JP4991165B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明はガスに含まれている水分を凝縮させる凝縮器を有する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムとして、燃料ガスにより発電する燃料電池と、燃料電池に供給される燃料ガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、凝縮器で溜まった凝縮水を貯留する貯留部とをもつものが知られている。

上記した燃料電池システムの運転を停止させるとき、燃料ガスを改質する改質器をある程度まで冷却させた後に停止完了とし、その後、放冷させる。また燃料電池システムでは、運転が停止されているとき、異物の混入防止、改質器内の触媒の保護などため、開閉弁を閉鎖することにより改質器および凝縮器付近を密閉空間とし、大気開放とはしない。このため、燃料電池システムの運転を停止させるとき、上記密閉空間が熱をもった状態から次第に冷える。このとき、水蒸気を多く含んだガスが冷却されることにより水が凝縮する。故に、密閉空間の内部が負圧になる。この状態で凝縮器に溜まった水を排出させるべく、凝縮器に繋がる排水弁を開放させると、負圧の影響で、貯留部に溜まっている水が排水弁を介して凝縮器側（負圧側）に逆流してしまうおそれがある。

特許文献１には、燃料電池システムにおいて、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器の下流側にそれぞれ熱交換器を設け、各熱交換器に専用の配管を設けた燃料電池システムの起動方法に関する技術が開示されている。このものによれば、起動開始前に、不活性ガスを各熱交換器に供給し、各熱交換器の内部に滞留している凝縮水を各熱交換器から排出させ、その後、燃料電池システムを起動させることにしている。このものによれば、各熱交換器の内部に滞留している凝縮水を不活性ガスにより排出させることができるため、各改質器、ＣＯ変成器およびＣＯ除去器を早期に暖気させることができる。

また特許文献２には、燃料ガスに含まれている水分を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で凝縮した凝縮水を気液分離させる２以上の気液分離器と、各気液分離器で気液分離された凝縮水を貯留するための回収水貯留部と、気液分離器と回収水貯留部とを繋ぐ排水路と、排水路に設けられた弁機構とをもつ燃料電池システムが開示されている。このものによれば、複数の気液分離器が排水路を介して相互に通水しないように弁機構を制御装置が制御している。これにより複数の気液分離器相互間の差圧に起因する水の逆流を防止することにしている。

また特許文献３には、燃料ガスを水素リッチなガスに改質する改質部と、改質後のガスに含まれているＣＯを低減させるＣＯ低減部とを設け、更に、改質部の底にドレン孔を形成し、ＣＯ低減部の底にドレン孔を形成した燃料改質装置が開示されている。このものによれば、システムの起動時に、改質部に溜まっている液分、ＣＯ低減部に溜まっている液分を排出させる燃料電池用の燃料改質装置が開示されている。
特開２００２−２６０６９９号公報 特開２００４−２２０８７６号公報 特開２００４−１８２５３１号公報

上記した各特許文献に係る技術には、燃料電池システムの凝縮器、凝縮器に繋がる配管の負圧の状態において凝縮器の凝縮水を排出させる記載はない。従って凝縮器、凝縮器に繋がる配管の負圧の状態において、排水バルブが開放すると、負圧に起因して水の逆流が生じるおそれが高い。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、凝縮器の内部の負圧化に起因して貯留部から凝縮器に水が逆流することを抑えるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスにより発電する燃料電池と、燃料電池に供給される反応ガスまたは反応ガスのオフガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、凝縮器に溜まった凝縮水を貯留する貯留部とをもつ燃料電池システムにおいて、
前記凝縮器と前記貯留部との間に設けられ、前記凝縮器と前記貯留部との連通を遮断する閉鎖状態と、前記凝縮器と前記貯留部とを連通させて前記凝縮器の水を貯留部に排出する開放状態とに切替可能な排水弁と、
反応ガスを燃料電池に供給させる通路において前記凝縮器の上流側および下流側にそれぞれ開閉可能に設けられ、発電運転の停止に伴なう閉鎖により前記凝縮器の内部を密閉空間とさせ得る開閉弁と、
燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、前記凝縮器の内圧を上昇させた後に前記排水弁を開放状態とする内圧上昇・排水処理を行うための制御装置とを具備しており、
制御装置は、
燃料電池システムの発電運転を停止させるとき、凝縮器の上流側および下流側にそれぞれ設けられている開閉弁を閉鎖させて凝縮器の内部を密閉空間とさせる操作を行い、その後、
運転停止状態の燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、燃料電池システムの運転停止後の凝縮器の冷却に伴い負圧化されていた凝縮器の密閉空間に対して内圧上昇・排水処理を実行し、内圧上昇・排水処理において、負圧状態の凝縮器に燃料ガスまたは不活性ガスを供給させて凝縮器の内圧を上昇させる第１操作と、凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であることを検知または判定する第２操作と、凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であるとき排水弁を開放させ、凝縮器の水を貯留部に移送させると共に貯留部から凝縮器への水の逆流を抑制させる第３操作とを実行することを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池システムの発電運転を停止させるとき、凝縮器の上流側および下流側にそれぞれ設けられている開閉弁を閉鎖させ、凝縮器の内部を密閉空間とさせる操作を行う。燃料電池システムの運転停止後において、凝縮器の冷却に伴い、凝縮器の密閉空間は次第に負圧化される。

運転停止状態の燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、制御装置は、負圧状態の凝縮器に燃料ガスまたは不活性ガスを供給させて凝縮器の内圧を上昇させる第１操作を行い、次に、凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であることを検知または判定する第２操作を行い、凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であるとき、排水弁を開放させる第３操作を行う。

本発明によれば、排水弁が開放されると、凝縮器に溜まっている水は排水弁を通り貯留部に移送される。このように排水弁が開放されるときには、制御装置からの指令により、負圧状態の凝縮器に燃料ガスまたは不活性ガスを供給させて凝縮器の内圧を上昇させる第１操作を行っているため、凝縮器の内圧が上昇し、凝縮器の負圧が解除されている。このため凝縮器の負圧に起因して貯留部の水が凝縮器に逆流することが抑制される。

本発明に係る燃料電池システムによれば、運転停止状態の燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、排水弁が開放されるとき、凝縮器の内圧が上昇している。このため排水弁が開放されるとき、凝縮器の負圧に起因して貯留部の水が凝縮器に逆流することが抑制される。

本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスにより発電する燃料電池と、燃料電池に供給される反応ガスまたは反応ガスのオフガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、凝縮器に溜まった凝縮水を貯留する貯留部とをもつ。凝縮器に溜まっている水を排出するための排水弁が設けられている。凝縮器は、燃料電池に供給される反応ガスまたは反応ガスのオフガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成するものであり、その構造は特に限定されない。凝縮水を生成する反応ガスとしては、燃料ガスでも良いし、酸化剤ガスでも良い。排水弁は凝縮器と貯留部との間に設けられている。排水弁は、凝縮器と貯留部との連通を遮断する閉鎖状態と、凝縮器と貯留部とを連通させて凝縮器の水を貯留部に排出する開放状態とに切替可能とされている。

燃料電池システムの起動時において、制御装置は、凝縮器の内圧を上昇させた後に、排水弁を開放状態に切り替える内圧上昇・排水処理を行う。このため排水弁が開放されるとき、凝縮器の内圧が上昇している。このため貯留部の水が凝縮器に逆流することが抑制される。万一、貯留部の水が凝縮器に逆流することがあるとしても、凝縮器の内圧を上昇させない場合に比較して、逆流する水量は低減される。

制御装置は、上記した内圧上昇・排水処理を燃料電池システムの起動時に行う。燃料電池システムの運転が停止されているとき、凝縮器、凝縮器に繋がる配管が冷却されるため、凝縮器、凝縮器に繋がる配管に残留していたガスが水蒸気を含んだまま冷却される。このため、水が凝縮し、排水する必要がある場合もある。凝縮水が重力により凝縮器に集まる構造とされている。従って燃料電池システムの起動時に排水弁を開放させる。このようなとき、上記した内圧上昇・排水処理により凝縮器の内圧を上昇させるので、貯留部から凝縮器への逆流が防止される。

本発明によれば、凝縮器の上流側および下流側には開閉弁がそれぞれ設けられており、開閉弁の閉鎖により、凝縮器の内部は密閉空間とされる。凝縮器の内部は、水蒸気を含む密閉空間とされたまま冷却されるため、冷却に伴い凝縮器の内部が負圧となり易い。

本発明によれば、凝縮器の内部は改質器に繋がっており、改質器で改質された燃料ガスに含まれる水分を凝縮器の内部で凝縮させる形態が例示される。改質器は、改質反応前の燃料ガス（改質用原料）を改質反応により改質させ、燃料電池用の燃料ガス（改質ガス）を生成するものである。ここで、貯留部と改質器とは給水路を介して繋がっている形態が例示される。この場合、貯留部は、貯留部に貯留されている水を改質器における改質反応の原料水として給水路を介して供給する。

本発明によれば、制御装置としては、内圧上昇・排水処理を行うにあたり、ガスを凝縮器に供給して凝縮器の内圧を上昇させる第１操作と、凝縮器の内圧の上昇を検知または判定する第２操作と、凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であるとき、排水弁を開放させる第３操作とを実行する。

ここで、凝縮器の上流には第１流体搬送源が設けられており、制御装置は、前記第１流体搬送源の駆動時間によって、凝縮器の内圧が第１設定圧力以上に上昇したか否か判定する第２操作を行う手段が設けられている形態が例示される。また、凝縮器の上流には流量センサが設けられており、制御装置は、流量センサによって検知された投入流量によって、凝縮器の内圧が第１設定圧力以上に上昇したか否か判定する第２操作を行う手段を有する形態が例示される。また制御装置は、上記した内圧上昇・排水処理を実行するとき、凝縮器および凝縮器に繋がる配管における内部圧力の上昇を利用し、上昇した凝縮器の内圧の低下、あるいは、内部圧力が上昇しないことを検知することにより、凝縮器および凝縮器に繋がる配管におけるガス漏れの有無を判定する手段を有する形態が例示される。この場合、内圧上昇・排水処理を実行する毎にガス漏れの有無が検知されるため、システムの信頼性をより高め得る。

本発明によれば、凝縮器の内圧を上昇させるガスとしては、改質前の燃料ガス（例えば天然ガスまたは都市ガス等）でも良いし、あるいは、改質後の燃料ガスでも良いし、あるいは、不活性ガスでも良い。不活性ガスは窒素ガス、アルゴンガスが例示される。制御装置としては、凝縮器の内圧の低下量（ΔＰ）が第２設定圧力（ΔＰＥ）を超えるとき異常判定（例えば配管漏れ等）を行う形態が例示される。

本発明によれば、制御装置は、凝縮器の内部が負圧でないと判定されるときには、内圧上昇・排水処理を行わない形態が例示される。殊に、内圧上昇・排水処理を行わずに、改質器のバーナーを着火させる形態が例示される。凝縮器の内部が負圧でないと判定されるとき、水の逆流が発生しないと推定されるため、内圧上昇・排水処理を行わない。この場合、内圧上昇・排水処理を省略できるため、本システムの起動時間を短縮できる。凝縮器の内部が負圧であるか否かの判定としては、凝縮器の空間または凝縮器に繋がる空間の圧力を検知する圧力センサを用いて行うことができる。または、凝縮器の空間または凝縮器に繋がる空間の温度を検知する温度センサを用いて行うことができる。当該空間の温度が所定温度以上あれば、冷却に伴い負圧化が発生していないため、内圧上昇・排水処理を省略することができるが、必要があれば内圧上昇・排水処理を実行しても良い。

以下、本発明の実施例１について図１〜図３を参照して説明する。図１において、配管は実線で示され、制御装置４０に繋がる信号線は破線で示されている。本実施例に係る燃料電池システムによれば、燃料ガス供給源１からスタック２の燃料入口２ｉに繋がる燃料供給通路３が設けられている。スタック２は燃料電池のセルを積層して形成されている。燃料供給通路３は通路３ａ，３ｃを備えている。

図１に示すように、燃料供給通路３には上流側から、主要構成要素として、改質器４と、第１凝縮器１１と、スタック２とがこの順で直列に配置されている。スタック２は、燃料ガス（反応ガス）と酸化剤ガス（反応ガス）により発電する燃料電池を組み付けたものであり、燃料ガスが供給される燃料極と、酸化剤ガス（一般的には空気）が供給される酸化剤極とをもつ。酸化剤ガスは、酸化剤ガス通路１５、第４ポンプＰＵ４を経てスタック２の酸化剤入口２ｘから酸化剤極に供給され、スタック２の内部を通過して発電反応に使用され、スタック２の酸化剤出口２ｙから吐出される。

本実施例によれば、第１凝縮器１１は、スタック２の燃料入口２ｉに供給される反応ガスとしての燃料ガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成するものである。第１凝縮器１１は、冷却液が流れる冷却部を有しており、冷却部により水分を凝縮させる構造とされているが、これに限定されない。第１凝縮器１１に溜まっている水量を検知する第１水位センサ１６が第１凝縮器１１に付設されている。

第１凝縮器１１の入口の上流に改質器４が設けられいる。改質器４は、燃料ガス供給源１から供給される改質前の燃料ガス（例えば天然ガス、都市ガス等）を改質反応（水蒸気を利用した改質反応）により水素リッチなガスに改質させるものである。改質器４は、燃料ガスを改質反応（水蒸気を利用した改質反応）により改質させる改質反応部５と、改質反応部５を加熱させるバーナー６とを備えている。よって、改質器４では、バーナー６で燃焼が生じると、改質反応部５が高温に加熱される。このとき燃料ガスおよび原料水が改質反応部５に供給されると、水蒸気および改質反応部５の熱により、燃料ガスは改質されて水素含有ガスとなる。このような改質反応が改質反応部５において行われる。従って、改質反応を経た燃料ガス（反応ガス）は、水蒸気を多く含む。改質反応を経た燃料ガスは、第１凝縮器１１および第６開閉弁ＳＶ６を経てスタック２の燃料入口２ｉから燃料極に供給される。ここで、改質反応後の燃料ガスに含まれている水蒸気は、冷却機能をもつ第１凝縮器１１により凝縮されて凝縮水となる。従って、スタック２の燃料極に供給される燃料ガスの湿度は適正化される。

図１に示すように、燃料供給通路３のうち、改質器４の入口の上流と燃料ガス供給源１とを繋ぐ通路３ａには、第３開閉弁ＳＶ３、第１ポンプＰＵ１、脱硫器１３、第４開閉弁ＳＶ４が直列にこの順に配置されている。燃料供給通路３の通路３ａから分岐した分岐通路１０が設けられている。燃料ガス供給源１は分岐通路１０を介して改質器４のバーナー６の入口６ｅに繋がれている。分岐通路１０には第２ポンプＰＵ２が設けられている。第２ポンプＰＵ２が駆動すると、燃料ガス供給源１の燃料ガスは入口６ｅからバーナー６に供給され、バーナー６で燃焼される。バーナー６は図示しない空気供給装置により燃焼用の外気を取り入れる。

図１に示すように、第１凝縮器１１と貯留部７とを繋ぐ第１排水通路１１ａが設けられている。第１排水弁ＳＶ１は第１排水通路１１ａに設けられている。従って、第１排水弁ＳＶ１は、第１凝縮器１１の排水孔１１ｃと貯留部７の第１入口７ｆとの間に設けられている。第１排水弁ＳＶ１は、第１凝縮器１１に溜まっている水を排出するためのものである。第１凝縮器１１の水を重力を利用して排水させるため、排水弁１は第１凝縮器１１の下方に配置されている。第１排水弁ＳＶ１は、第１凝縮器１１の排水口１１ｃと貯留部７の第１入口７ｆとの連通を遮断する閉鎖状態と、第１凝縮器１１の排水口１１ｃと貯留部７の第１入口７ｆとを連通させ、第１凝縮器１１の水を貯留部７の第１入口７ｆに排出する開放状態とに切替可能とされている。

図１に示すように、貯留部７は、第１凝縮器１１で溜まった凝縮水を貯留する。ここで、貯留部７は、水を貯留する貯留室７０ａをもつ水貯留部７０と、水貯留部７０に貯留されている水を精製するための水精製部７１とをもつ。貯留室７０ａは大気に連通する。水貯留部７０は第１凝縮器１１に近い側に配置されており、水精製部７１は水貯留部７０よりも第１凝縮器１１に対して遠い側に配置されている。第１凝縮器１１に溜まった凝縮水は、第１排水弁ＳＶ１の開放により、第１排水通路１１ａおよび第１排水弁ＳＶ１を介して貯留部７の第１入口７ｆに供給され、水貯留部７０を介して水精製部７１に至る。水精製部７１はイオン交換膜などの浄化要素を有する。貯留部７の水の純度が充分でないときであっても、その水は、水精製部７１により浄化されて純水化される。改質反応部５における改質反応で水を再利用するためである。

図１に示すように、貯留部７の水精製部７１の出口と改質器４の入口とは、給水通路７５を介して繋がっている。給水通路７５には第３ポンプＰＵ３および第５開閉弁ＳＶ５が設けられている。従って、水精製部７１により純化された水は、第３ポンプＰＵ３の駆動により、給水通路７５を介して改質器４の改質反応部５に原料水として供給され、改質反応に使用される。

燃料供給通路３には、第１凝縮器１１の出口と燃料電池のスタック２の燃料入口２ｉとを繋ぐ通路３ｃが設けられている。通路３ｃには、圧力センサ２０および第６開閉弁ＳＶ６がこの順で直列に設けられている。スタック２の燃料オフガス出口２ｏは、改質器４のバーナー６のオフガス入口６ａに帰還通路２３を介して改質器４のバーナー６に繋がる。帰還通路２３には、上流から、第７開閉弁ＳＶ７，第２凝縮器１２がこの順で直列に配置されている。スタック２の燃料オフガス出口２ｏから吐出された燃料オフガスには燃料成分が残留していることがある。このため、燃料オフガスは、第７開閉弁ＳＶ７の開放によりバーナー６のオフガス入口６ａに至り、バーナー６で燃焼される。この場合、燃料オフガスは第２凝縮器１２を通過するため、燃料オフガスに含まれている水分が凝縮して取り除かれる。このため燃料オフガスはバーナー６で良好に燃焼される。

図１に示すように、第２凝縮器１２はこれの水位を検知する第２水位センサ１４をもつ。第２凝縮器１２に凝縮水が溜まった所定量を第２水位センサ１４が検知すると、第２排水弁ＳＶ２が開放する。これにより第２排水通路１２ａを介して貯留部７の第２入口７ｓに供給される。第２排水弁ＳＶ２は、第２凝縮器１２の排水口１２ｃと貯留部７の第２入口７ｓとの連通を遮断する閉鎖状態と、第２凝縮器１２の排水口１２ｃと貯留部７の第２入口７ｓとを第２排水通路１２ａを介して連通させて、第２凝縮器１２の水を貯留部７に排出する開放状態とに切替可能とされている。

貯留部７は第１凝縮器１１および第２凝縮器１２の下方に配置されている。第１排水弁ＳＶ１および第２排水弁ＳＶ２は、第１凝縮器１１および第２凝縮器１２の下方でかつ貯留部７よりも上方に配置されている。第１凝縮器１１および第２凝縮器１２に溜まった水を重力で貯留部７が受けるためである。

図１に示すように、燃料供給通路３には迂回通路９が設けられている。迂回通路９は、本システムの起動初期時において改質された燃料ガスを迂回させるものである。迂回通路９には第８開閉弁ＳＶ８が設けられている。改質器４の起動初期では、改質された燃料ガスの組成が充分に安定していないことがある。このため、第６開閉弁ＳＶ６および第７開閉弁ＳＶ７が閉鎖している状態で第８開閉弁ＳＶ８が開放する。このため改質器４の起動初期では、改質された燃料ガスはスタック２に流れず、迂回通路９を流れ、迂回通路９および第２凝縮器１２を経てバーナー６に至り、バーナー６で燃焼され、改質反応部５の加熱に利用される。

図１に示すように、本システムを制御する制御装置４０が設けられている。制御装置４０は、第１排水弁ＳＶ１、第２排水弁ＳＶ２、第３開閉弁ＳＶ３、第４開閉弁ＳＶ４，第５開閉弁ＳＶ５，第６開閉弁ＳＶ６，第７開閉弁ＳＶ７，第８開閉弁ＳＶ８、第１ポンプＰＵ１、第２ポンプＰＵ２、第３ポンプＰＵ３、第４ポンプＰＵ４を制御する。圧力センサ２０の信号は制御装置４０に入力される。

さて燃料電池システムの運転を起動させる一般的な基本手順を説明する。まず、第３開閉弁ＳＶ３を開放させるとともに第２ポンプＰＵ２を駆動させる。これにより燃料ガスがバーナー６に送給され、バーナー６が着火され、改質反応部５が高温に加熱される。この場合、第４開閉弁ＳＶ４，第５開閉弁ＳＶ５，第６開閉弁ＳＶ６，第７開閉弁ＳＶ７，第８開閉弁ＳＶ８が閉鎖されている。かつ、第１排水弁ＳＶ１、第２排水弁ＳＶ２が閉鎖されている。

バーナー６が着火されると、改質反応部５が加熱されて次第に高温となり、改質反応が開始される。改質反応では、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４が開放している状態で、第１ポンプＰＵ１を駆動させる。すると、燃料ガスは脱硫器１３を経て改質反応部５に供給される。このとき、第５開閉弁ＳＶ５が開放すると共に第３ポンプＰＵ３が駆動し、水精製部７１の水が改質反応部５に供給される。これにより燃料ガスは水蒸気改質され、水素を主要成分とするガスとなる。このように改質された燃料ガスは第１凝縮器１１で水分が除去された後に、迂回通路９を経て第２凝縮器１２に至り、第２凝縮器１２で水分が除去された後に、バーナー６に至り、バーナー６で燃焼される。この場合、第６開閉弁ＳＶ６、第７開閉弁ＳＶ７は閉鎖されており、燃料ガスはスタック２に供給されない。起動初期の燃料ガスの組成の安定性は必ずしも充分ではないためである。

燃料ガスの組成が安定すると、第８開閉弁ＳＶ８が閉鎖され迂回通路９が遮断される。更に第６開閉弁ＳＶ６、第７開閉弁ＳＶ７は開放され、改質後の燃料ガスは第１凝縮器１１および第６開閉弁ＳＶ６を経て、スタック２の燃料入口２ｉから燃料極に供給され、発電に使用される。スタック２から排出された発電反応後の燃料オフガスは、第７開閉弁ＳＶ７および帰還通路２３を経て第２凝縮器１２に至り、第２凝縮器１２で水分を除去した後に、バーナー６に供給されて燃焼される。

次に、燃料電池システムの運転を停止する場合について説明する。この場合、第３開閉弁ＳＶ３，第４開閉弁ＳＶ４，第５開閉弁ＳＶ５，第６開閉弁ＳＶ６，第７開閉弁ＳＶ７，第８開閉弁ＳＶ８が閉鎖される。このため、改質反応部５の空間、改質反応部５よりも下流の第１凝縮器１１の空間、これらに繋がる配管の空間は、第１凝縮器１１を中心とする密閉空間を形成している。即ち、第４開閉弁ＳＶ４，第５開閉弁ＳＶ５，第６開閉弁ＳＶ６，第８開閉弁ＳＶ８、第１排水弁ＳＶ１によって閉鎖された状態で、密閉空間が形成される。改質反応部５が次第に冷却されるので、この密閉空間は徐々に冷却される。このとき密閉空間内には、水蒸気を含む高温の燃料ガスが封入されている。従って、水蒸気を含む高温の燃料ガスは、密閉されたまま冷却される。このような冷却に伴い、水蒸気が密閉空間内で次第に凝縮する。生成された凝縮水は、重力により第１凝縮器１１に集められる。密閉空間の温度の低下と、密閉空間内の水蒸気が凝縮するときのガス体積低下とにより、密閉空間（改質反応部５、第１凝縮器１１の内部、これらの配管）の内部は負圧となる。

このように燃料電池システムの運転を停止させると、改質反応部５の内部および第１凝縮器１１の内部は、負圧となる。このとき第１凝縮器１１の内部に外気を導入すれば、負圧は防止される。しかし改質反応部５に担持されている触媒成分が空気により劣化するおそれがある。このように本実施例によれば、システムの停止時に改質反応部５の内部および第１凝縮器１１の内部に外気を導入しないため、改質反応部５における触媒成分の長寿命化が図られている。

なお、燃料電池システムの運転停止後には、第２凝縮器１２においても同様に配管の内部の凝縮した凝縮水が集められるが、第２凝縮器１２は、大気に繋がるバーナー６に連通しているため、大気連通状態となり、負圧にはならない。

上記したように第１凝縮器１１および第２凝縮器１２に溜まった水は、燃料電池システムの次回の起動時までに充分に排水することが好ましい。なお、第２凝縮器１２については、前述したように負圧にならないため、本システムの停止中であっても、本システムの起動直前であっても、第２排水弁ＳＶ２を開放させれば、第２凝縮器１２の水を排水できる。

しかしながら改質反応部５および第１凝縮器１１については、前述したように密閉空間の密閉性が高いため、本システムの次回の起動時まで負圧状態のまま維持される。このため本システムの起動時において、第１凝縮器１１に溜まっている水を排出すべく第１排水弁ＳＶ１が開放されると、貯留部７に溜まっている水が、負圧の影響で、第１排水弁ＳＶ１および第１排水通路１１ａを介して第１凝縮器１１の内部に逆流するおそれがある。このように貯留部７の水が第１凝縮器１１に逆流すると、第１凝縮器１１に繋がる各種配管の通路断面積を狭くしたり、第１凝縮器１１に繋がる改質器４の改質性能を低下させるおそれがある。殊に、水貯留部７０の水は水精製部７１で精製される前であるため、浄化が必ずしも充分ではないため、上記した逆流は好ましくない。

このため本実施例によれば、本システムの運転を起動させる前に、先ず、改質器４および第１凝縮器１１よりも上流に配置されている第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる。このとき、第１排水弁ＳＶ１は閉鎖されている。第６開閉弁ＳＶ６、第７開閉弁ＳＶ７、第８開閉弁ＳＶ８も閉鎖されている。

この結果、改質反応部５および第１凝縮器１１といった負圧状態となっていた空間に、燃料ガス供給源１からの燃料ガス（改質反応前の燃料ガス）が供給される。このため、第１凝縮器１１および改質器４が大気圧を超える圧力に昇圧される（第１操作）。燃料ガス供給源１から供給される燃料ガスの圧力は大気圧を超えるためである。第１凝縮器１１の上昇した内圧Ｐ１は圧力センサ２０で検知される（第２操作）。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ（第１設定圧力）以上となったら、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（第３操作）。

第１凝縮器１１の内圧Ｐ１を上昇させ、内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡ以上になったら、第１排水弁ＳＶ１を開放させる操作が内圧・上昇排水処理である。

この結果、燃料電池システムの運転停止中に第１凝縮器１１に溜まっていた凝縮水（第１凝縮器１１内の凝縮水）は、第１凝縮器１１から第１排水通路１１ａおよび第１排水弁ＳＶ１を介して貯留部７に移動する。なお、設定圧力ＰＡは本システムに応じて適宜設定できる。

第１凝縮器１１の水位が低下したことは、第１水位センサ１６により検知される。すると、第６開閉弁ＳＶ６、第７開閉弁ＳＶ７および第８開閉弁ＳＶ８が閉鎖された状態で、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖する。更に、第１ポンプＰＵ１を停止させ、改質器４および第１凝縮器１１への燃料ガスの供給を停止する。

このように第１凝縮器１１に溜まっていた凝縮水を貯留部７に排出させた後、本システムの起動を開始させてバーナー６を着火させる。即ち、第３開閉弁ＳＶ３が開放している状態で第２ポンプＰＵ２を駆動させて燃料ガスをバーナー６に供給してバーナー６を着火し、改質反応部５を改質反応に適する高温領域に加熱する。改質反応部５が高温領域に到達した後、バーナー６の燃焼を維持しつつ、第４開閉弁ＳＶ４を開放させると共に第１ポンプＰＵ１を駆動させて燃料ガスを改質反応部５に供給して燃料ガスを改質させて燃料ガスを生成する。このとき前述したように第５開閉弁ＳＶ５が開放した状態で第３ポンプＰＵ３が駆動し、貯留部７の水精製部７１から原料水が改質反応部５に供給される。

本システムの起動時の初期においては、改質反応部５で改質された燃料ガスの組成は安定しないことがある。このため、第６開閉弁ＳＶ６および第７開閉弁ＳＶ７を閉鎖した状態で第８開閉弁ＳＶ８を開放させ、起動時初期の燃料ガスを迂回通路９から第２凝縮器１２を経てバーナー６に送る。改質反応部５で改質された燃料ガスの組成が安定したら、第８開閉弁ＳＶ８を閉鎖した状態で第６開閉弁ＳＶ６および第７開閉弁ＳＶ７を開放させ、燃料ガスをスタック２の燃料入口２ｉに供給する。これにより酸化剤ガス通路１５から供給される酸化剤ガスと共に、スタック２において発電運転が行われる。

なお第１凝縮器１１の水位を検知する第１水位センサ１６が設けられているが、第１排水弁ＳＶ１が開放している継続時間が既知であれば、第１水位センサ１６を廃止しても良い。この場合には、第１排水弁ＳＶ１が開放する開放時間を予め設定しておき、第１排水弁ＳＶ１をその時間開放させることにより内圧上昇・排水処理を実行しても良い。第１ポンプＰＵ１〜第４ポンプＰＵ４はそれぞれ流体搬送源として機能するものであれば良く、ポンプ以外の流体搬送源にしても良い。

（制御装置４０が実行するフローチャート）
図２は、燃料電池システムの起動開始時において、バーナー６を着火させる前に実行する内圧上昇・排水処理について制御装置４０が実行するフローチャートの一例を示す。ＹはＹＥＳを意味し、ＮはＮＯを意味する。フローチャートはこれに限定されるものではない。図２に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳ４）。このとき、第１排水弁ＳＶ１は閉鎖されている。第６開閉弁ＳＶ６、第７開閉弁ＳＶ７、第８開閉弁ＳＶ８も閉鎖されている。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が大気圧を超えて上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡ（第１設定圧力）以上であるか判定する（ステップＳ６）。内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡ以上であれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、逆流のおそれが無いため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳ８）。第１排水弁ＳＶ１の開放により、第１凝縮器１１の水位が低下する。第１凝縮器１１の水位が所定量以上低下したことを第１水位センサ１６が確認したか否かを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０は、第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを判定する判定手段として機能する。

第１凝縮器１１の水位が所定量低下していれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に、第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理（ステップＳ１４）に移行し、改質器４のバーナー６を着火させる。着火にあたり、前述したように第３開閉弁ＳＶ３を開放させつつ第２ポンプＰＵ２を駆動させる。

図３は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理について制御装置４０が実行するフローチャートの他の例を示す。図３に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートと基本的には近似する。即ち、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４が開放する（ステップＳＢ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＢ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるか判定する（ステップＳＢ６）。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡ以上であれば（ステップＳＢ６のＹＥＳ）、逆流のおそれが無いため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＢ８）。第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が所定量以上低下したか否かを判定するために、第１排水弁ＳＶ１の開放時間が設定時間ｔｘ継続したか判定する（ステップＳＢ１０）。

設定時間ｔｘ継続していれば（ステップＳＢ１０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳＢ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＢ１４）、改質器４のバーナー６を着火させる。このフローチャートによれば、第１凝縮器１１の水位低下は、第１排水弁ＳＶ１の開放時間に基づいて決定するため、第１水位センサ１６を廃止できる。従ってステップＳＢ１０は、第１凝縮器１１の所定量以上の水位低下を判定する判定手段として機能できる。

以上説明したように本実施例によれば、燃料ガス供給源１から燃料ガスを改質器４を経て第１凝縮器１１に供給し、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１を上昇させる内圧上昇・排水処理を行う。そして第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇し、貯留部７から第１凝縮器１１への逆流のおそれが無くなくなったら、第１排水弁ＳＶ１を開放させ、第１凝縮器１１に溜まっている水を第１排水弁ＳＶ１、第１排水通路１１ａを介して貯留部７に移行させる。このように本実施例によれば、第１排水弁ＳＶ１が開放に先だって、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇し、貯留部７から第１凝縮器１１への逆流のおそれが無くなくなっている。このため、貯留部７に溜まっている水が第１凝縮器１１へ逆流することが回避される。

殊に本実施例によれば、燃料電池システムの起動時において、改質器４のバーナー６の着火に先立ち、内圧上昇・排水処理を行う。このため起動時において、貯留部７に溜まっている水が第１凝縮器１１へ逆流することが回避される。

以下、本発明の実施例２について図４〜図６を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。図４は図１と基本的には同様の構成であるため、説明を省略する。但し、密閉空間の圧力を検知するための圧力センサ２０は搭載されていない。即ち、前記した実施例１では、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１は圧力センサ２０で検知され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上となったら、第１排水弁ＳＶ１を開放させて第１凝縮器１１内の凝縮水を第１排水通路１１ａおよび第１排水弁ＳＶ１を介して貯留部７に供給することにしている。

しかしながら本実施例によれば、前記した密閉空間の容積が既知であることに着目し、どの程度の流量の燃料ガスを改質反応部５および第１凝縮器１１に送れば、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡに到達するかは既知となる。

図５は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理のフローチャートの一例を示す。図５に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートと基本的には近似する。即ち図５に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＣ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＣ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるか判定するために、第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｙ経過したか否か判定する（ステップＳＣ６）。第１ポンプＰＵ１の単位時間あたりの搬送流量は既知である。負圧化される密閉空間の容積は既知であるため、密閉空間に送られる燃料ガスの投入流量Ｑは、基本的には、第１ポンプＰＵ１の単位時間あたりの搬送流量と、第１ポンプＰＵ１の駆動時間とに基づいて定まる。従って制御装置４０は第１ポンプＰＵ１を設定時間ｔｙ駆動させれば、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１を第１設定圧力ＰＡに到達させることができる。従ってステップＳＣ６は、第１ポンプＰＵ１の駆動時間によって、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるか否か判定する手段として機能する。このため第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｙを経過していれば（ステップＳＣ６のＹＥＳ）、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上と推定され、逆流のおそれが無い。このため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＣ８）。

第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が低下したことを第１水位センサ１６で確認したか否か判定する（ステップＳＣ１０）。第１凝縮器１１の水位が所定量低下していれば（ステップＳＣ１０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳＣ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＣ１４）、改質器４のバーナー６を着火させる。

図６は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理について制御装置４０が実行するフローチャートの他の例を示す。図６に示すフローチャートは、図３、図５に示すフローチャートと基本的には近似する。即ち、図６に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＤ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＤ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力以上であるか判定するために、第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｙ経過したか否か判定する（ステップＳＤ６）。第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｙ経過していれば（ステップＳＤ６のＹＥＳ）、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上と推定され、逆流のおそれが無いため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＤ８）。第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを確認すべく、第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放したか否かを判定する（ステップＳＤ１０）。

第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放していれば、第１凝縮器１１の水位が所定量低下していると推定される。このため、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳＤ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＤ１４）、改質器４のバーナー６を着火させる。上記したステップＳＤ１０は、第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを判定する判定手段として機能する。

以下、本発明の実施例３について図７〜図９を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図７は図１と基本的には同様の構成である。但し、図７に示すように圧力センサ２０が廃止されており、かつ、流量センサ３０が設けられている。流量センサ３０は、燃料供給通路３のうち第１凝縮器１１の上流に、つまり、第１ポンプＰＵ１と改質反応部５との間に設けられている。流量センサ３０は、改質反応部５に送られる燃料ガスの投入流量を検知することができる。従って、密閉空間に送られる燃料ガスの投入流量Ｑは、流量センサ３０により検知することができる。

図８は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理について制御装置４０が実行するフローチャートの一例を示す。図８に示すフローチャートは、図２、図５に示すフローチャートと基本的には近似する。即ち図８に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＥ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＥ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるか確認するため、流量センサ３０で検知した燃料ガスの投入量Ｑが設定量Ｑｍ以上であるか否か判定する（ステップＳＥ６）。燃料ガスの投入量Ｑが設定量Ｑｍ以上であれば（ステップＳＥ６のＹＥＳ）、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＡ以上と推定されるので、逆流のおそれが無い。このため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＥ８）。従って、ステップＳＥ６は、圧力センサ２０を用いることなく、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるかを燃料ガスの投入量Ｑに基づいて判定する手段として機能する。

第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを第１水位センサ１６が確認したか否かを判定する（ステップＳＥ１０）。第１凝縮器１１の水位が所定量低下していると判定されると（ステップＳＥ１０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳＥ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＥ１４）、改質器４のバーナー６を着火させる。

図９は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理のフローチャートの他の例を示す。図９に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートと基本的には近似する。即ち図９に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＦ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＦ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上であるか確認するため、流量センサ３０で検知した燃料ガスの投入量Ｑが設定量Ｑｍ以上であるか否か判定する（ステップＳＦ６）。燃料ガスの投入量Ｑが設定量Ｑｍ以上であれば（ステップＳＦ６のＹＥＳ）、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＡ以上と推定される。この場合、逆流のおそれが無いため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＦ８）。第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを確認する。このため、第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放したか否かを判定する（ステップＳＦ１０）。第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放していれば（ステップＳＦ１０のＹＦＳ）、第１凝縮器１１の水位が所定量低下していると推定される。そこで第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させると共に第１ポンプＰＵ１を停止させる（ステップＳＦ１２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＦ１４）、改質器４のバーナー６を着火させる。

以下、本発明の実施例４について図１０および図１１を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。従って図１を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例では、本システムの運転を起動するときに、密閉空間（改質反応部５、第１凝縮器１１、これに繋がる配管）におけるガス漏れがあるかないか確認する機能が追加されている。

改質反応部５およびその周辺は、本システムの起動および停止を繰り返すため、温度変化に伴いストレスが激しい状態とされる。更に本システムは予想されない過酷な条件下で使用されるおそれがある。従って、溶接部などの機械的破損の可能性やシール部分からの漏れに対して対策を講じることが、信頼性を向上させるために好ましい。

この点について本実施例によれば、本システムの起動に先立ち、つまり、バーナー６を着火するに先立ち、密閉空間の内圧Ｐ１を予め上昇させて、密閉空間においてガス漏れがあるか無いかを確認する。このためバーナー６を着火する前に、燃料ガスを改質反応部５および第１凝縮器１１に送給し、密閉空間の内圧Ｐ１を上昇させる。そして第１排水弁ＳＶ１を開放させて第１凝縮器１１の水を排出させるまでの間に、密閉空間の内圧Ｐ１の低下の有無を圧力センサ２０により確認する。

具体的には、本システムの起動指示がなされたとき、第１凝縮器１１よりも上流の第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させると共に、第１ポンプＰＵ１を駆動させる。これにより密閉空間の内部の圧力Ｐ１を上昇させる。そして圧力センサ２０の圧力値つまり内部の圧力Ｐ１が設定圧力ＰＥ（ＰＡと同一でも異なっていても良い）以上となったら、その状態で、第１ポンプＰＵ１を停止させると共に設定時間ｔｗ保持する。そして設定時間ｔｗ保持した後、圧力センサ２０の圧力値を再び読み込み、先回の圧力値と今回の圧力値との差分ΔＰを計算で求める。その差分ΔＰが第２設定圧力値ΔＰＦ以下で有れば、配管などにおけるガス漏れがないと判定する。配管等におけるガス漏れが無いため、燃料ガスを供給しても良い。そこで、第１排水弁ＳＶ１を開放させる。後の操作は実施例１と同様に実施する。変化した差分ΔＰが第２設定圧力ΔＰＦを超えていれば、圧力低下が大きく、密閉空間においてガス漏れのおそれがあると異常判定し、警報要素に警報信号を出力する。また、密閉空間を第１ポンプＰＵ１の駆動により昇圧させる際に、昇圧時間が設定時間以上かかったときには、異常判定する。

図１０は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理のフローチャートの一例を示す。図１０に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＧ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＧ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＥ以上であるか判定する（ステップＳＧ６）。内圧Ｐ１が第１設定圧力ＰＥ以上であれば（ステップＳＧ６のＹＥＳ）、第１ポンプＰＵ１を停止させると共に、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させ、そのときの圧力センサ２０が検知している内部圧力Ｐ１の圧力値を記録する（ステップＳＧ８）。

設定時間ｔｗその状態で密閉状態のまま保持しておく（ステップＳＧ１０）。そして設定時間ｔｗ経過後における圧力センサ２０の圧力値を記録する（ステップＳＧ１２）。設定時間ｔｗ経過前後における圧力センサ２０の圧力値の差分ΔＰを求める（ステップＳＧ１４）。差分ΔＰが第２設定圧力ΔＰＦ以下であるか否か判定する（ステップＳＧ１６）。

差分ΔＰが設定圧力ΔＰＦ以下であれば、密閉空間におけるガス漏れが無いと推定される。そのため、第１排水弁ＳＶ１を開放させる（ステップＳＧ１８）。第１排水弁ＳＶ１の開放により第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１凝縮器１１の水位が所定量低下したことを第１水位センサ１６で判定する（ステップＳＧ２０）。第１凝縮器１１の水位が所定量低下していれば（ステップＳＧ２０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させる（ステップＳＧ２２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＧ２４）、改質器４のバーナー６を着火させる。

また、ステップＳＧ６の判定の結果、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＥ以上ではないと判定されると（ステップＳＧ６のＮＯ）、昇圧速度が遅い。このため第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過しているか否か判定する（ステップＳＧ２６）。第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過していなけば（ステップＳＧ２６のＮＯ）、ステップＳ４に戻る。第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過していれば（ステップＳＧ２６のＹＥＳ）、第１凝縮器１１の昇圧に時間がかかり過ぎ、第１凝縮器１１およびこれに繋がる配管等におけるガス漏れのおそれがあるため、異常判定する（ステップＳＧ２８）。更にシステムの起動を不可とする信号を出力する（ステップＳＧ３０）。なお、ステップＳＧ２６は、密閉空間に対する昇圧時間に基づいて、本システムの起動時に、密閉空間にガス漏れがあるか否かを判定する判定手段として機能する。このようにシステムの起動の度に、改質反応部５および第１凝縮器１１に対するガス漏れ検知が実行されるため、信頼性を高め得る。

図１１は、燃料電池システムの起動開始時に実行する内圧上昇・排水処理のフローチャートの他の例を示す。図１１に示すように、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を開放させる（ステップＳＨ２）。更に第１ポンプＰＵ１を駆動させる（ステップＳＨ４）。これにより燃料ガス供給源１から燃料ガスが改質器４を経て第１凝縮器１１に供給され、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が上昇する。第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＥ以上であるか判定する（ステップＳＨ６）。内圧Ｐ１が設定圧力ＰＥ以上であれば（ステップＳＨ６のＹＥＳ）、第１ポンプＰＵ１を停止させると共に、第３開閉弁ＳＶ３および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させ、そのときの圧力センサ２０の圧力値を記録する（ステップＳＨ８）。

その状態で設定時間ｔｗ保持する（ステップＳＨ１０）。設定時間ｔｗ経過後に圧力センサ２０の圧力値を記録する（ステップＳＨ１２）。設定時間ｔｗの経過前後における圧力センサ２０の圧力値の差分ΔＰを求める（ステップＳＨ１４）。差分ΔＰが設定圧力ΔＰＦ以下であるか否か判定する（ステップＳＨ１６）。差分ΔＰが設定圧力ΔＰＦ以下であれば、密閉空間における圧力低下が実質的にないか少なく、密閉空間におけるガス漏れが無いと推定される。そのため第１排水弁ＳＶ１を開放させて燃料ガスを改質反応部５および第１凝縮器１１に導入する（ステップＳＨ１８）。第１排水弁ＳＶ１の開放時間の経過により、第１凝縮器１１の水位が低下する。そこで第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放したか否か判定する（ステップＳＨ２０）。第１排水弁ＳＶ１が設定時間ｔｍ開放していれば（ステップＳＨ２０のＹＥＳ）、第１排水弁ＳＶ１および第４開閉弁ＳＶ４を閉鎖させる（ステップＳＨ２２）。その後、燃料電池システムの起動処理に移行し（ステップＳＨ２４）、改質器４のバーナー６を着火させる。

また、ステップＳＨ６の判定の結果、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１が設定圧力ＰＥ以上ではないと判定されると（ステップＳＨ６のＮＯ）、昇圧に時間がかかり過ぎ、第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過しているか判定する（ステップＳＨ２６）。第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過していなけば（ステップＳＨ２６のＮＯ）、ステップＳ４に戻る。第１ポンプＰＵ１の駆動時間が設定時間ｔｕ以上経過していれば（ステップＳＨ２６のＹＥＳ）、昇圧に時間がかかり過ぎるため異常判定する（ステップＳＨ２８）と共に、システムの起動を不可とする信号を出力する（ステップＳＨ３０）。

以下、本発明の実施例５について図１２および図１３を参照して説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図１２は基本的には図１に近似する。図１３のフローチャートは基本的には図２のフローチャートに近似する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１２に示すように、貯留部７は、水を貯留する貯留室７０ａをもつ水貯留部７０と、水貯留部７０に貯留されている水を精製するための水精製部７１とをもつ。実施例１とは異なり、水精製部７１は第１凝縮器１１に近い側に配置されており、第１排水通路１１ａおよび第１排水弁ＳＶ１を介して第１凝縮器１１に繋がり、かつ、第２排水通路１２ａおよび第２排水弁ＳＶ２を介して第２凝縮器１２に繋がる。図１２に示すように、水貯留部７０は水精製部７１よりも第１凝縮器１１に対して遠い側に配置されている。貯留部７では、水精製部７１で精製されて純化された水が水貯留部７０に貯留される。

また実施例１と同様に、図１２に示すように、改質反応部５、第１凝縮器１１、これらに繋がれる配管の空間の圧力を検知する圧力センサ２０が設けられている。本実施例によれば、本システムの運転を停止した後に、次回の起動を行うにあたり、当該密閉空間の負圧化の有無を判定する（ステップＳ１）。圧力センサ２０の圧力値が所定値Ｐ１０以下のとき、密閉空間は負圧になっていると判定される（ステップＳ１のＹＥＳ）。そのため実施例１と同様に制御装置４０は、図１３に示すようにステップＳ２〜ステップＳ１２を実行し、第１凝縮器１１の内圧を上昇させた後に第１排水弁ＳＶ１を開放状態に切り替える内圧上昇・排水処理を行う。この場合、前述したように当該空間が負圧化していたとしても、貯留部７の水が第１凝縮器１１に逆流することが防止される。

しかしながらシステムの起動時に圧力センサ２０の圧力値が所定値Ｐ１１よりも高いとき、密閉空間が冷却されているものの、冷却が充分ではなく密閉空間が負圧化には至っていないと推定される（ステップＳ１のＮＯ）。このため圧力センサ２０の圧力値が所定値Ｐ１１よりも高いとき、制御装置４０は、ステップＳ１からステップＳ１４に進み、上記した内圧上昇・排水処理を実行せずに、本システムを起動させるべく、第４開閉弁ＳＶ４が閉鎖している状態で、第３開閉弁ＳＶ３を開放させると共に第２ポンプＰＵ２を駆動させてバーナー６を着火させ、改質反応部５を加熱させる。上記した内圧上昇・排水処理を省略する為、起動に要する時間を短縮するのに有利である。

更に本実施例によれば、密閉される密閉空間の温度を検知する温度センサ８０が設けられている。温度センサ８０の温度が所定温度Ｔ１０よりも低いときには、本システムを停止した時刻から長い時間が経過しており、当該密閉空間が充分に冷却され、前述したように密閉空間は負圧になっているおそれが高い。そのため前述したように制御装置４０は、第１凝縮器１１の内圧Ｐ１を上昇させた後に第１排水弁ＳＶ１を開放状態に切り替える内圧上昇・排水処理を行う。この場合、前述したように負圧に起因して貯留部７の水が第１凝縮器１１に逆流することが防止される。

しかしながら本システムを運転停止後に起動させるにあたり、温度センサ８０の温度が所定温度Ｔ１０よりも高いときには、本システムを停止した時刻からあまり時間が経過しておらず、結果として、密閉空間があまり冷却されておらず、密閉空間が暖かく、密閉空間の冷却に伴う負圧化が発生していないと推定され（ステップＳ１のＮＯ）、逆流も発生しにくいと推定される。このように温度センサ８０の温度が所定温度Ｔ１０よりも高いとき、制御装置４０は、ステップＳ１からステップＳ１４に移行し、上記した内圧上昇・排水処理を実行せずに、本システムを起動させるべく、バーナー６を着火させて改質反応部５を加熱させる。上記した内圧上昇・排水処理を省略する為、起動に要する時間を短縮できる。

前述したように貯留部７では、水精製部７１で精製されて純化された水が水貯留部７０に貯留される。予想外の事情により、万一、水精製部７１の水が第１凝縮器１１に逆流することがあったとしても、水精製部７１の水は浄化されているため、配管などの汚染が防止される。

（他の実施例）
内圧上昇・排水処理は、バーナに着火する前（つまり改質装置を起動させる前）に行っても良いし、これに限らず、改質装置の起動途中に内圧上昇・排水処理を行っても良い。この場合には例えば次のように行い得る。
（１）バーナを着火させ、蒸発器に原料水を送る。
（２）蒸発器で原料水が水蒸気となり、水蒸気が改質部に送られる。
（３）所定時間後、燃料ガス（改質用原料ガス）を改質部に送る。
（４）改質部において改質反応が始まる。

排水処理動作は次のいずれかで実施できる（そのときの圧力次第）。

・水蒸気だけで内圧が所定圧以上に上昇する場合には、（２）の段階で排水処理
・水蒸気と改質用原料ガスとの総圧力が所定圧以上に上昇する場合には、（３）の初期段階で排水処理する。

・水蒸気、改質用原料ガスおよび一部改質された燃料ガスの総圧力が所定圧以上に上昇する場合には、（３）の初期段階で排水処理する。

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。貯留部７は水貯留部７０と水精製部７１とを有するが、水精製部７１は貯留部７から分離されていても良い。上記した実施例では、燃料ガスが流れる通路に設けられている凝縮器に適用されているが、酸化剤ガスが流れる通路に設けられている凝縮器に適用されていても良い。

本発明は例えば車両用、定置用、電気機器用、電気機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。

実施例１に係り、燃料電池システムのブロック図である。 実施例１に係り、制御装置が実行する一例に係るフローチャートである。 実施例１に係り、制御装置が実行する他の例に係るフローチャートである。 実施例２に係り、燃料電池システムのブロック図である。 実施例２に係り、制御装置が実行する一例に係るフローチャートである。 実施例２に係り、制御装置が実行する他の例に係るフローチャートである。 実施例３に係り、燃料電池システムのブロック図である。 実施例３に係り、制御装置が実行する一例に係るフローチャートである。 実施例３に係り、制御装置が実行する他の例に係るフローチャートである。 実施例４に係り、制御装置が実行する一例に係るフローチャートである。 実施例４に係り、制御装置が実行する他の例に係るフローチャートである。 実施例５に係り、燃料電池システムのブロック図である。 実施例５に係り、制御装置が実行する一例に係るフローチャートである。

２は燃料電池のスタック、１１は第１凝縮器、７は貯留部、ＳＶ１は第１排水弁、ＳＶ２は第２排水弁、ＳＶ３は第３開閉弁、ＳＶ４は第４開閉弁、ＳＶ５は第５開閉弁、ＳＶ６は第６開閉弁、制御装置４０、４は改質器、５は改質反応部、６はバーナーを示す。

Claims (9)

1. 反応ガスにより発電する燃料電池と、前記燃料電池に供給される反応ガスまたは反応ガスのオフガスに含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器に溜まった凝縮水を貯留する貯留部とをもつ燃料電池システムにおいて、
   前記凝縮器と前記貯留部との間に設けられ、前記凝縮器と前記貯留部との連通を遮断する閉鎖状態と、前記凝縮器と前記貯留部とを連通させて前記凝縮器の水を貯留部に排出する開放状態とに切替可能な排水弁と、
   反応ガスを前記燃料電池に供給させる通路において前記凝縮器の上流側および下流側にそれぞれ開閉可能に設けられ、発電運転の停止に伴なう閉鎖により前記凝縮器の内部を密閉空間とさせ得る開閉弁と、
   前記燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、前記凝縮器の内圧を上昇させた後に前記排水弁を開放状態とする内圧上昇・排水処理を行うための制御装置とを具備しており、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池システムの発電運転を停止させるとき、前記凝縮器の上流側および下流側にそれぞれ設けられている前記開閉弁を閉鎖させて前記凝縮器の内部を密閉空間とさせる操作を行い、その後、
   運転停止状態の前記燃料電池システムの発電運転を起動させる起動時において、前記燃料電池システムの運転停止後の前記凝縮器の冷却に伴い負圧化されていた前記凝縮器の密閉空間に対して前記内圧上昇・排水処理を実行し、前記内圧上昇・排水処理において、負圧状態の前記凝縮器に燃料ガスまたは不活性ガスを供給させて前記凝縮器の内圧を上昇させる第１操作と、前記凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であることを検知または判定する第２操作と、前記凝縮器の内圧の上昇量が第１設定圧力以上であるとき前記排水弁を開放させ、前記凝縮器の水を前記貯留部に移送させると共に前記貯留部から前記凝縮器への水の逆流を抑制させる第３操作とを実行することを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記凝縮器の内部は、改質器に繋がっており、前記改質器で改質された燃料ガスに含まれる水分を前記凝縮器の内部で凝縮させることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２において、前記貯留部と前記改質器とは給水路を介して繋がっており、前記貯留部は、前記貯留部に貯留されている水を前記給水路を介して前記改質器における改質反応の原料水として供給することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記凝縮器の上流には第１流体搬送源が設けられており、前記制御装置は、前記第１流体搬送源の駆動時間によって、前記凝縮器の内圧が第１設定圧力以上であるか否か判定する第２操作を行う手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記凝縮器の上流には流量センサが設けられており、前記制御装置は、前記流量センサによって検知された投入流量によって、前記凝縮器の内圧が第１設定圧力以上であるか否か判定する第２操作を行う手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記制御装置は、前記内圧上昇・排水処理において、前記第１操作により上昇させた前記凝縮器の内圧の低下量が前記第３操作の前において第２設定圧力を超えるとき、異常判定を行うことを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記制御装置は、前記内圧上昇・排水処理において、前記第１操作により上昇させた前記凝縮器の内圧の低下を前記第３操作の前において検知することにより、前記凝縮器に対するガス漏れを判定する手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項２〜７のうちのいずれか一項において、前記改質器は反応ガスを改質させる改質反応部と改質反応部を加熱するバーナーを有しており、前記制御装置は、前記内圧上昇・排水処理を行う前に前記凝縮器の内部が負圧でないと判定されるとき、前記内圧上昇・排水処理を行わずに、前記改質器のバーナーを着火させることを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項１〜８のうちのいずれか一項において、前記貯留部は、前記凝縮器から供給された凝縮水を受けて精製させる水精製部と、前記水精製部で精製された水を貯留する水貯留部とを有することを特徴とする燃料電池システム。

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