制御器１５は、ステップＳ２０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも、ステップＳ２０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が低い場合（ステップＳ２０４でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ２０５）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位とステップＳ２０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が同じである場合、又は還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりもステップＳ２０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が高い場合（ステップＳ２０４でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ２０６）。
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態３）
［燃料電池システムの構成］
図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図５に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、給水経路１６及び給水弁２４を備えている点が異なる。具体的には、給水経路１６は、導水経路８に接続されていて、還元剤凝縮水タンク７内に水を供給するように構成されている。また、給水弁２４は、給水経路１６の途中に設けられている。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の動作について、図５及び図６を参照しながら説明する。
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の動作について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図６は、本実施の形態３に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図６に示すように、制御器１５は、水位センサ２２が、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知しているか否かを確認する（ステップＳ３０１）。制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知していない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ３０６）。一方、制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知している場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）には、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２では、制御器１５は、給水弁２４を開放させる。これにより、水（ここでは、水道水）が、給水経路１６及び導水経路８を通流して、還元剤凝縮水タンク７内に供給される。このため、還元剤凝縮水タンク７内の水位が上がる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ３０３）。そして、制御器１５は、ステップＳ３０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも高いか否かを判断する（ステップＳ３０４）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも、ステップＳ３０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が高い場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ３０５）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位とステップＳ３０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が同じである場合、又は還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりもステップＳ３０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が低い場合（ステップＳ３０４でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ３０６）。
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
なお、本実施の形態では、給水経路１６を通流して導水経路８に水道水を供給する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、給水経路１６を介して、浄化水タンク１３及び導水経路８を連通し、導水経路８に浄化水タンク１３内の水を供給する構成であってもよい。
また、上記実施の形態１乃至３では、制御器１５は、燃焼空気供給装置１９、開閉弁１７、又は給水弁２４をそれぞれ単独で制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断したが、これに限定されない。例えば、制御器１５は、燃焼空気供給装置１９を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断した後（又は判断する前）に、開閉弁１７及び給水弁２４の少なくとも一方を制御して、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。また、例えば、制御器１５は、開閉弁１７を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断した後（又は判断する前）に、開閉弁１７及び燃焼空気供給装置１９の少なくとも一方を制御して、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。すなわち、制御器１５は、燃焼空気供給装置１９、開閉弁１７、及び給水弁２４のうち、２以上の機器を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図７は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図７に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、導水経路８に接続され還元剤凝縮水タンク７に水を補給する給水経路１６と、導水経路８に接続され還元剤凝縮水タンク７の水をシステム外に排水する排水経路１８と、排水経路１８に設置され排水時に開く開閉弁１７と、を備えている点が異なる。
ところで、燃料電池システム１００の設置時やメンテナンスなどによる排水時には、還元剤凝縮水タンク７の凝縮水は無い状態である。この状態で燃料電池システム１００を運転すると、還元剤凝縮水タンク７及び導水経路８を通じて、還元剤排ガスが燃料電池システム１００外に排出されるおそれがある。このため、還元剤排ガスの燃料電池システム１００外への排出を防止するために、最低限の水が必要となる。
しかしながら、還元剤排ガスからの凝縮水の回収には、燃料電池システム１００の運転が必要である。したがって、本実施の形態４に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の設置時やメンテナンス時には、燃料電池システム１００の運転前に還元剤凝縮水タンク７に給水経路１６より給水する給水動作を実施する。
本実施の形態４に係る燃料電池システム１００の構成及びその動作により、導水経路８は常に凝縮水で満たされているため、給水経路１６から還元剤排ガスが排出されることがなく、閉止弁等の機構を必要としない。さらに、導水経路８により還元剤凝縮水タンク７に必要量の給水がなされた後に、導水経路８を通じて脱炭酸凝縮水タンク１０にも給水されるため、脱炭酸凝縮水タンク１０のために、あらたに給水経路をもうける必要がない。これにより、コストやサイズを低減した燃料電池システムを実現できる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態５）
［燃料電池システムの構成］
図８は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図８は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図８に示すように、本実施の形態５に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、給水経路１６、開閉弁１７、排水経路１８、中和装置２１を備えている点が異なる。具体的には、脱炭酸凝縮水タンク１０には、該脱炭酸凝縮水タンク１０内の脱炭酸凝縮水を燃料電池システム１００外に排出するように構成された脱炭酸凝縮水排出路が接続されている。
脱炭酸凝縮水排出路の途中には、開閉弁２０が設けられている。また、脱炭酸凝縮水排出路の開閉弁２０が設けられている部分よりも下流側には、排水経路１８の下流端が接続されている。さらに、脱炭酸凝縮水排出路の排水経路１８が接続されている部分よりも下流側には、中和装置２１が設けられている。
中和装置２１は、燃料電池システム１００外へ凝縮水を排水する際にｐＨを調整することができれば、どのような形態であってもよい。中和装置２１としては、例えば、炭酸カルシウムなどを用いた中和剤式等が用いられる。
また、給水経路１６は、導水経路８の途中に接続されていて、還元剤凝縮水タンク７に水を供給するように構成されている。排水経路１８は、その上流端が導水経路８の途中に接続されていて、その途中には、開閉弁１７が設けられている。
［燃料電池システムの動作］
次に、このような本実施の形態５に係る燃料電池システム１００の動作を、図９のフローチャートを用いて説明する。
次に、このような本実施の形態５に係る燃料電池システム１００の動作を、図９のフローチャートを用いて説明する。
図９は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおける排水動作を模式的に示すフローチャートである。
図９に示すように、排水を開始する時、制御器１５は、まず、ステップＳ１１において、燃焼空気供給装置１９を動作させバーナ３内の圧力を上昇させる。バーナ３と還元剤凝縮水タンク７は接続されているため、同時に還元剤凝縮水タンク７内の圧力も上昇する。これにより、還元剤凝縮水タンク７の水位が押し下げられ、凝縮水が導水経路８及び脱気装置９を通流して、脱炭酸凝縮水タンク１０へと送水される。
次に、制御器１５は、ステップＳ１２において、空気供給装置６を動作させ、脱気装置９に酸化剤排ガス（この時点では燃料電池１は発電していないため、反応には利用されていない）を供給し、還元剤凝縮水タンク７より送水された凝縮水の脱気処理を実施する。
制御器１５は、ステップＳ１３では、燃焼空気供給装置１９による加圧が所定時間継続したかを判断し、所定時間の継続後、ステップＳ１４にて、燃焼空気供給装置１９及び空気供給装置６を停止させる。なお、ステップＳ１３での所定時間は、燃焼空気供給装置１９による凝縮水の送水が十分に行われる時間を設定することが望ましく、還元剤凝縮水タンク７や導水経路８の容積や構造、また送水する水量により決定される。制御器１５は、ステップＳ１５では、開閉弁１７を開放させて、排水経路１８より、還元剤凝縮水タンク７中の凝縮水をシステム外に排水する。
本実施の形態５に係る燃料電池システム１００の構成及びその動作により、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水をシステム外に排水する際、脱器処理を行って排水することができる。その結果、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を全て、排水経路１８よりシステム外に排出するよりも、中和装置２１で中和するイオンの量を減少させることができる。このため、中和装置２１の耐久性を向上させ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。
なお、ステップＳ１３における燃焼空気供給装置１９による凝縮水の送水が十分に行われたかどうかの判断として、本実施の形態５では、時間の経過にて判断する方式について例示しているが、この判断は時間の経過に限らず、還元剤凝縮水タンク７の水位から判断してもよく、また、還元剤凝縮水タンク７からの送水の有無から判断した方式であってもよい。
また、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（変形例１）
次に、本実施の形態５に係る燃料電池システムの変形例について説明する。
次に、本実施の形態５に係る燃料電池システムの変形例について説明する。
本実施の形態５の変形例１の燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。本変形例１の燃料電池システム１００では、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に、燃焼空気供給装置１９による還元剤凝縮水タンク７の加圧により、所定量の凝縮水を還元剤凝縮水タンク７より脱炭酸凝縮水タンク１０に送水したのち、給水経路１６より同量の水道水を還元剤凝縮水タンク７に供給することを複数回実施する。このような動作により、凝縮水中のイオン濃度を希釈し中和することで、排水時の中和装置２１の負荷を軽減することができ、中和装置２１の耐久性を向上させ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
［燃料電池システムの動作］
本実施の形態６に係る燃料電池システム１００の動作を図１０のフローチャートを用いて説明する。
本実施の形態６に係る燃料電池システム１００の動作を図１０のフローチャートを用いて説明する。
図１０は、本実施の形態６に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
水位センサ２２の作動確認動作は、燃料電池システム１００の発電運転の開始準備をする起動工程の開始時や、発電運転の停止準備をする停止工程の終了時など、バーナ３にて燃焼していない時点で実施される。
図１０に示すように、水位センサ異常確認動作を開始する時、制御器１５は、まず、ステップＳ２１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定水位以上であるか確認する。制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位以上であった場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）は、ステップＳ２２に進む。
制御器１５は、水位が所定水位未満である場合（ステップＳ２１でＮｏ）、給水経路１６から給水する（ステップＳ２５）。具体的には、制御器１５は、給水経路１６に設けられた給水弁（図８では、図示せず）を開放させて、給水経路１６から給水する。そして、制御器１５は、所定時間以内に、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位以上になれば、ステップＳ２２に進む（ステップＳ２６、ステップＳ２７）。
一方、制御器１５は、所定時間経過後でも、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定水位未満である場合には（ステップＳ２８）、水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ３０）。なお、所定時間は、給水経路１６からの給水によって、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上になるまでの時間であり、還元剤凝縮水タンク７の容量や給水経路１６から供給される水の流量によって、任意に設定することができる。
ステップＳ２２では、制御器１５は、燃焼空気供給装置１９を動作させ、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を導水経路８により脱炭酸凝縮水タンク１０へ送水し、還元剤凝縮水タンク７の水位を低下させる。そして、制御器１５は、ステップＳ２３で、水位センサ２２が、所定水位より低い水位を検知した場合、水位センサ２２が正常と判断する（ステップＳ２４）。
一方、制御器１５は、所定時間経過後でも、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定水位以上の場合（ステップＳ２３でＮｏ）には、水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ２９、ステップＳ３０）。なお、所定時間は、燃焼空気供給装置１９からの圧力によって、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位より低くなるまでの時間であり、還元剤凝縮水タンク７の容量や燃焼空気供給装置１９から供給される空気の流量（燃焼空気供給装置１９からの圧力）によって、任意に設定することができる。
また、制御器１５は、ステップＳ２５〜ステップＳ２８で、水位センサ２２が正常で判断されている場合には、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定水位以上の場合（ステップＳ２３でＮｏ）には、燃焼空気供給装置１９の異常と判断する。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知する水位センサ２２の異常を検知することができる。その結果、水位検知を確実に実施することができる。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム１００においては、水位センサ２２の異常を検知すると、燃料電池システム１００の起動運転中には、起動を停止し、また、燃料電池システム１００の運転停止中には、燃料電池システム１００の運転を許可しないようにすることにより、燃料電池システム１００を安定して運転することができる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
［燃料電池システムの動作］
本実施の形態７に係る燃料電池システム１００における水位センサの作動確認動作について、図１１を参照しながら説明する。
本実施の形態７に係る燃料電池システム１００における水位センサの作動確認動作について、図１１を参照しながら説明する。
図１１は、本実施の形態７に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
水位センサ２２の作動確認動作は、燃料電池システム１００の発電運転の開始準備をする起動工程の開始時や、発電運転の停止準備をする停止工程の終了時など、バーナ３にて燃焼していない時点で実施される。
図１１に示すように、水位センサ異常確認動作を開始する時、制御器１５は、まず、ステップＳ３１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位以上であるか確認する。制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位以上であった場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）はステップＳ３２に進む。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位未満である場合、給水経路１６から給水する（ステップＳ３５）。具体的には、制御器１５は、給水経路１６に設けられた給水弁（図８では、図示せず）を開放させて、給水経路１６から給水する。そして、制御器１５は、所定時間以内に、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位以上になればステップＳ３２に進む（ステップＳ３６、ステップＳ３７）。
一方、制御器１５は、所定時間経過後でも、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定水位未満である場合には（ステップＳ３８）、水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ４０）。なお、所定時間は、給水経路１６からの給水によって、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上になるまでの時間であり、還元剤凝縮水タンク７の容量や給水経路１６から供給される水の流量によって、任意に設定することができる。
ステップＳ３２では、制御器１５は、開閉弁１７を開放させ、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を排水経路１８により排水し、還元剤凝縮水タンク７の水位を低下させる。そして、制御器１５は、ステップＳ３３で、水位センサ２２が所定水位未満である水位を検知した場合、水位センサ２２が正常と判断する（ステップＳ３４）。
一方、制御器１５は、所定時間経過後でも、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定水位以上の場合（ステップＳ３３でＮｏ）には、水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ３９、ステップＳ４０）。なお、所定時間は、開閉弁１７を開放させることによって、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位より低くなるまでの時間であり、還元剤凝縮水タンク７の容量や排水経路１８から排出される水の流量によって、任意に設定することができる。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼空気供給装置１９による加圧作用が少ない場合においても、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知する水位センサ２２の異常を検知することができる。その結果、水位検知を確実に実施することができる。また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１００においては、水位センサ２２の異常を検知すると、燃料電池システム１００の起動運転中には、起動を停止し、また、燃料電池システム１００の運転停止中には、燃料電池システム１００の運転を許可しないようにすることにより、燃料電池システム１００を安定して運転することができる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態８）
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１２に示すように、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、実施の形態５に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、サブタンク（バッファタンク）２３と給水弁２４を備えている点が異なる。具体的には、サブタンク２３は、大気開放されており、給水経路１６の途中に設けられていて、給水弁２４は、給水経路１６におけるサブタンク２３が設けられている部分よりも上流側に設けられている。サブタンク２３により、給水経路１６と水道水経路（水道管）との間で、クロスコネクションが生じないようにすることができる。給水弁２４は、給水経路１６内の水道水の通流を許可／阻止することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、開閉弁等を用いることができる。
［燃料電池システムの動作］
次に、このような本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の動作を図１３のフローチャートを用いて説明する。
次に、このような本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の動作を図１３のフローチャートを用いて説明する。
図１３は、本実施の形態８に係る燃料電池システムにおける給水弁の作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
給水弁作動確認動作は、上述した水位センサ作動確認動作後に実施される。したがって、以下の説明では、水位センサ２２が正常であることが前提となっている。なお、以下では、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明する。フロート式センサは、検知することができる所定の水位以上である場合には、水位の上昇を検知することができない。このため、制御器１５は、例えば、燃焼空気供給装置１９を作動させて、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定の水位よりの低い状態にする、又は開閉弁１７を開放させて、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を排出することで、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定の水位未満である状態にする。
図１３に示すように、制御器１５は、まずステップＳ４１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位未満であるか確認する。上述したように、給水弁異常確認動作時には、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水は、所定の水位未満であるため、ステップＳ４１において水位が所定水位以上であった場合は、水位センサ２２に異常が発生したと判断する（ステップＳ４７）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位未満である場合（ステップＳ４１でＹｅｓ）には、ステップＳ４２において、給水弁２４を開放させ、還元剤凝縮水タンク７への給水を開始する。そして、制御器１５は、ステップＳ４３において、所定時間内に、還元剤凝縮水タンク７に水が貯えられ、水位センサ２２により、所定の水位以上の水位が検出された場合には、給水弁２４は正常と判断する（ステップＳ４４）。一方、所定時間内に、水位センサ２２により、所定水位以上の水位が検出されない場合は、給水弁２４の異常と判断する（ステップＳ４５、ステップＳ４６）。
なお、上述したように、本実施の形態８においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位未満である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ４１の動作を行わなくてもよい。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、給水弁２４の動作不良を検知することができる。その結果、給水動作を確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態９）
［燃料電池システムの構成］
図１４は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
［燃料電池システムの構成］
図１４は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１４に示すように、本実施の形態９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、浄化水タンク１３内のオーバーフローした水をサブタンク２３へ送水するオーバーフロー経路２５を備えている点が異なる。
［燃料電池システムの動作］
次に、このような本実施の形態９に係る燃料電池システム１００の動作を図１５のフローチャートを用いて説明する。
次に、このような本実施の形態９に係る燃料電池システム１００の動作を図１５のフローチャートを用いて説明する。
図１５は、本実施の形態９に係る燃料電池システムにおける凝縮水供給装置の作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
凝縮水供給装置の作動確認動作は、水位センサの作動確認動作後に実施する。したがって、以下の説明では、水位センサ２２が正常であることが前提となっている。なお、以下では、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明する。このため、実施の形態８と同様に、制御器１５は、例えば、燃焼空気供給装置１９又は開閉弁１７を制御することで、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位未満である状態にしている。
図１５に示すように、制御器１５は、まず、ステップＳ５１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位未満であるか確認する。上述したように、凝縮水供給装置１２の作動確認動作時には、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水は、所定の水位未満であるため、ステップＳ５１において水位が所定水位以上であった場合は水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ５７）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位未満である場合（ステップＳ５１でＹｅｓ）には、ステップＳ５２において、凝縮水供給装置１２を動作させ、浄化水タンク１３に水を供給し、浄化水タンク１３内をオーバーフローさせて、オーバーフローした水をオーバーフロー経路２５、サブタンク２３、給水経路１６を介して、還元剤凝縮水タンク７に給水させる。
そして、制御器１５は、所定時間内に還元剤凝縮水タンク７に水が貯えられ、水位センサ２２により、所定の水位以上の水位が検出された場合には（ステップＳ５３でＹｅｓ）、凝縮水供給装置１２は正常と判断する（ステップＳ５４）。一方、制御器１５は、所定時間内に、水位センサ２２により、所定の水位以上の水位が検出されない場合（ステップＳ５３でＮｏ）には、凝縮水供給装置１２の異常と判断する（ステップＳ５５、ステップＳ５６）。
なお、上述したように、本実施の形態９においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位未満である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ５１の動作を行わなくてもよい。
なお、上述したように、本実施の形態９においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位未満である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ５１の動作を行わなくてもよい。
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、凝縮水供給装置１２の動作不良を検知することができる。その結果、水供給動作を確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システム１００は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システム１００は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の動作について、図１４及び図１６を参照しながら説明する。
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の動作について、図１４及び図１６を参照しながら説明する。
図１６は、本実施の形態１０に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図１６に示すように、制御器１５は、水位センサ２２が、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知しているか否かを確認する（ステップＳ４０１）。制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知していない場合（ステップＳ４０１でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ４０６）。一方、制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知している場合（ステップＳ４０１でＹｅｓ）には、ステップＳ４０２に進む。
ステップＳ４０２では、制御器１５は、凝縮水供給装置１２を作動させる。これにより、浄化水タンク１３に水を供給し、浄化水タンク１３内をオーバーフローさせて、オーバーフローした水をオーバーフロー経路２５、サブタンク２３、給水経路１６を介して、還元剤凝縮水タンク７に給水させる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ４０３）。そして、制御器１５は、ステップＳ４０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも高いか否かを判断する（ステップＳ４０４）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも、ステップＳ４０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が高い場合（ステップＳ４０４でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ４０５）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位とステップＳ４０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が同じである場合、又は還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりもステップＳ４０３で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が低い場合（ステップＳ４０４でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ４０６）。
なお、本実施の形態１０では、上記のようにして、水位センサ２２の作動確認動作を行ったが、これに限定されない。例えば、実施の形態６や実施の形態７で示した水位センサ２２の作動確認動作を行ってもよい。この場合、ステップＳ２５（ステップＳ３５）の給水弁を開放して、給水経路１６から還元剤凝縮水タンク７への給水に代えて、凝縮水供給装置１２を作動させることにより、浄化水タンク１３をオーバーフローさせて、オーバーフローした水をオーバーフロー経路２５、サブタンク２３、及び給水経路１６を介して、還元剤凝縮水タンク７に給水してもよい。
また、本実施の形態１０では、制御器１５は、凝縮水供給装置１２を単独で制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断したが、これに限定されない。制御器１５は、燃焼空気供給装置１９、開閉弁１７、給水弁２４、及び凝縮水供給装置１２のうち、２以上の機器を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。
このように構成された本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システム１００は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システム１００は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１４及び図１７を参照しながら説明する。
次に、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の動作について、図１４及び図１７を参照しながら説明する。
図１７は、本実施の形態１１に係る燃料電池システムにおける開閉弁の作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
開閉弁の作動確認動作は、水位センサの作動確認動作後に実施する。したがって、以下の説明では、水位センサ２２が正常であることが前提となっている。なお、以下では、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明する。このため、制御器１５は、例えば、給水弁２４又は凝縮水供給装置１２を制御することで、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしている。
図１７に示すように、制御器１５は、まず、ステップＳ６１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上であるか確認する。上述したように、開閉弁１７の作動確認動作時には、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水は、所定の水位以上であるため、ステップＳ６１において水位が所定水位未満であった場合は水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ６７）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上である場合（ステップＳ６１でＹｅｓ）には、ステップＳ６２において、開閉弁１７を開放させ、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を燃料電池システム１００外に排出させる。
そして、制御器１５は、所定時間内に還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水が排出され、水位センサ２２により、所定の水位未満の水位が検出された場合には（ステップＳ６３でＹｅｓ）、開閉弁１７は正常と判断する（ステップＳ６４）。一方、制御器１５は、所定時間内に、水位センサ２２により、所定の水位未満の水位が検出されない場合（ステップＳ６３でＮｏ）には、開閉弁１７の異常と判断する（ステップＳ６５、ステップＳ６６）。
なお、上述したように、本実施の形態１１においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ６１の動作を行わなくてもよい。
なお、上述したように、本実施の形態１１においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ６１の動作を行わなくてもよい。
このように構成された本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００では、開閉弁１７の動作不良を検知することができる。その結果、排水動作を確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態１２）
図１８は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１８は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図１８に示すように、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、水供給路の水供給装置１４よりも下流側に開閉弁４１が設けられている点と、導水経路８がその上流端をその下流端よりも、鉛直方向上側に位置するように形成されている点と、導水経路８の途中に開閉弁４０が設けられている点が異なる。そして、導水経路８は、制御器１５により、導水経路８の途中に設けられた開閉弁４０が閉止されることにより、水が封止される。すなわち、本実施の形態１２においては、制御器１５と開閉弁４０により水封構造が形成される。なお、還元剤凝縮水タンク７に貯えられた凝縮水は、制御器１５が、開閉弁４０を適宜開放することで、導水経路８を通流して、脱気装置９に供給される。このため、開閉弁４０を用いて、還元剤凝縮水タンク７と脱気装置９との間をより確実に封止することができる。
また、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００の動作（水位センサの作動確認動作）は、例えば、上記実施の形態３で記載した水位センサの作動確認動作と同様に行ってもよい。この場合、制御器１５は、給水弁２４を単独で制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断するが、これに限定されない。例えば、制御器１５は、給水弁２４を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断した後（又は判断する前）に、開閉弁４０を制御して、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
［変形例２］
次に、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００の変形例について説明する。
次に、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００の変形例について説明する。
本変形例２の燃料電池システム１００の構成は、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００の構成と同じであるため、その説明は省略する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本変形例２の燃料電池システム１００の動作について、図１９を参照しながら説明する。
次に、本変形例２の燃料電池システム１００の動作について、図１９を参照しながら説明する。
図１９は、本変形例２の燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図１９に示すように、制御器１５は、開閉弁４０が閉止されていることを確認する（ステップＳ５０１）。次に、制御器１５は、水位センサ２２で検知した還元剤凝縮水タンク７内の水位が、所定の水位未満であるか否かを判断する（ステップＳ５０２）。制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７内の水位が所定の水位未満である場合（ステップＳ５０２でＹｅｓ）には、ステップＳ５０３に進み、還元剤凝縮水タンク７内の水位が所定の水位以上である場合（ステップＳ５０２でＮｏ）には、ステップＳ５０７に進む。
ステップＳ５０３では、制御器１５は、給水弁２４を開放させる。これにより、水（ここでは、水道水）が、給水経路１６及び導水経路８を通流して、還元剤凝縮水タンク７内に供給される。このため、還元剤凝縮水タンク７内の水位が上がる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２で検知した還元剤凝縮水タンク７内の水位が、所定の水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ５０４）。そして、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７内の水位が、所定の水位以上である場合（ステップＳ５０４でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ５０５）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定の水位未満である場合（ステップＳ５０４でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ５０６）。
また、ステップＳ５０７では、制御器１５は、開閉弁４０を開放させる。これにより、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水が、導水経路８及び脱気装置９を通流して、脱炭酸凝縮水タンク１０に排出される。このため、還元剤凝縮水タンク７内の水位が下がる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２で検知した還元剤凝縮水タンク７内の水位が、所定の水位未満であるか否かを判断する（ステップＳ５０８）。そして、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７内の水位が、所定の水位未満である場合（ステップＳ５０８でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ５０９）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が、所定の水位以上である場合（ステップＳ５０８でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ５１０）。
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１００であっても、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１３）
本発明の実施の形態１３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
本発明の実施の形態１３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００と同様に構成されているため、その説明を省略する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１３に係る燃料電池システム１００の動作について、図１８及び図２０を参照しながら説明する。
次に、本実施の形態１３に係る燃料電池システム１００の動作について、図１８及び図２０を参照しながら説明する。
図２０は、本実施の形態１３に係る燃料電池システムにおける開閉弁の作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
開閉弁の作動確認動作は、水位センサの作動確認動作後に実施する。したがって、以下の説明では、水位センサ２２が正常であることが前提となっている。なお、以下では、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明する。このため、制御器１５は、例えば、給水弁２４を制御することで、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしている。
図２０に示すように、制御器１５は、まず、ステップＳ７１において、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上であるか確認する。上述したように、開閉弁４０の作動確認動作時には、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水は、所定の水位以上であるため、ステップＳ７１において水位が所定水位未満であった場合は水位センサ２２の異常と判断する（ステップＳ７７）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位が所定の水位以上である場合（ステップＳ７１でＹｅｓ）には、ステップＳ７２において、開閉弁４０を開放させ、還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水を脱炭酸凝縮水タンク１０に送出させる。
そして、制御器１５は、所定時間内に還元剤凝縮水タンク７内の凝縮水が送出され、水位センサ２２により、所定の水位未満の水位が検出された場合には（ステップＳ７３でＹｅｓ）、開閉弁４０は正常と判断する（ステップＳ７４）。一方、制御器１５は、所定時間内に、水位センサ２２により、所定の水位未満の水位が検出されない場合（ステップＳ７３でＮｏ）には、開閉弁４０の異常と判断する（ステップＳ７５、ステップＳ７６）。
なお、上述したように、本実施の形態１３においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ７１の動作を行わなくてもよい。
なお、上述したように、本実施の形態１３においては、水位センサ２２がフロート式センサである場合について、説明したが、これに限定されない。例えば、水位センサ２２が還元剤凝縮水タンク７の水位を逐次検出することができる場合、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の水位を所定の水位以上である状態にしなくてもよい。また、この場合、制御器１５は、ステップＳ７１の動作を行わなくてもよい。
このように構成された本実施の形態１３に係る燃料電池システム１００では、開閉弁４０の動作不良を検知することができる。その結果、排水動作を確実に実施することができ、長期に亘り運転状態を安定に維持する燃料電池システムを実現できる。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
（実施の形態１４）
図２１は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図２１は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
図２１に示すように、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、給水経路１６の上流端が、水供給路における水供給装置１４と開閉弁４１の間に接続されている点と、脱炭酸凝縮水タンク１０に水道水を供給するための水道水供給路が接続されている点と、水道水供給路に開閉弁４２が設けられている点と、が異なる。開閉弁４２は、脱炭酸凝縮水タンク１０への水道水の供給を許可／阻止するように構成されている。
［燃料電池システムの動作］
図２２は、本実施の形態１４に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図２２は、本実施の形態１４に係る燃料電池システムにおける水位センサの作動確認動作を模式的に示すフローチャートである。
図２２に示すように、制御器１５は、開閉弁４０及び開閉弁４１が閉止されていることを確認する（ステップＳ６０１）。なお、制御器１５は、開閉弁４０又は開閉弁４１が開放されている場合、閉止するように制御する。
次に、制御器１５は、水位センサ２２が、還元剤凝縮水タンク７の水位を検知しているか否かを確認する（ステップＳ６０２）。制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知していない場合（ステップ６０２でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ６０８）。一方、制御器１５は、水位センサ２２が、所定の水位を検知している場合（ステップＳ６０２でＹｅｓ）には、ステップＳ６０３に進む。
ステップＳ６０３では、制御器１５は、給水弁２４を開放させる。ついで、制御器１５は、水供給装置１４を作動させる（ステップＳ６０３）。なお、制御器１５は、浄化水タンク１３内の水が充分ではない場合には、凝縮水供給装置１２を作動させて、脱炭酸凝縮水タンク１０内の水を浄化水タンク１３に供給させる。また、浄化水タンク１３だけでなく、脱炭酸凝縮水タンク１０内の水が充分ではない場合には、給水弁２４を開放させて、脱炭酸凝縮水タンク１０に水道水を供給させる。
これにより、浄化水タンク１３内の水が、給水経路１６及び導水経路８を通流して、還元剤凝縮水タンク７内に供給される。このため、還元剤凝縮水タンク７内の水位が上がる。
次に、制御器１５は、水位センサ２２から還元剤凝縮水タンク７の水位を取得する（ステップＳ６０５）。そして、制御器１５は、ステップＳ６０５で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも高いか否かを判断する（ステップＳ６０６）。
制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりも、ステップＳ６０５で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が高い場合（ステップＳ６０６でＹｅｓ）には、水位センサ２２は、正常であると判断する（ステップＳ６０７）。一方、制御器１５は、還元剤凝縮水タンク７の所定の水位とステップＳ６０５で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位が同じである場合、又は還元剤凝縮水タンク７の所定の水位よりもステップＳ６０５で取得した還元剤凝縮水タンク７の水位の方が低い場合（ステップＳ６０６でＮｏ）には、水位センサ２２は、異常であると判断する（ステップＳ６０８）。
このように構成された本実施の形態１４に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１２に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
また、本実施の形態１４では、制御器１５は、給水弁２４を単独で制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断したが、これに限定されない。例えば、制御器１５は、給水弁２４を制御することにより、水位センサ２２が正常であるか否かを判断した後（又は判断する前）に、開閉弁４０を制御して、水位センサ２２が正常であるか否かを判断してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法は、凝縮水タンク内に設けられた水位センサが、正常に作動していることを判断することができ、燃料電池システムを安定して運転することが可能であるため、燃料電池の分野で有用である。
１ 燃料電池
２ 水素生成装置
３ バーナ
４ 還元剤凝縮器
５ 燃焼排ガス凝縮器
６ 空気供給装置
７ 還元剤凝縮水タンク
８ 導水経路
８Ａ 水封構造
９ 脱気装置
１０ 脱炭酸凝縮水タンク
１１ 浄化器
１２ 凝縮水供給装置
１３ 浄化水タンク
１４ 水供給装置
１５ 制御器
１６ 給水経路
１７ 開閉弁
１８ 排水経路
１９ 燃焼空気供給装置
２０ 開閉弁
２１ 中和装置
２２ 水位センサ
２３ サブタンク
２４ 給水弁
２５ オーバーフロー経路
３１ 脱炭酸凝縮水経路
３３ 還元剤排ガス路
４０ 開閉弁
４１ 開閉弁
４２ 開閉弁
１００ 燃料電池システム
２ 水素生成装置
３ バーナ
４ 還元剤凝縮器
５ 燃焼排ガス凝縮器
６ 空気供給装置
７ 還元剤凝縮水タンク
８ 導水経路
８Ａ 水封構造
９ 脱気装置
１０ 脱炭酸凝縮水タンク
１１ 浄化器
１２ 凝縮水供給装置
１３ 浄化水タンク
１４ 水供給装置
１５ 制御器
１６ 給水経路
１７ 開閉弁
１８ 排水経路
１９ 燃焼空気供給装置
２０ 開閉弁
２１ 中和装置
２２ 水位センサ
２３ サブタンク
２４ 給水弁
２５ オーバーフロー経路
３１ 脱炭酸凝縮水経路
３３ 還元剤排ガス路
４０ 開閉弁
４１ 開閉弁
４２ 開閉弁
１００ 燃料電池システム
Claims (12)
- 原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、
酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、
前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、
前記バーナに燃焼のための空気を、燃焼空気供給路を介して供給するように構成された燃焼空気供給器と、
前記バーナと前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスが通流する還元剤排ガス路と、
前記還元剤排ガス路に設けられ、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、
前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記凝縮器と前記凝縮水タンクを接続する凝縮水経路と、
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、
前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、
前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、
制御器と、を備え、
前記導水経路は、その上流端が、前記導水経路の下流端より鉛直方向下側に位置するように、かつ、該導水経路の鉛直方向における最も高い位置が、前記凝縮水経路が前記凝縮水タンクに接続する接続端より鉛直方向下側に位置することで前記水封構造を有するように形成され、
前記バーナは、前記凝縮器により水分が除去された後の前記還元剤排ガスと前記燃焼空気供給器から供給された空気を用いて燃焼するように構成され、
前記水位変動手段が前記燃焼空気供給器であり、
前記制御器は、前記燃料電池システムの運転停止中に、前記燃焼空気供給器を作動させて、前記還元剤排ガス路内の圧力を増加させることにより、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する、燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記水位検知器が所定の水位以上の水位を検知している場合に、前記燃焼空気供給器を作動させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記導水経路に接続され、前記凝縮水を前記燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、
前記排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、
前記制御器は、前記水位検知器が所定の水位以上の水位を検知している場合に、前記開閉弁を開放させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 - 前記導水経路に接続された給水経路と、
前記給水経路に設けられた給水弁と、を備え、
前記給水経路は、前記給水弁が開放されることにより、前記凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、
前記制御器は、前記水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、前記給水弁を開放させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、
酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、
前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、
前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記凝縮器と前記凝縮水タンクを接続する凝縮水経路と、
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、
前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、
前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、
前記導水経路に接続された給水経路と、
前記給水経路の途中に設けられ、大気開放されているバッファタンクと、
前記給水経路の前記バッファタンクより上流側に設けられた給水弁と、
前記脱気装置を通過後の前記凝縮水である脱炭酸凝縮水を貯める脱炭酸凝縮水タンクと、
浄化水タンクと、
前記脱炭酸凝縮水タンクと前記浄化水タンクを接続する脱炭酸凝縮水経路と、
前記脱炭酸凝縮水経路に設けられ、該脱炭酸凝縮水経路内の脱炭酸凝縮水を前記浄化水タンクに供給するように構成された脱炭酸凝縮水供給器と、
前記脱炭酸凝縮水経路に設けられ、該脱炭酸凝縮水経路を通流する前記脱炭酸凝縮水を浄化する浄化器と、
前記浄化水タンクと前記バッファタンクを接続する浄化水経路と、
制御器と、を備え、
前記導水経路は、その上流端は、前記導水経路の下流端より鉛直方向下側に位置するように、かつ、前記導水経路の鉛直方向における最も高い位置が、前記凝縮水経路が前記凝縮水タンクに接続する接続端より鉛直方向下側に位置することで前記水封構造を有するように形成され、
前記浄化水経路は、前記浄化水タンク内の水が所定の水位を超えると、前記水が通流するように構成されており、
前記制御器は、前記水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、前記脱炭酸凝縮水供給器を作動させ、前記浄化水タンク内の水を前記凝縮水タンクに供給させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断する、燃料電池システム。 - 前記導水経路に接続され、前記凝縮水を前記燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、
前記排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、
前記制御器は、前記燃焼空気供給器を作動させることにより、前記水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、
前記開閉弁を開放させて、前記水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、前記開閉弁が異常であると判断する、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記導水経路に接続された給水経路と、
前記給水経路に設けられた給水弁と、を備え、
前記給水経路は、前記給水弁が開放されることにより、前記凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、
前記制御器は、前記燃焼空気供給器を作動させることにより、前記水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、
前記給水弁を開放させて、前記水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、前記給水弁が異常であると判断する、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記導水経路に接続された給水経路と、
前記給水経路に設けられた給水弁と、を備え、
前記給水経路は、前記給水弁が開放されることにより、前記凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、
前記制御器は、前記開閉弁を開放させることにより、前記水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、
前記給水弁を開放させて、前記水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、前記給水弁が異常であると判断する、請求項３に記載の燃料電池システム。 - 前記導水経路に接続され、前記凝縮水を前記燃料電池システム外に排出するように構成された排水経路と、
前記排水経路に設けられた開閉弁と、を備え、
前記制御器は、前記給水弁を開放させることにより、前記水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、
前記開閉弁を開放させて、前記水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、前記開閉弁が異常であると判断する、請求項４に記載の燃料電池システム。 - 原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、
酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、
前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、
前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記凝縮器と前記凝縮水タンクを接続する凝縮水経路と、
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、
前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続する導水経路と、
前記導水経路に設けられた開閉弁と、
前記導水経路の前記開閉弁が設けられた部分より上流側に接続された給水経路と、
前記給水経路に設けられた給水弁と、
制御器と、を備え、
前記導水経路は、その上流端が、前記導水経路の下流端より鉛直方向下側に位置するように、かつ、該導水経路の鉛直方向における最も高い位置が、前記凝縮水経路が前記凝縮水タンクに接続する接続端より鉛直方向下側に位置するように形成され、
前記導水経路は、前記開閉弁が閉止されることにより水が封止され、
前記給水経路は、前記給水弁が開放されることにより、前記凝縮水タンクに水を供給するように構成されており、
前記制御器は、前記開閉弁を閉止させて、前記水位検知器が所定の水位未満の水位を検知している場合に、前記給水弁を開放させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断し、
前記開閉弁を閉止させて前記給水弁を開放させることにより前記水位検知器が正常に作動していると判断した場合に、前記開閉弁を開放させて、前記水位検知器が前記凝縮水タンク内の水位の変動を検知しない場合には、前記開閉弁が異常であると判断する、燃料電池システム。 - 原料ガスと水とから水蒸気改質により水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、
燃焼により水蒸気改質に必要な熱を発生するバーナと、
酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、
前記水素生成装置で生成された還元剤ガスと前記空気供給装置から供給された酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記バーナに燃焼のための空気を、燃焼空気供給路を介して供給するように構成された燃焼空気供給器と、
前記バーナと前記燃料電池とを接続し、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスが通流する還元剤排ガス路と、
前記還元剤排ガス路に設けられ、前記燃料電池から排出される還元剤排ガスを凝縮させて凝縮水を回収する凝縮器と、
前記凝縮器において回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記凝縮器と前記凝縮水タンクを接続する凝縮水経路と、
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記凝縮水に含まれる炭酸成分を前記燃料電池から排出される酸化剤排ガスを用いて除去するように構成された脱気装置と、
前記凝縮水タンクと前記脱気装置とを接続し、その途中に水封構造を有する導水経路と、
前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の水位を変動するように構成された水位変動手段と、を備え、
前記導水経路は、その上流端は、前記導水経路の下流端より鉛直方向下側に位置するように、かつ、前記導水経路の鉛直方向における最も高い位置が、前記凝縮水経路が前記凝縮水タンクに接続する接続端より鉛直方向下側に位置することで前記水封構造を有するように形成され、
前記バーナは、前記凝縮器により水分が除去された後の前記還元剤排ガスと前記燃焼空気供給器から供給された空気を用いて燃焼するように構成され、
前記水位変動手段が前記燃焼空気供給器であり、
前記燃料電池システムの運転停止中に、前記燃焼空気供給器を作動させて、前記還元剤排ガス路内の圧力を増加させることにより、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断するステップを備える、燃料電池システムの制御方法。 - 前記水位検知器が所定の水位以上の水位を検知している場合に、前記燃焼空気供給器を作動させて、前記凝縮水タンク内の水位を変動させ、前記水位検知器が当該水位の変動を検知すると、前記水位検知器が正常に作動していると判断するステップを備える、請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法。
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