JP4954480B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。より詳しくは、システムを安全に立ち上げるための起動モードを有する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、燃料中の水素と、酸化剤である空気中の酸素を燃料電池本体の内部で電機化学反応させ、電力および熱を発生させる。燃料の生成する反応のひとつに、水蒸気改質反応がある。水蒸気改質反応では、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系ガス、メタノール等のアルコール、ナフサ成分等のガソリンを使った原料と、水を蒸発させて得られる水蒸気とが反応し、水素が生じる。一般的な水素生成装置は、この水蒸気改質反応を利用して水素リッチな燃料を生成する。水素生成装置は、熱を発生させる改質用加熱器、水蒸気を発生させる水蒸発器を一般に備えており、水素生成装置に供給された水は、改質用加熱器からの熱を利用して水蒸発部において水蒸気へと変えられる。さらに、水素生成装置は、水蒸気改質反応用の改質器、シフト反応用の変成器およびＣＯ選択酸化用の浄化器を備え、各部位にそれぞれ改質触媒体、変成触媒体およびＣＯ選択酸化触媒体が設けられている。

ここで、これらの各触媒体の適正な反応温度は互いに相違するため、安定的かつ効率的に水素ガスを供給するには、水素生成装置の起動後、各触媒体の適正反応温度に各触媒体の温度を速やかに上昇させて、この温度を一定に維持する必要がある。このための昇温手段としてヒータを備える場合もあるが、上述の改質用加熱器が昇温目的に利用される場合もある。

水素生成装置の運転を終了する場合、通常では、水蒸気及び燃料等を原料で置換（パージ）するのが一般的である。水蒸気が十分に追い出されれば、次回起動時に水素生成装置内部は乾燥しているため、速やかな昇温が可能となる。しかし、停電や事故等による異常停止が発生すると、水素生成装置内部に大量の水蒸気が残留し、温度低下と共に凝縮して水が発生する。こうなると、次回起動時においては、水を蒸発させるために改質用加熱器やヒータの熱が奪われ、水素生成装置各部の昇温が遅くなる。かかる状態において、水素生成装置の外部から通常通りに水を供給すれば、さらに昇温が遅くなりかねない。

特許文献１に記載の燃料電池システムでは、水素生成装置の運転中に、装置内部の温度が検出される。検出された温度に基づいて、水素生成装置内部に過剰の水が存在するか否かが判定される。過剰な水が存在すると判定されれば、水素生成装置の運転を停止して、水素生成装置への水供給量の削減や、水素生成装置の加温が行われる。これにより、水素生成装置内部の水を速やかに蒸発させて、内部の昇温を行うことが可能となる。
特願２００４−００７６０５

例えば、通常の運転時における温度の時間変化から、水素生成装置の特定部位の温度が一定時間後に一定温度以上になることが判明しているとする。ここで、前記一定時間後における前記特定部位の温度（制御パラメータ）が前記一定温度（制御閾値）以上にならなければ、改質用加熱器や温度検出器の異常や流路の漏れ等が発生している可能性がある。よって、かかる場合には燃料電池システムの運転が停止されるのが望ましい。

しかしながら、通常、停電、可燃性ガス濃度異常等による異常停止が発生した場合、上記運転停止時のパージ動作が行われず、水素生成装置内部に液体の水が大量に溜まっている場合が多く昇温に時間がかかる。すると、上記特許文献１記載の燃料電池システムのように、所定の作動許可条件（上記特許文献１記載の発明の場合、所定期間中に検出される装置内部の温度が所定温度以上になるか否か）を満足しないと、装置の運転の継続を停止してしまう場合、装置自体には異常がないにも拘らず、上記作動許可条件を満たすことができず、燃料電池システムの運転が停止されてしまうという問題がある。故障による異常停止が発生した場合にあっても、故障原因となる部品等を交換した後に、同様の問題が発生しうる。

また、装置に何らかの異常があり、メンテナンス作業で異常原因を特定したい場合であっても、同様に上記作動許可条件を満足することができず、燃料電池システムがすぐに停止してしまい、異常の原因を特定することが困難となる場合がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、異常停止後やメンテナンス時において、作動許可条件を緩和して運転することが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。

上記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、原料を供給する原料供給装置と、水を供給する水供給装置と、前記原料と前記水とを反応させて水素を含む燃料を生成する水素生成装置と、酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、前記水素生成装置により生成された燃料および前記酸化剤供給装置により供給された酸化剤を用いて発電する燃料電池と、制御装置と、を少なくとも備えた燃料電池システムであって、通常運転モードおよび、通常運転モードと、を有し、前記制御装置は、前記通常運転モードにおいて、第一の作動許可条件が満たされたか否かに応じて前記燃料電池システムの運転を継続させまたは停止させるよう制御し、前記特殊運転モードにおいて、第一の作動許可条件よりも緩和された第二の作動許可条件が満たされたか否かに応じて前記燃料電池システムの運転を継続させまたは停止させるよう制御する（請求項１）。

これにより、異常停止後やメンテナンス時に、作動許可条件を緩和して運転することが可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、前記第１の作動許可条件が、温度、時間、燃料の水素濃度、圧力及び水分含有量のいずれかのパラメータに関する条件であって、前記第２の作動許可条件が、前記第１の作動許可条件と同一のパラメータに関し前記第１の作動許可条件を緩和した条件であってもよい（請求項２）。
また、本発明に係る燃料電池システムは、さらに、前記水素生成装置の温度を検出する温度検出器と、前記水素生成装置の運転時間を計時する計時器と、を少なくとも備え、前記第一の作動許可条件は、特定の条件を満たしてから第一の所定期間中に前記水素生成装置の温度が第一の所定温度を上回るか否かであり、前記第二の作動許可条件は、特定の条件を満たしてから第二の所定期間中に前記水素生成装置の温度が第一の所定温度を上回るか否かであり、前記第二の所定期間が前記第一の所定期間よりも長くなっていてもよい（請求項３）。

これにより、一定時間後の温度を基準としてシステムの運転停止の可否を決定する場合にあっても、異常停止後やメンテナンス時に、作動許可条件を緩和して運転することが可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、前記第二の所定期間が、前記第一の所定期間の２倍以上３倍以下であってもよい（請求項４）。

これにより、一定時間後の温度を基準としてシステムの運転停止の可否を決定する場合において、異常停止後やメンテナンス時に、作動許可条件を適切に緩和して運転することが可能となる。

また、前記水素生成装置は、前記原料と前記水とを反応させて水素を含むガスを生成する改質器と、前記改質器から供給されたガス中の一酸化炭素をシフト反応により低下させる変成器と、を少なくとも備え、前記温度検出器は、前記改質器、前記変成器の少なくとも一つの温度を検出してもよい（請求項５）。

これにより、一定時間後における水素生成装置の改質器または変成器の温度を基準としてシステムの運転停止の可否を決定する場合において、異常停止後やメンテナンス時に、作動許可条件を緩和して運転することが可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、さらに、前記変成器から供給されたガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低下させる浄化器を備え、前記温度検出器は、前記改質器、前記変成器、前記浄化器の少なくとも一つの温度を検出してもよい（請求項６）。

これにより、一定時間後における水素生成装置の改質器、変成器または浄化器の温度を基準としてシステムの運転停止の可否を決定する場合において、異常停止後やメンテナンス時に、作動許可条件を緩和して運転することが可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、さらに、前記水素生成装置を加熱するヒータを少なくとも備え、前記制御装置が、前記ヒータにより前記水素生成装置を加熱する燃料電池システムであって、前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記ヒータによる加熱量を増やしてもよい（請求項７）。あるいは、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水素生成装置は、原料を改質する改質器と、前記改質器を加熱する改質用加熱器と、を少なくとも備え、前記制御装置が、前記改質用加熱器により前記改質器を加熱する燃料電池システムであって、前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記改質用加熱器による加熱量を増やすよう制御してもよい（請求項８）。

これにより、特殊運転モードにおいては、水素生成装置の昇温が早くなる。よって、異常停止後に水素生成装置内部に水が溜まっているような状態にあっても、通常運転への迅速な復帰が可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記原料供給装置からの原料の供給量を増やすよう制御してもよい（請求項９）。

これにより、水素生成装置内部を通過する燃料の流量が多くなり、ガスの下流においても速やかな昇温が可能となる。よって、異常停止後に水素生成装置内部に水が溜まっているような状態にあっても、通常運転への迅速な復帰が可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記改質用加熱器は、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを燃焼させてもよい（請求項１０）。

これにより、水素生成装置内部を通過する燃料の流量が多くなると同時に、改質器に送られる燃料が増加する。よって、水素生成装置内部を通過する燃料の流量が多くなると同時に、加熱量も増加する。従って、ガスの下流においても速やかな昇温が可能となる。よって、異常停止後に水素生成装置内部に水が溜まっているような状態にあっても、通常運転への迅速な復帰が可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記特殊運転モードにおいて、前記水供給装置が供給する水の量を減少させるよう制御してもよい（請求項１１）。

これにより、異常停止後に水素生成装置内部に水が溜まっているような状態にあっても、過剰な水の供給を防止できる。よって、通常運転への迅速な復帰が可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記通常運転モードと前記特殊運転モードを選択することを操作者に可能ならしめるべく構成されていてもよい（請求項１２）
これにより、異常停止後やメンテナンス時に、操作者の指令によって、作動許可条件を適切に緩和して運転することが可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、停電によって運転が停止した後の起動時には、制御装置が、特殊運転モードを選択して運転を行ってもよい（請求項１３）。

停電等の異常停止によって水素生成装置内部に水が溜まっている場合には、水素生成装置自体の故障が発生していなくても、起動に時間がかかりすぎて、運転が停止されてしまう場合がある。しかし、作動許可条件を緩和することで、スムーズな復帰が可能となる。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池システムの状態を表示する表示装置を少なくとも備え、前記特殊運転モードが選択されている場合には、前記表示装置にその旨を表示してもよい（請求項１４）。

これにより、操作者は、燃料電池システムが特殊運転モードにあることを容易に確認できる。よって、メンテナンスをより安全かつ確実に行うことができる。

なお、特許請求の範囲および明細書にいう「燃料排ガス」とは、燃料電池の燃料極から排出されるガスをいい、未反応の燃料（水素等）を含むものである。

なお、特許請求の範囲および明細書にいう「水素生成装置の温度」とは、水素生成装置本体の温度であってもよいし、水素生成装置内部にあるガスの温度であってもよい。水素生成装置の温度を反映する部位の温度であれば、如何なるものであってもよい。なお、水素生成装置本体とは、水素生成装置を構成する部材のいずれであってもよい。

また、特許請求の範囲および明細書にいう「緩和」とは、通常運転モードであれば運転が停止されるような状態にあっても運転が継続されるべく、特殊運転モードにおいて作動許可条件を変更することを言う。

また、特許請求の範囲および明細書にいう「特定の条件を満たしてから一定時間を経過した時点」とは、燃料電池システムを運転する過程において特定の条件を満たした時点を基準として一定時間を経過した時点を指す。例えば、起動開始時から一定時間を経過した時点であってもよく、水素生成装置の温度が一定の温度に達した時点を基準として、その後に一定時間を経過した時点であってもよい。すなわち、基準となる時刻は如何なるものであってもよい。

本発明は、上述のような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、異常停止後やメンテナンス時において、作動許可条件を緩和して運転することが可能な燃料電池システムを提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
［本実施の形態の燃料電池システムの構成および動作の概略］
図１は、実施の形態１の燃料電池システムの概略構成の一例を説明する模式図である。

燃料電池システム３００は主として、燃料電池２０３と、燃料電池２０３に酸化剤としての空気を供給する酸化剤供給装置２００と、燃料電池２０３に水素リッチな燃料（以下、燃料）を供給する水素生成装置１１８と、水素生成装置１１８にメタン、ブタン、天然ガス等の炭化水素系の原料を供給する原料供給装置１０７と、水素生成装置１１８に水を供給する第一水供給装置１０８および第二の水供給装置１０９と、原料や水、酸化剤の供給量を制御すると共に水素生成装置１１８の温度等に基づいてシステムの作動を許可するか否かを判定する制御装置２０５と、で構成されている。

水素生成装置１１８は、水蒸気改質反応を進める改質器１００、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器１０３、ＣＯ選択酸化反応により一酸化炭素濃度を約１０ｐｐｍ以下に低濃度化させる浄化器１０５を内蔵している。

改質器１００には、水蒸気改質反応を促進する改質触媒体１０１および改質触媒体１０１への熱を供給するための改質用加熱器１０２が設けられている。本実施の形態では、改質用加熱器１０２として、バーナが用いられる。しかし、改質用加熱器１０２にはどのような加熱手段を用いてもよく、例えば電熱ヒータ等の加熱手段であってもよい。変成器１０３には、変成触媒体１０４および変成触媒体１０４を加熱するための変成器ヒータ１１３が設けられ、浄化器１０５には、ＣＯ選択酸化触媒体１０６およびＣＯ選択酸化触媒体１０６を加熱するための浄化器ヒータ１１４が設けられている。本実施の形態では、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４として、電熱ヒータが用いられる。しかし、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４にはどのような加熱手段を用いてもよく、例えばバーナ等の加熱手段であってもよい。本実施の形態１の燃料電池システムでは、改質用加熱器１０２、変成器ヒータ１１３、浄化器ヒータ１１４は、特許請求の範囲でいうところの「ヒータ」である。

なお、酸化剤供給装置２００は、ブロア等の空気供給装置２０１と、空気を加湿する酸化側加湿器２０２と、で構成されている。

以下、図１を用いて燃料電池システム３００のハードウェア構成を詳しく説明する。
燃料電池２０３においては、燃料極（図示せず）に導入される水素リッチなガス（以下、燃料という）と空気極（図示せず）に導入される空気とを反応させることで発電が行われ、電気と熱が発生する。

まず、燃料極側に導入される燃料の経路とそれに絡むガス反応を説明する。原料供給装置１０７の原料は、第一の燃料通路３０１に設けた開閉用の電磁弁２０６および原料供給装置１０７内の原料流量調整弁（図示せず）によって流量調整された後、改質触媒体１０１に導かれる。同時に、第一の水供給装置１０８から第一の水通路３０８を介して水分も改質触媒体１０１に供給する。これにより、改質器１００では、改質触媒体１０１によって水蒸気改質反応が促進されて、原料と水蒸気から水素ガスリッチな燃料が生成される。

また、第一の燃料通路３０１から分岐した第二の燃料通路３０２にも電磁弁１１０を設けて、この電磁弁１１０および原料流量調整弁によって流量制御された原料をこの通路３０２を介して改質用加熱器１０２のバーナに燃焼用原料として供給する。なお、燃焼ファン１１１によって燃焼用空気も改質用加熱器１０２のバーナに供給する。

その後、第一の燃料経路３０３を介して燃料を改質触媒体１０１から変成触媒体１０４に導入する一方、第二の水供給装置１０９から第三の水通路３１０を介して水分を変成触媒体１０４に供給する。これにより、燃料に含有する一酸化炭素ガスと水蒸気を水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させることができる。そして、シフト反応後の反応ガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度レベル（例えば、１０ｐｐｍ以下）に低下させる目的で、このシフト反応後の燃料を第二の燃料経路３０４を介してＣＯ選択酸化触媒体１０６に導き、ＣＯ選択酸化で更なるＣＯ低濃度化を図る。このようにして、水素生成装置１１８中でＣＯを低濃度化された水素ガス主成分の燃料が生成される。

次に、水素生成装置１１８の浄化器１０５から供給される燃料は、まず第３の燃料経路３０５に流入し、その後、第３の燃料経路３０５の経路中に設けられた切り替え弁２０４によって第一の分流経路３０６、第二の分流経路３０７に切り替えて燃料電池２０３または改質用加熱器１０２に供給される。すなわち、第一の分流経路３０６においては、燃料電池２０３の燃料極に導いた燃料の一部を、燃料極の電極反応で必要量消費させた後、残余の燃料をオフガス（特許請求の範囲でいうところの燃料排ガス）として改質用加熱器１０２のバーナに還流する。第二の分流経路３０７においては、燃料を、燃料極に導くことなく直接改質用加熱器１０２のバーナに還流する。

なお、改質用加熱器１０２のバーナに還流された燃料は燃焼ファン１１１で改質用加熱器１０２に送風された空気と共に改質用加熱器１０２の内部にて燃焼させられる。

次に、空気極側に導入される空気の経路を説明する。

空気供給装置２０１の空気は一旦、第一の空気通路３１１を介して酸化側加湿器２０２に供給される。また、第一の水通路３０８から分岐する第二の水通路３０９を介して第一の水供給装置１０８からの水分を酸化側加湿器２０２に供給する。こうして、酸化側加湿器２０２において、空気の加湿を行い、加湿された空気を第二の空気通路３１２を介して燃料電池２０３の空気極に導く。なお、燃料電池２０３の空気極にて反応に寄与しなかった加湿空気は、そのまま大気に放出される。

次に、図１を用いて燃料電池システム３００の制御系統の構成を説明する。

制御装置２０５の入力センサとして、各種の温度検出器がある。より具体的にはこの温度検出器には、改質器１００のガス温度を検出する改質器温度検出器１１５、変成器１０３のガス温度を検出する変成器温度検出器１１６および浄化器１０５のガス温度を検出する浄化器温度検出器１１７が含まれている。なお、改質器温度検出器１１５、変成器温度検出器１１６、浄化器温度検出器１１７が、特許請求の範囲でいうところの「温度検出器」である。

なお本実施の形態では、改質器温度検出器１１５は改質器１００に取り付けられ改質触媒体の上流側のガス温度を検出でき、変成器温度検出器１１６は変成器１００に取り付けられ変成器触媒体の上流側のガス温度を検出でき、浄化器温度検出器１１７は、浄化器１００に取り付けられＣＯ選択酸化触媒体の上流側のガス温度を検出できる。

触媒体の下部端（ガス下流側）においては水蒸気の過剰によって凝縮した水分が溜まり、触媒上部（ガス上流側）よりも触媒にとって厳しい環境下にある。このため、触媒のガス上流側に温度検出器を配置しておき、この位置で水分過剰による異常が検出されれば、当然その下流側の触媒部位も水分の過剰状況にあると判定できて便利である。ただし、改質器温度検出器１１５、変成器温度検出器１１６、浄化器温度検出器１１７は、他の部分の温度を検出してもよい。

制御装置２０５の出力動作部として、第一の水供給装置１０８、第二の水供給装置１０９の流量調整部、改質触媒体１０１に供給する原料の量を制御する電磁弁２０６、改質用加熱器１０２のバーナに供給する原料の量を制御する電磁弁１１０、原料供給装置１０７に内蔵され原料供給装置１０７が供給する原料の量を調整する原料流量調整弁（図示せず）、変成器１０３を加熱する変成器ヒータ１１３、浄化器１０５を加熱する浄化器ヒータ１１４および水素生成装置１１８から供給される燃料の流路の切り替えを行う切り替え弁２０４等がある。

改質器温度検出器１１５、変成器温度検出器１１６、浄化器温度検出器１１７の検出温度は制御装置２０５に出力される。制御装置２０５は、改質触媒体１０１、変成触媒体１０４、ＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度を安定させるように、前記検出温度に基づいて、原料供給装置１０７に内蔵された流量調整弁および電磁弁１１０、電磁弁２０６を動作させる。さらに、制御装置２０５は、水素生成装置１１８の起動時における変成器１０３および浄化器１０５の昇温時間短縮のために、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４の出力を制御する。更には、制御装置２０５は、切り替え弁２０４を動作させて水素生成装置１１８から供給される生成ガス（燃料）を燃料電池２０３または改質用加熱器１０２に導くよう制御する。

次に、制御装置２０５の構成について説明する。図２は、制御装置２０５の概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図２を参照しつつ、制御装置２０５の構成について説明する。制御装置２０５は、制御部２７、記憶部２８、入出力装置２９、計時器３０を有している。制御部２７には、例えばＣＰＵが用いられる。記憶部２８には、例えば内部メモリが用いられる。入出力装置２９には、例えばタッチパネルが用いられる。計時器３０には、例えば内臓のクロックが用いられる。

制御部２７は、入出力装置２９、計時器３０に対し、通信可能に接続されている。また、制御部２７は、改質器温度検出器１１５、変成器温度検出器１１６、浄化器温度検出器１１７に対し、それぞれの検出信号が入力可能ならしめるべく接続されている。さらに、制御部２７は、酸化剤供給装置２００、第一水供給装置１０８、第二の水供給装置１０９、原料供給装置１０７、空気供給装置２０１、変成器ヒータ１１３、浄化器ヒータ１１４、電磁弁１１０、切り替え弁２０４、電磁弁２０６、に対し制御信号を出力可能ならしめるべく接続されている。また、制御部２７は、入出力装置２９により、設定すべき運転モードに関する入力等を受け取る。すなわち操作者は、入出力装置２９を介して、燃料電池システム３００の運転を開始したり、運転モードを設定することが可能である。制御部２７は必要に応じて、受け取った検出信号や入力を記憶部２８に記憶させる。さらに、制御部２７は、記憶部２８に記憶されたソフトウェアやパラメータ値に基づいて、受け取った信号を処理する。そして、制御部２７は、処理した結果に基づいて、制御信号等を、酸化剤供給装置２００、第一水供給装置１０８、第二の水供給装置１０９、原料供給装置１０７、空気供給装置２０１、変成器ヒータ１１３、浄化器ヒータ１１４、電磁弁１１０、切り替え弁２０４、電磁弁２０６に与える。これにより、水素生成装置１１８の温度、原料、燃料、水の流量等が制御される。なお、図中の矢印は、信号が与えられる方向を示す。
［本発明の原理］
次に、本発明の原理について説明する。本発明は、燃料電池システムの運転において、通常運転モードと特殊運転モードを備えることを特徴とする。すなわち、通常の運転時（通常運転モード）においては安全のために燃料電池システム３００の作動を許可するための作動許可条件（運転を継続する条件）を設定し、メンテナンス時や停電等の緊急停止後に燃料電池を運転する時は特殊運転モードとして、前記作動許可条件を緩和する。これにより、水素生成装置内部に液体の水が溜まっている場合や、メンテナンスを行う場合において、作動許可条件をクリアできないために燃料電池システムがすぐに止まってしまうという事態を防ぐことができる。

一例として、起動開始時からの経過時間と水素生成装置の温度に基づく作動許可条件を利用する場合について説明する。

図３は、水素生成装置１１８の起動開始時（ｔ０）からの経過時間を横軸として改質器１００、変成器１０３および浄化器１０５の温度立ち上がり特性を示す図である。起動時において水素生成装置１１８に余剰の水が存在せず、改質器１００に水蒸気改質反応に寄与する水蒸気量を適正に供給でき、かつ変成器１０３の温度を安定制御するための水蒸気量も適正に供給できた場合、改質器１００、変成器１０３および浄化器１０５の各部の検出温度の立ち上がり特性は、それぞれ図３に示すＫＳプロファイル、ＨＳＧプロファイルおよびＪＳＧプロファイルで表される。

ここで、改質触媒体１０１、変成触媒体１０４およびＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度帯の制御目標値はそれぞれ、ＴＫｓ（６００〜７００℃間に存在する所定温度）、ＴＨｓ（２００〜４００℃間に存在する所定温度）およびＴＪｓ（１００〜３００℃間に存在する所定温度）である。そして、改質触媒体１０１、変成触媒体１０４およびＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度帯の制御目標値にＫＳプロファイル、ＨＳＧプロファイルおよびＪＳＧプロファイルが到達する時刻はそれぞれ、概ねｔ１、ｔ２およびｔ３である。水素生成装置１１８の起動開始時（ｔ０）からこれらの時刻までに期間は、ｔ１＝２０〜３０分、ｔ２＝３０〜４０分およびｔ３＝４０〜５０分と見積もられる。

ここで、例えば、６０分を経過しても浄化器１０５の検出温度がＴＪｓに達しない場合には、浄化器温度検出器１１７の故障や浄化器ヒータ１１４による加温不良等、水素生成装置に何らかの異常が発生している可能性がある。よって、起動後６０分を過ぎても浄化部１０５の検出温度がＴＪｓに達しない場合には、燃料電池システムの運転を停止するのが望ましい。変成器１０４や改質器１００についても同様の原理により判定や運転停止が可能である。ここでは、起動後６０分を経過した後の浄化部１０５の検出温度がＴＪｓに達したか否かが、特許請求の範囲でいう「作動許可条件」となっている。ただし、これは単なる例示に過ぎず、起動後の水素生成装置の温度であれば、どの時点におけるどの部位の温度を作動許可条件に用いてもよい。また、作動許可条件は時間や温度に限られず、水素生成装置の異常を検出可能なものであれば、どのような作動許可条件であってもよい。すなわち、作動許可条件には、燃料の水素濃度、圧力、水分含量など、様々なパラメータを利用できる。

ここで仮に、水素生成装置１１８に水を過剰供給した場合や、停電などにより燃料電池システムが緊急停止した場合等においては、変成器１０３および／または浄化器１０５の内部に過剰な凝集水分が滞ってしまう可能性があり、延いては変成器１０３および／または浄化器１０５の内部の水濡れまたは水溜りの要因ともなり得る。このような状況の場合には、変成器温度検出器１１６で検出された検出温度の立ち上がり曲線や浄化器温度検出器１１７で検出された検出温度の立ち上がり曲線は、それら検出温度の昇温速度が遅くなって、正常時のＨＧＳプロファイルやＪＳＧプロファイルに比較してなだらかな昇温カーブを示す。図３のＨＳＮプロファイルは、水素生成装置１１８内部に溜まっている水等の影響を受けて昇温速度の遅くなった変成器１０３の検出温度特性を示し、ＪＳＮプロファイルは、水素生成装置１１８内部に溜まっている水の影響を受けて昇温速度の遅くなった浄化器の検出温度特性を示している。

なお、改質器１００は原料と水蒸気供給の最上流側に配置されており、温度も高くなっている。このため、改質器１００は、水素生成装置１１８内部に溜まっている水の影響を受けにくい。実際にも、改質器温度検出器１１５で検出された検出温度の昇温特性は、正常時と水素生成装置１１８内部に水が溜まっている時の両者間おいて違いの少ないことを確認している。またここで、図３において、変成触媒体１０４およびＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度帯に対する制御目標値（変成触媒体１０４ではＴＨｓ、ＣＯ選択酸化触媒体１０６ではＴＪｓ）を中心にして、これらの触媒体１０４、１０６の反応温度帯の上下限値があり、変成触媒体１０４の反応温度帯の上下限値をそれぞれＴＨｓｈ、ＴＨｓｌで図示し、ＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度帯の上下限値をそれぞれＴＪｓｈ、ＴＪｓｌで図示している。また、変成触媒体１０４の反応温度帯の制御目標値（ＴＨｓ）と制御範囲の上下限値（ＴＨｓｈ、ＴＨｓｌ）の温度差をそれぞれΔＴＨｈ、ΔＴＨｌで図示しており、ＣＯ選択酸化触媒体１０６の反応温度の制御目標値（ＴＪｓ）と制御範囲の上下限値（ＴＪｓｈ、ＴＪｓｌ）の温度差をそれぞれΔＴＪｈ、ΔＴＪｌで図示している。

水素生成装置１１８内部に水が溜まっていると、変成器１０３のＨＳＮプロファイルおよび／または浄化器１０５のＪＳＮプロファイルは、起動開始時（ｔ０）から正常時（例えば、ＨＳＧプロファイルやＪＳＧプロファイル）における触媒反応温度帯の下限値から上限値の間の何れかの値に到達する反応温度到達時間内（図３においては反応温度到達時間の例として、制御目標値までの時間ｔ２およびｔ３を例示している。）において、各触媒の反応下限温度（変成器１０３ではＴＨｓｌ、浄化器１０５ではＴＪｓｌ）さえも超えないという状況になり得る。そして、変成器１０３については時刻ｔＨＮにおいて、浄化器１０５については時刻ｔＪＮにおいて、ようやく温度が制御目標値に到達することになる。

ここで、ｔ３における浄化部１０５の温度がＴＪｓｌを超えなければ運転を停止するという作動許可条件を設定していた場合を考える。この場合、水素生成装置１１８内部に過剰な水が存在すると、ＪＳＮプロファイルを見ても分かるように、時刻ｔ３においては、浄化部１０５の温度はＴＪｓｌを下回る。このため、燃料電池システム３００自体には故障がなくても、運転が停止されてしまうことになる。

そこで、本発明では、かかる事態が発生しないように、特殊運転モードを備える。すなわち、特殊運転モードでは、作動許可条件を緩和することで、より長時間の運転が可能になるようにしている。ここで、作動許可条件を緩和するとは、通常運転モードであれば運転が停止されるような状態にあっても燃料電池システム３００が作動するように、作動許可条件を変更することを言う。

たとえば、特殊運転モードでは、判定の時刻をより遅くすることが考えられる。具体的な例として、ｔ３の２倍を経過した時点における浄化部１０５の温度がＴＪｓｌを超えなければ運転を停止するという作動許可条件に変更されるとする。すると、時刻２ｔ３においては、浄化部１０５の温度はＴＪｓｌを十分に上回るために、そのまま運転を継続できる。よって、水素生成装置１１８内部に水が溜まっていて、通常は昇温が遅くて運転が停止されるような場合にあっても、運転を一定時間継続することができる。そして、その間に内部の水を水蒸気として排出させ、温度を上昇させることができる。したがって、停電による緊急停止等が発生した場合にあっても、複雑な操作を必要とせずに、容易に復帰できる。

また、特殊運転モードによる運転では、作動許可条件が緩和されるため、運転停止が起こりにくくなる。よって、メンテナンスにおいても、起動時に、より長時間にわたって故障原因を調べることができる。これにより、故障原因の特定が容易になる。

なお、作動許可条件を緩和する程度は、安全に支障を来たさない範囲で、なるべく大きいことが望ましい。また、停電による緊急停止が発生した場合において、水素生成装置１１８の内部に残留する過剰な水を蒸発させて除去できる程度まで作動許可条件を緩和することが望ましい。水素生成装置内部に過剰な水が溜まっている場合における温度上昇特性（図３）を考慮すれば、特殊運転モードでは、判定を行うまでの時間を、通常運転モードと比較して２倍から３倍に設定するのが好ましい。あまり長くなると、逆に、実際に水素生成装置に故障等の異常が発生している場合にも運転を継続することとなり、かえって危険となるためである。
［本実施の形態の燃料電池システムを特徴付ける動作］
図４は、本実施の形態の燃料電池システムの制御装置２０５の動作プログラム（ここでは起動プログラム）の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しながら、本実施の形態の燃料電池システムの特徴となる動作を説明する。

最初に、ステップＳ１において、燃料電池システム３００は、運転待機の状態にある。

次に、ステップＳ２において、制御装置２０５は、入出力装置２９から、操作者が選択した運転モードに関する入力を受け取る。

次に、ステップＳ３において、制御装置２０５は、入出力装置２９からの起動命令を受け取ると、燃料電池システム３００の運転を開始する。

次に、ステップＳ４において、制御装置２０５は、計時器３０をスタートさせる。このとき、起動開始後の経過時間を示すパラメータｔはゼロにリセットされる。

次に、ステップＳ５において、制御装置２０５は、第一の起動シーケンスに従って、改質用加熱器１０２等の加熱手段、原料供給装置１０７等の供給手段等を順次制御することで、燃料電池システム３００に起動動作を行わせる。

次に、ステップＳ６において、制御装置２０５は、運転モードとして特殊運転モードが選択されているか否かの判定を行う。

ステップＳ６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ７に進み、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ７において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ１０に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ７において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ８に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）がｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ８において、ｔ≧ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ９に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ８において、ｔ≧ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ７に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

ステップＳ６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ１１に進み、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ１１において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ１４に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ１１において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ１２に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）が２ｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ１２において、ｔ≧２ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ１３に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ１２において、ｔ≧２ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ１１に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

かかる動作により、本実施の形態の燃料電池システムは、通常運転モードと特殊運転モードを備える。水素生成装置１１８内部に水が溜まっていて、通常は昇温が遅くて運転が停止されるような場合にあっても、特殊運転モードを選択することにより、通常であれば運転が停止されるような状態にあっても運転を継続することができる。そして、その間に内部の水を水蒸気として排出させ、温度を上昇させることができる。したがって、停電による緊急停止等が発生した場合にあっても、複雑な操作を必要とせずに、容易に復帰できる。一方、通常運転モードにおいて運転継続条件を厳しくすることにより、より安全に燃料電池システムを運転することが可能となる。

また、上述の動作によれば、メンテナンス時においても、特殊運転モードを選択することで、運転停止が起こりにくくなる。よって、メンテナンスにおいても、起動時に、より長時間にわたって故障原因を調べることができる。よって、故障原因の特定が容易になる。

なお、上述の説明では、起動してから一定時間を経過した後における、浄化部１０５の温度が、ＴＪｓｌを超えているか否かを作動許可条件とした。そして、通常運転モードでは、前記一定時間をｔ３とし、特殊運転モードでは、前記一定時間をｔ３の２倍とした。しかし、作動許可条件はあくまで一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。起動後の水素生成装置の温度であれば、どの時点におけるどの部位の温度を作動許可条件に用いてもよい。一定の温度を超えるか否かではなく、上限と下限からなる一定の温度範囲に入るか否かを作動許可条件としてもよい。また、作動許可条件は時間や温度に限られず、水素生成装置１１２あるいは燃料電池システム３００の運転を停止すべきか否かの判定に利用できるものであれば、どのような作動許可条件であってもよい。すなわち、作動許可条件には、燃料の水素濃度、圧力、水分含量など、様々なパラメータを利用できる。

また、特殊運転モードにおいては、第一の水供給装置が改質器１００へ供給する水の量を減少させてもよい。これにより、異常停止後に水素生成装置内部に水が溜まっているような状態にあっても、過剰な水の供給を防止できる。よって、迅速な昇温と通常運転への復帰が可能となる。

また、上述の説明では、通常運転モードであるか特殊運転モードであるかは、操作者により入力されるものとしている。しかし、停電によって運転が停止した後の起動時には、操作者による選択によらずに、制御装置が、自動的に特殊運転モードを選択して運転を行ってもよい。停電等の異常停止によって水素生成装置内部に水が溜まっている場合にあっても、スムーズな復帰が可能となる。

また、特殊運転モードが選択されている場合には、その旨が入出力装置２９に表示されてもよい。これにより、操作者は、燃料電池システムが特殊運転モードにあることを容易に確認できる。よって、メンテナンスをより安全かつ確実に行うことができる。なお、ここでは、入出力装置２９が、特許請求の範囲でいうところの「表示装置」となる。
（実施の形態２）
本実施の形態において製造される燃料電池システムの構成は、実施の形態１の図１に示したものと同様であるので、説明を省略する。本実施の形態の燃料電池システムの特徴は、改質用加熱器１０３（に配設されたバーナ）あるいは、変成器ヒータ１１３、浄化器ヒータ１１４により、水素生成装置１１８を加熱するものであって、特殊運転モードの場合には、作動許可条件を緩和すると同時に、前記加熱における加熱量を増やすところにある。

図５は、本実施の形態の燃料電池システムの制御装置２０５の動作プログラム（ここでは起動プログラム）の一例を示すフローチャートである。以下、図５を参照しながら、本実施の形態の燃料電池システムの特徴となる動作を説明する。

最初に、ステップＳ２１において、燃料電池システム３００は、運転待機の状態にある。

次に、ステップＳ２２において、制御装置２０５は、入出力装置２９から、操作者が選択した運転モードに関する入力を受け取る。

次に、ステップＳ２３において、制御装置２０５は、入出力装置２９からの起動命令を受け取ると、燃料電池システム３００の運転を開始する。

次に、ステップＳ２４において、制御装置２０５は、計時器３０をスタートさせる。このとき、起動開始後の経過時間を示すパラメータｔはゼロにリセットされる。

次に、ステップＳ２５において、制御装置２０５は、第二の起動シーケンスに従って、原料供給装置１０７等の供給手段等を順次制御することで、燃料電池システム３００に起動動作を行わせる。

次に、ステップＳ２６において、制御装置２０５は、運転モードとして特殊運転モードが選択されているか否かの判定を行う。

ステップＳ２６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ２７に進み、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４の出力をそれぞれＫ１およびＫ２（単位：Ｗ）に制御して、変成部１０３および浄化部１０５を加熱する。

次に、ステップＳ２８において、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ２８において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３１に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ２８において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ２９に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）がｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ２９において、ｔ≧ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３０に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ２９において、ｔ≧ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ２８に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

ステップＳ２６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３２に進み、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４の出力をそれぞれＫ３およびＫ４（単位：Ｗ）に制御して、変成部１０３および浄化部１０５を加熱する。ここで、Ｋ３＞Ｋ１、Ｋ４＞Ｋ２である。

次に、ステップＳ３３において、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ３３において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３６に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ３３において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３４に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）が２ｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ３４において、ｔ≧２ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３５に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ３４において、ｔ≧２ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ３３に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

かかる動作により、本実施の形態の燃料電池システムは、通常運転モードと特殊運転モードを備える。水素生成装置１１８の内部に液体の水が溜まっている状態であっても、特殊運転モードを選択することにより、ヒータの加熱量を増加させ、速やかに前記水を蒸発させて水素生成装置１１８の外部に排出できる。よって、停電による緊急停止等が発生した場合にあっても、より容易に通常の運転へと復帰できる。一方、通常運転モードにおいては運転継続条件を厳しくすることで、より安全に燃料電池システムを運転することが可能となる。

また、上述の動作によれば、メンテナンス時においても、特殊運転モードを選択することで、運転停止が起こりにくくなる。よって、メンテナンスにおいても、起動時に、より長時間にわたって故障原因を調べることができる。よって、故障原因の特定が容易になる。

なお、上述の説明では、起動してから一定時間を経過した後における、浄化部１０５の温度が、ＴＪｓｌを超えているか否かを作動許可条件とした。そして、通常運転モードでは、前記一定時間をｔ３とし、特殊運転モードでは、前記一定時間をｔ３の２倍とした。しかし、作動許可条件はあくまで一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。起動後の水素生成装置の温度であれば、どの時点におけるどの部位の温度を作動許可条件に用いてもよい。一定の温度を超えるか否かではなく、上限と下限からなる一定の温度範囲に入るか否かを作動許可条件としてもよい。また、作動許可条件は時間や温度に限られず、水素生成装置の異常を検出可能なものであれば、どのような作動許可条件であってもよい。すなわち、作動許可条件には、燃料の水素濃度、圧力、水分含量など、様々なパラメータを利用できる。

また、上述の説明では、変成器ヒータ１１３および浄化器ヒータ１１４の出力を変更することにより、特殊運転モードにおける加熱量を増やしたが、改質用加熱器１０２の出力を変更すること（例えば、供給する原料量を増やす等）で特殊運転モードにおける加熱量を増やしてもよい。加熱量を増やすために変更するパラメータは必ずしも出力でなくともよい。加熱時間を設定している場合には、この加熱時間を増やしてもよい。水素生成装置１１８の温度が一定値に達するまで加熱をすることとしてもよい。これにより、水素生成装置１１８内部に水が溜まっている場合には、結果として、加熱に要する熱量が増えるために、加熱量も増加する。さらに、特殊運転モードでは、温度による判定に用いられる前記一定値を上昇させてもよい。

また、特殊運転モードにおいては、第一の水供給装置が改質器１００へ供給する水の量を減少させてもよい。停電によって運転が停止した後の起動時には、操作者による選択によらずに、制御装置が、自動的に特殊運転モードを選択して運転を行ってもよい。また、特殊運転モードが選択されている場合には、その旨が入出力装置２９に表示されてもよい。特殊運転モードでは、判定を行うまでの時間を、通常運転モードと比較して２倍から３倍に設定するのが好ましい。
（実施の形態３）
本実施の形態において製造される燃料電池システムの構成は、実施の形態１の図１に示したものと同様であるので、説明を省略する。本実施の形態の燃料電池システムの特徴は、特殊運転モードの場合に、作動許可条件を緩和すると同時に、原料供給装置１０７による改質触媒体１０１への原料の供給量を増やすところにある。

図６は、本実施の形態の燃料電池システムの制御装置２０５の動作プログラム（ここでは起動プログラム）の一例を示すフローチャートである。以下、図６を参照しながら、本実施の形態の燃料電池システムの特徴となる動作を説明する。

最初に、ステップＳ４１において、燃料電池システム３００は、運転待機の状態にある。

次に、ステップＳ４２において、制御装置２０５は、入出力装置２９から、操作者が選択した運転モードに関する入力を受け取る。

次に、ステップＳ４３において、制御装置２０５は、入出力装置２９からの起動命令を受け取ると、燃料電池システム３００の運転を開始する。

次に、ステップＳ４４において、制御装置２０５は、計時器３０をスタートさせる。このとき、起動開始後の経過時間を示すパラメータｔはゼロにリセットされる。

次に、ステップＳ４５において、制御装置２０５は、第三の起動シーケンスに従って、原料供給装置１０７等の供給手段等を順次制御することで、燃料電池システム３００に起動動作を行わせる。

次に、ステップＳ４６において、制御装置２０５は、制御装置２０５は、運転モードとして特殊運転モードが選択されているか否かの判定を行う。

ステップＳ４６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ４７に進み、原料供給装置１０７による改質触媒体１０１への原料供給量をＭ１（単位：Ｌ／分）に制御する。

次に、ステップＳ４８において、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ４８において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５１に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ４８において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ４９に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）がｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ４９において、ｔ≧ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５０に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ４９において、ｔ≧ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ４８に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

ステップＳ４６において、運転モードとして特殊運転モードが選択されていると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５２に進み、原料供給装置１０７による改質触媒体１０１への原料供給量をＭ２（単位：Ｌ／分）に制御する。ここで、Ｍ２＞Ｍ１である。

次に、ステップＳ５３において、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。本実施形態では、この判定を、浄化器１０５の温度（Ｔ）が基準温度であるＴＪｓｌを超えているか否かにより行う。

ステップＳ５３において、Ｔ＞ＴＪｓｌであると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５６に進み、通常の発電運転へと移行する。

ステップＳ５３において、Ｔ＞ＴＪｓｌでないと判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５４に進み、計時器３０により計測された時間（ｔ）が２ｔ３以上となっているか否かの判定を行う。

ステップＳ５４において、ｔ≧２ｔ３であると判定された場合には、制御装置２０５は、ステップＳ５５に進み、燃料電池システム３００の運転を停止する。

ステップＳ５４において、ｔ≧２ｔ３でないと判定された場合には、制御装置２０５は、再びステップＳ５３に戻り、水素生成装置１１８の温度が基準温度を超えているか否かの判定を行う。

かかる動作により、本実施の形態の燃料電池システムは、通常運転モードと特殊運転モードを備える。そして、特殊運転モードにおいては、改質触媒体１０１への原料供給量が増加する。すると、水素生成装置１１８内部を流れる燃料の流量が増加する。よって、下流への熱輸送量が増加する。このことにより、水素生成装置１１８全体をより早く昇温させることができる。したがって、停電による緊急停止等が発生した場合にあっても、より容易に通常の運転へと復帰できる。一方、通常運転モードにおいては運転継続条件を厳しくすることで、より安全に燃料電池システムを運転することが可能となる。

また、上述の動作によれば、メンテナンス時においても、特殊運転モードを選択することで、運転停止が起こりにくくなる。よって、メンテナンスにおいても、起動時に、より長時間にわたって故障原因を調べることができる。よって、故障原因の特定が容易になる。

なお、上述の説明では、起動してから一定時間を経過した後における、浄化部１０５の温度が、ＴＪｓｌを超えているか否かを作動許可条件とした。そして、通常運転モードでは、前記一定時間をｔ３とし、特殊運転モードでは、前記一定時間をｔ３の２倍とした。しかし、作動許可条件はあくまで一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。起動後の水素生成装置の温度であれば、どの時点におけるどの部位の温度を作動許可条件に用いてもよい。一定の温度を超えるか否かではなく、上限と下限からなる一定の温度範囲に入るか否かを作動許可条件としてもよい。また、作動許可条件は時間や温度に限られず、水素生成装置の異常を検出可能なものであれば、どのような作動許可条件であってもよい。すなわち、作動許可条件には、燃料の水素濃度、圧力、水分含量など、様々なパラメータを利用できる。

本実施の形態では、原料供給装置１０７は、改質触媒体１０１と改質用加熱器１０２の両方に原料を供給しているため、改質職媒体１０１への原料供給量を増加することとした。しかし、原料供給装置１０７が改質触媒体１０１にのみ原料を供給する場合には、水素生成装置１１８への原料供給量を増加することとしてもよい。いずれにせよ、水素生成装置１１８内部を通過する燃料（触媒体を通過することで改質され、変成され、浄化されるガス）の流量を増やすことができればよい。これにより、下流への熱輸送量が増加し、水素生成装置全体をより早く昇温させることができる。

また、特殊運転モードにおいては、第一の水供給装置が改質器１００へ供給する水の量を減少させてもよい。停電によって運転が停止した後の起動時には、操作者による選択によらずに、制御装置が、自動的に特殊運転モードを選択して運転を行ってもよい。また、特殊運転モードが選択されている場合には、その旨が入出力装置２９に表示されてもよい。特殊運転モードでは、判定を行うまでの時間を、通常運転モードと比較して２倍から３倍に設定するのが好ましい。

本発明に係る燃料電池システムは、異常停止後やメンテナンス時において、作動許可条件を緩和して運転することが可能な燃料電池システムとして有用である。

本発明の実施の形態１の燃料電池システムの概略構成の一例を説明する模式図である。 本発明の実施の形態１の燃料電池システムの制御装置の概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の燃料電池システムに搭載される水素生成装置の起動開始時（ｔ０）からの経過時間を横軸として改質器、変成器および浄化器の温度立ち上がり特性を示す図である。 本発明の実施の形態１の燃料電池システムの制御装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の燃料電池システムの制御装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の燃料電池システムの制御装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

２７ 制御部
２８ 記憶部
２９ 入出力装置
３０ 計時器
１００ 改質器
１０１ 改質触媒体
１０２ 改質用加熱器
１０３ 変成器
１０４ 変成触媒体
１０５ 浄化器
１０６ ＣＯ選択酸化触媒体
１０７ 原料供給装置
１０８ 第一の水供給装置
１０９ 第二の水供給装置
１１０ 電磁弁
１１１ 燃焼ファン
１１３ 変成器ヒータ
１１４ 浄化器ヒータ
１１５ 改質器温度検出器
１１６ 変成器温度検出器
１１７ 浄化器温度検出器
１１８ 水素生成装置
２００ 酸化剤供給装置
２０１ 空気供給装置
２０２ 酸化側加湿器
２０３ 燃料電池本体
２０４ 切り替え弁
２０６ 電磁弁
３００ 燃料電池システム
３０１ 第一の燃料通路
３０２ 第二の燃料通路
３０３ 第一の改質ガス通路
３０４ 第二の改質ガス通路
３０５ 第三の改質ガス通路
３０６ 第一の分岐通路
３０７ 第二の分岐通路
３０８ 第一の水通路
３０９ 第二の水通路
３１０ 第三の水通路
３１１ 第一の空気通路
３１２ 第二の空気通路

Claims (14)

1. 原料を供給する原料供給装置と、
   水を供給する水供給装置と、
   前記原料と前記水とを反応させて水素を含む燃料を生成する水素生成装置と、
   酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、
   前記水素生成装置により生成された燃料および前記酸化剤供給装置により供給された酸化剤を用いて発電する燃料電池と、
   制御装置と、を少なくとも備えた燃料電池システムであって、
   通常運転モードおよび、特殊運転モードと、を有し、
   前記制御装置は、前記通常運転モードにおいて、第一の作動許可条件が満たされたか否かに応じて前記燃料電池システムの運転を継続させまたは停止させるよう制御し、
   運転停止時に水素生成装置内部を原料でパージするパージ動作が実行されなかった後に運転するとき、前記特殊運転モードにおいて、第一の作動許可条件よりも緩和された第二の作動許可条件が満たされたか否かに応じて前記燃料電池システムの運転を継続させまたは停止させるよう制御する、燃料電池システム。
2. 前記第１の作動許可条件が、温度、時間、燃料の水素濃度、圧力及び水分含有量のいずれかのパラメータに関する条件であって、前記第２の作動許可条件が、前記第１の作動許可条件と同一のパラメータに関し前記第１の作動許可条件を緩和した条件である、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. さらに、前記水素生成装置の温度を検出する温度検出器と、
   前記水素生成装置の運転時間を計時する計時器と、を少なくとも備え、
   前記第一の作動許可条件は、特定の条件を満たしてから第一の所定期間中に前記水素生成装置の温度が第一の所定温度を上回るか否かであり、
   前記第二の作動許可条件は、特定の条件を満たしてから第二の所定期間中に前記水素生成装置の温度が第一の所定温度を上回るか否かであり、
   前記第二の所定期間が前記第一の所定期間よりも長くなっている、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記第二の所定期間が、前記第一の所定期間の２倍以上３倍以下である、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記水素生成装置は、
   前記原料と前記水とを反応させて水素を含むガスを生成する改質器と、
   前記改質器から供給されたガス中の一酸化炭素をシフト反応により低下させる変成器と、を少なくとも備え、
   前記温度検出器は、前記改質器、前記変成器の少なくとも一つの温度を検出する、請求項３に記載の燃料電池システム。
6. さらに、前記変成器から供給されたガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低下させる浄化器を備え、
   前記温度検出器は、前記改質器、前記変成器、前記浄化器の少なくとも一つの温度を検出する、請求項３に記載の燃料電池システム。
7. さらに、前記水素生成装置を加熱するヒータを少なくとも備え、
   前記制御装置が、前記ヒータにより前記水素生成装置を加熱する燃料電池システムであって、
   前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記ヒータによる加熱量を増やす、請求項１に記載の燃料電池システム。
8. 前記水素生成装置は、
   原料を改質する改質器と、
   前記改質器を加熱する改質用加熱器と、を少なくとも備え、
   前記制御装置が、前記改質用加熱器により前記改質器を加熱する燃料電池システムであって、
   前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記改質用加熱器による加熱量を増やすよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
9. 前記制御装置が、前記特殊運転モードにおいて、前記原料供給装置からの原料の供給量を増やすよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
10. 前記改質用加熱器は、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを燃焼させる、請求項８に記載の燃料電池システム。
11. 前記制御装置は、前記特殊運転モードにおいて、前記水供給装置が供給する水の量を減少させるよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
12. 前記通常運転モードと前記特殊運転モードを選択することを操作者に可能ならしめるべく構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
13. 停電によって運転が停止した後の起動時には、制御装置が、特殊運転モードを選択して運転を行う、請求項１に記載の燃料電池システム。
14. さらに、前記燃料電池システムの状態を表示する表示装置を少なくとも備え、前記特殊運転モードが選択されている場合には、前記表示装置にその旨を表示する、請求項１に記載の燃料電池システム。

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