JP5444873B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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Description

本発明は、触媒を用いて原料ガスと水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置を備える燃料電池システム、および燃料電池システムの運転方法に関するものである。
従来の燃料電池システムとしては、水素生成装置に供給する水の流量を測定する水流量計を備えるものがあった（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。
図５において、水素生成装置１０１は、原料ガスと改質水ポンプ１０４によって供給された水から水素を主成分とする燃料ガスを生成する。水素生成装置１０１において生成された燃料ガスは燃料電池１０２に供給され、図示していない空気供給ポンプにより供給された空気と電気化学的に反応させて発電を行なう。発電に使用されなかった燃料ガスは燃料電池１０２から排出され、バーナ１０３に供給される。バーナ１０３には燃焼ファン１０６により空気も供給され、燃料ガスとともに燃焼されて、水素生成装置１０１の触媒を高温に保持する。
さらに水素生成装置１０１に供給される水は、水流量計１０５を用いて流量を検知していた。
特開２００７−１０９５９０号公報
水素生成装置１０１において、燃料ガスを生成する触媒としては、ルテニウムを含むものや、ニッケルを含むものが一般的である。これらの触媒に原料ガスである炭化水素のみを高温化で供給すると、触媒上に原料ガスの成分である炭素が析出し触媒性能を低下させる。
そのため、水素生成用の水供給後の早い段階で、すなわち、水供給が正常に開始されたか否かを判断することは重要となる。図５に示す従来の燃料電池システムでは水流量計１０５を備えているため、水供給が正常に開始されたか否かを判断することは可能である。
しかしながら図５に示すように、従来の燃料電池システムでは、水供給が正常に開始さ
れたか否かを高価な水流量計１０５により検出するため、低コストの燃料電池システムを実現することができなかった。
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み、水流量計等の高価なセンサを使用することなく水素生成用の水供給の異常を判断できるようにすることにより、低コスト化を実現する燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、前記水素生成装置に前記原料ガスが供給され始めてから前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスが前記燃料電池に供給されるまでは前記水素生成装置から排出されるガスを燃焼させ前記燃料ガスが前記燃料電池に供給され始めてからは前記燃料電池で消費されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記触媒を加熱する燃焼器と、前記水素生成装置に水を供給する改質水供給手段と、前記水素生成装置において前記燃料電池に供給可能な状態の前記燃料ガスを生成できるようになるまで前記水素生成装置から排出されるガスを前記燃料電池に供給することなく前記燃焼器に供給するための燃料バイパス手段と、前記燃焼器での燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、前記水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して、前記燃焼器で燃焼を開始させた後で所定条件を満たせば前記改質水供給手段を動作させる制御部と、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断手段と、を備える燃料電池システムである。
本構成によると、水素生成装置に原料ガスのみを供給して、水素生成装置から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じて燃焼器に供給して、燃焼器で燃焼を開始させた後で、改質水供給手段を動作させて改質水供給手段が水素生成装置への水の供給を開始すると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、その過渡的に不安定となった燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水素生成装置に原料ガスのみを供給して、水素生成装置から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じて燃焼器に供給して、燃焼器で燃焼を開始させた後で、改質水供給手段を動作させたが、何らかの異常により改質水供給手段から水素生成装置に水の供給ができない場合には、改質水供給手段を動作させた後も、安定した燃焼状態を維持するので、この安定した燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、上記本発明の燃料電池システムの構成要素を備える燃料電池システムの運転方法であって、水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して燃焼させる原料ガス燃焼工程と、前記原料ガス燃焼工程における前記原料ガスの供給と前記水素生成装置から排出されるガスの前記燃焼器での燃焼を続けな
がら前記改質水供給手段による前記水素生成装置への水供給動作を開始する水供給開始工程と、前記改質水供給手段による前記水供給動作の開始から所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断工程を有する燃料電池システムの運転方法である。
本運転方法によると、原料ガス燃焼工程から水供給開始工程に工程が移行することにより、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、次工程の判断工程において、その過渡的に不安定となった燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水供給開始工程において改質水供給の水供給動作を開始したときに何らかの異常により水素生成装置への水供給ができない場合には、水供給動作の開始の後に大量の原料ガスが燃焼器に供給されることはないため、燃焼状態も安定であるが、次工程の判断工程において、この安定した燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
本発明の燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法によれば、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、例えば、一酸化炭素濃度検知器や火炎検知器などの比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図 同実施の形態の燃料電池システムの水供給の異常判断動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図 同実施の形態の燃料電池システムの水供給の異常判断動作を示すフローチャート 従来の燃料電池システムのブロック図
第１の発明は、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、前記水素生成装置に前記原料ガスが供給され始めてから前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスが前記燃料電池に供給されるまでは前記水素生成装置から排出されるガスを燃焼させ前記燃料ガスが前記燃料電池に供給され始めてからは前記燃料電池で消費されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記触媒を加熱する燃焼器と、前記水素生成装置に水を供給する改質水供給手段と、前記水素生成装置において前記燃料電池に供給可能な状態の前記燃料ガスを生成できるようになるまで前記水素生成装置から排出されるガスを前記燃料電池に供給することなく前記燃焼器に供給するための燃料バイパス手段と、前記燃焼器での燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、前記水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して、前記燃焼器で燃焼を開始させた後で所定条件を満た
せば前記改質水供給手段を動作させる制御部と、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断手段と、を備える燃料電池システムである。
上記構成によると、水素生成装置に原料ガスのみを供給して、水素生成装置から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じて燃焼器に供給して、燃焼器で燃焼を開始させた後で、改質水供給手段を動作させて改質水供給手段が水素生成装置への水の供給を開始すると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、その過渡的に不安定となった燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水素生成装置に原料ガスのみを供給して、水素生成装置から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じて燃焼器に供給して、燃焼器で燃焼を開始させた後で、改質水供給手段を動作させたが、何らかの異常により改質水供給手段から水素生成装置に水の供給ができない場合には、改質水供給手段を動作させた後も、安定した燃焼状態を維持するので、この安定した燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
第２の発明は、第１の発明における前記燃焼状態検知手段として、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の所定ガスのガス濃度を検知するガス濃度検知器を用いたものである。
水素生成装置への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の特定のガスの濃度が変化する。したがって、燃焼排ガス中の燃焼状態が不安定になると濃度が変化する特定のガスの濃度を検知して所定条件を満たすか否かを判定することにより、水素生成用の水供給の異常を判断できる。
また、燃焼状態の安定・不安定を検知する燃焼状態検知手段として、燃焼で一時的に発生する一酸化炭素、燃焼器に過剰供給され燃焼されずに排出される酸素、燃焼器で燃焼されずに排出された原料ガスに含まれるメタンやプロパンなどの炭化水素系ガスの濃度を検知するガス濃度検知器を用いると、燃焼状態の安定・不安定に応じて変化するガス濃度の検知値により、判断手段で水供給が異常であるか否かを判断することができ、有用である。
第３の発明は、第２の発明における前記所定ガスを、一酸化炭素にしたものである。
水素生成装置への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が増加する。したがって、燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度が所定濃度以上であれば、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されて、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が増加したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度が所定濃度未満であれば、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給が異常であると判断できる。
第４の発明は、第２の発明における前記所定ガスを、原料ガスに含まれるメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスにしたものである。
水素生成装置への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、原料ガスの一部が未燃のまま排出されるので、燃焼排ガス中のメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスが増加する。したがって、燃焼排ガス中のメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスの濃度が所定濃度以上であれば、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されて、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中のメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスの濃度が増加したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、燃焼排ガス中のメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスの濃度が所定濃度未満であれば、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給が異常であると判断できる。
第５の発明は、第３または第４の発明における前記判断手段が、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における前記ガス濃度の最大値が所定濃度値より小さい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断するものである。
燃焼状態検知手段として、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素、または、メタンまたはプロパンの炭化水素系ガスの濃度を検知するガス濃度検知器を用いた場合は、判断手段に、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間におけるガス濃度の最大値が所定濃度値より小さい場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常であると判断させ、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間におけるガス濃度の最大値が所定濃度値以上である場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が正常であると判断させることができる。
第６の発明は、第２の発明における前記所定ガスを、酸素にしたものである。
水素生成装置への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されるため、原料ガスの燃焼に必要な酸素が不足し、過渡的に酸素濃度が低下する。したがって、燃焼排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下まで低下すれば、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されて、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の酸素濃度が低下したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、燃焼排ガス中の酸素濃度が所定濃度を超えていれば、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給量が低下することによる異常が発生したと判断できる。
第７の発明は、第６の発明における前記判断手段が、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における前記ガス濃度の最小値が所定濃度値より大きい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断するものである。
燃焼状態検知手段として、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の酸素の濃度を検知するガス濃度検知器を用いた場合は、判断手段に、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間におけるガス濃度の最小値が所定濃度値より大きい場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常であると判断させ、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間におけるガス濃度の最小値が所定濃度値以下である場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が正常であると判断させることができる。
第８の発明は、第１の発明における前記燃焼状態検知手段として、前記燃焼器での火炎
を検知して電流を出力する火炎検知器を用い、前記判断手段が、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における前記火炎検知器の出力電流の最小値が所定値より大きい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断するものである。
水素生成装置への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給されるため、火炎が燃焼器から浮いた状態になり、火炎検知器の出力電流が低下する。逆に、水素生成装置への水の供給がないため、過渡的な大量の原料ガス供給がない場合は、火炎は燃焼器に安定して形成され、火炎検知器の出力電流も安定する。したがって、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における火炎検知器の出力電流の最小値が所定値より大きい場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常であると判断することができ、逆に、改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における火炎検知器の出力電流の最小値が所定値以下である場合は、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が正常であると判断することができる。
また、燃焼状態の安定・不安定を検知する燃焼状態検知手段として、燃焼器での火炎を検知する火炎検知器を用いると、水供給開始に伴う過渡的な大量の原料ガス供給があるときには火炎が燃焼器から浮いた状態になり火炎検知器の出力電流が低下し、過渡的な大量の原料ガス供給がないときには火炎は燃焼器に安定して形成され火炎検知器の出力電流も安定するため、燃焼状態の安定・不安定に応じて変化する検知値である火炎検知器の出力信号により判断手段で水供給が異常であるか否かを判断することができ、有用である。
第９の発明は、第１から第８の発明において、前記判断手段が前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断した場合に、前記水素生成装置を停止するものであり、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常である場合に、その異常を検知して水素生成装置（と水素生成装置の動作に関連する周辺機器）を停止するので、燃料電池システムの利用者が、燃料電池システムの異常停止に気付いて、サービス会社に連絡して、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応をとることができ、燃料電池の発電ができないにも関わらず原料を無駄に燃焼させたり、水素生成装置とその周辺機器を動作させる電力を無駄にしたり、触媒等の材料を異常劣化させたりすることを防止できる。
第１０の発明は、第１から第９の発明に加えて、前記燃料電池システムの運転状態を表示する表示器を備え、前記判断手段が前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断した場合に、前記表示器に前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給が異常であることを表わす表示を行なうものであり、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常であることを、表示器の表示により、燃料電池システムの利用者またはサービスマンが知ることができ、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応を無駄なく迅速に行うことができる。
第１１の発明は、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、前記水素生成装置に前記原料ガスが供給され始めてから前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスが前記燃料電池に供給されるまでは前記水素生成装置から排出されるガスを燃焼させ前記燃料ガスが前記燃料電池に供給され始めてからは前記燃料電池で消費されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記触媒を加熱する燃焼器と、前記水素生成装置に水を供給する改質水供給手段と、前記水素生成装置において前記燃料電池に供給可能な状態の前記燃料ガスを生成できるようになるまで前記水素生成装置から排出されるガスを前記燃料電池に供給することなく前記燃焼器に供給するための燃料バイパス手段と、前記燃焼器での燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段とを備えた燃料電池システム
の運転方法であって、前記水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して燃焼させる原料ガス燃焼工程と、前記原料ガス燃焼工程における前記原料ガスの供給と前記水素生成装置から排出されるガスの前記燃焼器での燃焼を続けながら前記改質水供給手段による前記水素生成装置への水供給動作を開始する水供給開始工程と、前記改質水供給手段による前記水供給動作の開始から所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断工程を有する燃料電池システムの運転方法である。
本運転方法によると、原料ガス燃焼工程から水供給開始工程に工程が移行することにより、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、次工程の判断工程において、その過渡的に不安定となった燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水供給開始工程において改質水供給の水供給動作を開始したときに何らかの異常により水素生成装置への水供給ができない場合には、水供給動作の開始の後に大量の原料ガスが燃焼器に供給されることはないため、燃焼状態も安定であるが、次工程の判断工程において、この安定した燃焼状態を燃焼状態検知手段で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
第１２の発明は、第１１の発明に加えて、前記燃料電池システムの運転状態を表示する表示器をさらに備える前記燃料電池システムの運転方法であって、前記判断工程において前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したことを判断したときには、前記異常を表わす表示を行なう表示工程をさらに備えるものであり、改質水供給手段から水素生成装置への水供給が異常であることを、表示器の表示により、燃料電池システムの利用者またはサービスマンが知ることができ、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応を無駄なく迅速に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。また、先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態における燃料電池システムは、触媒を用いて都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質して水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成された燃料ガスと空気が供給されて発電を行なう燃料電池２と、水素生成装置１に含まれる触媒を加熱するバーナ３と、水素生成装置１に供給する原料ガスを通流させる原料ガス供給流路４と、水素生成装置１に供給する水を通流させる改質水供給流路５と、水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ６と、水素生成装置１で生成された燃料ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス供給流路
７と、燃料電池２での発電に使用しなかった燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路８と、燃料ガス供給流路７の途中から分岐して燃料ガス排出流路８に合流するバイパス流路９と、各々の流路７，８，９を通流する燃料ガスの供給・遮断を行なう電磁弁１０，１１，１２と、バーナ３に燃焼用空気を供給する燃焼ファン１３と、バーナ３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検知する一酸化炭素濃度検知器１４と、燃焼排ガスを系外に排出する燃焼排ガス流路１５と、水素生成装置１の一連の運転を制御する制御部１６と、一酸化炭素濃度検知器１４の濃度により水供給が異常であるか否かを判断する判断手段１７と、燃料電池システムの運転状態を表示する表示器１８を備える。
なお、本実施の形態における構成部材としてのバーナ３、改質水ポンプ６は、各々、燃焼器、改質水供給手段の具体的な実施の一例であり、本実施の形態における構成部材としての一酸化炭素濃度検知器１４は、燃焼状態検知手段としてのガス濃度検知器の具体的な実施の一例である。
また、本実施の形態における構成部材としての燃料ガス供給流路７と、燃料ガス排出流路８と、バイパス流路９と、電磁弁１０，１１，１２は、燃料バイパス手段の具体的な実施の一例である。
本実施の形態における燃料電池システムは、触媒を用いて、原料ガス供給流路４から供給される都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスと、改質水供給流路５から供給される水とから、水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成され燃料ガス供給流路７から供給された燃料ガスと、空気供給手段（図示せず）から供給された空気に含まれる酸素とを用いて発電を行なう燃料電池２と、燃焼ファン１３により燃焼用空気が供給され、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させ、燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加熱するバーナ（燃焼器）３と、改質水供給流路５に設けられ水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料電池２での発電に使用しなかった燃料ガスを排出してバーナ（燃焼器）３に供給する燃料ガス排出流路８と、燃料ガス供給流路７の途中から分岐して燃料ガス排出流路８に合流するバイパス流路９と、燃料ガス供給流路７におけるバイパス流路９への分岐点より燃料電池２側の燃料ガス供給流路７に設けられた電磁弁１０と、燃料ガス排出流路８におけるバイパス流路９との合流点より燃料電池２側の燃料ガス排出流路８に設けられた電磁弁１１と、バイパス流路８に設けられた電磁弁１２）と、バーナ（燃焼器）３の燃焼排ガスを系外に排出する燃焼排ガス流路１５に設けられバーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度を検知することによりバーナ（燃焼器）３での燃焼状態を検知する一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４と、制御部１６と、燃料電池システムの運転状態を表示する表示器１８とを備える。
制御部１６は、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で触媒の温度が所定温度に達するなどの所定条件を満たせば改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知する検知値（バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値）が所定条件（２００ｐｐｍ以上）を満たすか満たさないかで、改質水ポ
ンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であるか否かを判断（燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値が、２００ｐｐｍ以上になることがあれば正常、２００ｐｐｍ未満の状態を維持していれば異常と判断）する判断手段１７を有する。そして、制御部１６は、判断手段１７により、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断した場合は、表示器１８に、水供給が異常であることを表わす表示をさせ、水素生成装置１と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給を停止する。
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
水素生成装置１には、原料ガス供給流路４を通じて、原料ガスとして、予め脱硫触媒等で付臭成分を除去した都市ガスが供給される。また、改質水ポンプ（改質水供給手段）６により改質水供給流路５を通じて水が、水素生成装置１に供給される。そして、水素生成装置１では、供給された原料ガスと水とを触媒上で反応させることにより、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。
一方、燃料電池２は、水素生成装置１で生成され燃料ガス供給流路７から供給された燃料ガスと、空気供給手段（図示せず）から供給された空気に含まれる酸素とを電気化学的に反応させることにより発電を行なう。燃料電池２での発電に使用しなかった（発電で消費されなかった）燃料ガスは、燃料ガス排出流路８から排出されてバーナ（燃焼器）３に供給される。
そして、バーナ（燃焼器）３は、燃料ガス排出流路８から供給された燃料ガスを、燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させて、水素生成装置１内の触媒を高温に保持する。バーナ（燃焼器）３の燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路１５を通じて系外に排出される。
しかしながら、水素生成装置１の起動時には、触媒の温度が十分に昇温されていないため、触媒としての機能を十分に果たすことができず、水素生成装置１から排出される燃料ガスには、高濃度の一酸化炭素濃度が含まれる。
高濃度の一酸化炭素濃度は、燃料電池２の触媒性能を低下させるため、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水の供給を、水素生成装置１への原料ガスの供給より遅らせ、しばらくの間は、電磁弁１０，１１を閉状態、電磁弁１２を開状態にして、バイパス流路９を開通させて、水素生成装置１から排出されるガスを、燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給する。
バーナ（燃焼器）３は、燃料ガス排出流路８から供給されたガスを燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させて、水素生成装置１内の触媒を加熱し、水素生成装置１内の触媒の温度が所定温度まで上昇すると、改質水ポンプ（改質水供給手段）６が水素生成装置１への水の供給を開始する。なお、水素生成装置１に水の供給を開始した時に、熱で蒸発した水（水蒸気）により過渡的に大量の原料ガスが燃焼器に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となります。
やがて、水素生成装置１により生成される燃料ガス中の一酸化炭素が、燃料電池２の触媒性能を低下させない濃度まで十分低下すると、遮断弁１０，１１を開、遮断弁１２を閉とすることにより、バイパス流路９を閉鎖し、燃料ガスを燃料ガス供給流路７を通じて燃
料電池２に供給する。
また、燃焼排ガス流路１５に配された一酸化炭素濃度検知器１４は、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を監視しており、制御部１６の判断手段１７は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器１４が検知する燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値が、２００ｐｐｍ未満の状態を維持していれば異常と判断して、表示器１８に、水供給が異常であることを表わす表示をさせ、水素生成装置１と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給を停止する。
また、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過してから、一酸化炭素濃度検知器１４が検知する燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値が、所定値を超えた場合は、制御部１６は、燃焼状態が不安定であると判断して、システム運転が異常であると判断し、表示器１８に燃焼状態が不安定であることを表わす表示を行わせる。なお、燃焼状態が不安定であることを表わす表示は、「燃焼異常」のような文字列でもいいし、アルファベットと数字を組み合わせた、いわゆるエラーコードでも構わない。
次に図２に示すフローチャートを用いて、本実施の形態の燃料電池システムの水供給の異常判断動作について説明する。
水素生成装置１から燃料電池２に燃料ガスを供給するための運転（燃料電池２で発電するための運転）を開始すると、最初に、原料ガス燃焼工程（水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して燃焼させる工程）を始める。
原料ガス燃焼工程では、まず、原料ガス供給流路４を通じて原料ガスのみを水素生成装置１に供給する（Ｓ１０１）。このとき、電磁弁１０，１１は閉状態、電磁弁１２は開状態になっているので、水素生成装置１に供給された原料ガスは、水素生成装置１から、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通ってバーナ（燃焼器）３に供給される。
バーナ（燃焼器）３には、燃焼ファン１３により燃焼用の空気も供給され、図示していない点火器を作動させることにより、着火・燃焼を開始する（Ｓ１０２）。バーナ（燃焼器）３の燃焼により水素生成装置１の触媒が加熱され、水素生成装置１に水を供給してもいい温度まで上昇したかどうかを水素生成装置１の触媒周辺部等の必要箇所に設けられた温度検知器（図示せず）の検知温度を基に判断し（Ｓ１０３）、水素生成装置１に水を供給してもいい温度まで上昇するのを待つ。
そして、水素生成装置１に水を供給してもいい温度状態になると、原料ガス燃焼工程を終了して、水供給開始工程（原料ガス燃焼工程における原料ガスの供給と水素生成装置から排出されるガスのバーナ（燃焼器）３での燃焼を続けながら改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する工程）に移る。
水供給開始工程では、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する（Ｓ１０４）。水供給開始工程が済むと、判断工程（改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水供給動作の開始から所定時間経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知する一酸化炭素濃度の検知値が所定条件を満たすか満たさないかで、水供給が異常であるか否かを判断する工程）に移る。
判断工程では、ます、一酸化炭素濃度検知器１４が検知した、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度値である２００ｐｐｍ以上であるか否かを判断手段１７が判断する（Ｓ１０５）。
制御部１６が改質水ポンプ（改質水供給手段）６に水供給動作を行わせてから所定時間（本実施の形態では、３０秒間）経過するまでの間に、一酸化炭素濃度検知器１４が検知した、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度値である２００ｐｐｍ以上になれば、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給が正常であると判断手段１７が判断し、Ｓ１０５をＹｅｓ側に分岐して次のＳ１０８のステップに進み、水素生成装置１により生成される燃料ガス中の一酸化炭素が、燃料電池２の触媒性能を低下させない濃度まで十分低下すると、遮断弁１０，１１を開、遮断弁１２を閉とすることにより、バイパス流路９を閉鎖し、燃料ガスを燃料ガス供給流路７を通じて燃料電池２に供給し、燃料電池２は、水素生成装置１で生成され燃料ガス供給流路７から供給された燃料ガスと、空気供給手段（図示せず）から供給された空気に含まれる酸素とを電気化学的に反応させることにより発電を行なう。
もし、制御部１６が改質水ポンプ（改質水供給手段）６に水供給動作を行わせてから所定時間（本実施の形態では、３０秒間）経過するまでの間に、一酸化炭素濃度検知器１４が検知した、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度値である２００ｐｐｍ以上にならなければ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給に異常があると判断手段１７が判断し、Ｓ１０６をＹｅｓ側に分岐して次のＳ１０７のステップに進み、表示器１８に水供給が異常であることを表わす表示を行わせ（Ｓ１０７）、水素生成装置１と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給を停止する（Ｓ１０９）。なお、これら一連の動作は、制御部１６により制御・運転されている。
なお、本実施の形態では、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給に異常があるか否かを判断する時の、水供給開始からの所定時間を、３０秒間としているが、厳密に３０秒間である必要はなく、改質水供給開始時の触媒温度から、水供給が無い状態で水素生成装置１の触媒劣化が発生しない温度までの昇温時間より短い時間の範囲で、適切に設定することができる。
また、本実施の形態では、一酸化炭素濃度の所定濃度値を２００ｐｐｍとしているが、厳密に２００ｐｐｍである必要はなく、燃料電池システムとして許容される一酸化炭素排出濃度以下の濃度値の範囲で、適切に設定することができる。また、上述のように予め設定しても構わないし、上述の起動動作のステップＳ１０３において排出された一酸化炭素濃度を基準にして制御部１６で設定しても構わない。
ステップＳ１０４において、改質水供給を開始すると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じてバーナ３に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が増加する。
本実施の形態における燃料電池システムの構成および運転方法をとると、不安定となった燃焼状態を表わす検知値である一酸化炭素濃度が所定濃度値（例えば、２００ｐｐｍ）以上発生した場合には、判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また一方、ステップＳ１０４において改質水供給を開始したときに、何らかの異常により水供給ができないときには、水供給開始の後に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じて、バーナ３に供給されることはないため燃焼状態も安定であり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度も増加しない。
この安定した燃焼状態での一酸化炭素濃度が所定濃度値（例えば、２００ｐｐｍ）未満である場合には、判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。そのため、従来の燃料電池システムのように、水流量センサ等の高価なセンサを使用することなく、水素生成用の水供給の異常を判断するができるため、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
また、さらに本実施の形態における燃料電池システムの構成および運転方法をとると、判断手段１７は水供給が異常であると判断し、表示器１８に水供給が異常であることを表わす表示をすることができる。そのため「水供給が異常」である場合において、使用者やメンテナンス者に対して、「水供給が異常」であることを報知することができる。
なお、本実施の形態における燃料電池システムでは、燃焼状態検知手段としてのガス濃度検知器として一酸化炭素濃度検知器１４を用いたが、燃焼排ガス中の他のガス成分である酸素の濃度を検知する酸素濃度検知器を、図１の一酸化炭素濃度検知器１４と同等の箇所に設置しても構わない。
酸素濃度検知器の場合は、ステップＳ１０４において改質水供給を開始すると蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じて、バーナ３に供給されるため、原料ガスの燃焼に必要な酸素が不足し、過渡的に酸素濃度が低下する。そのため、図２のステップＳ１０５を「酸素濃度≦所定濃度値（例えば、２％）」と変更することにより、不安定となった燃焼状態を表わす検知値である酸素濃度が所定濃度値（例えば、２％）以下まで低下したときには判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また一方、ステップＳ１０４において改質水供給を開始したときに何らかの異常により水供給ができないときには、水供給開始の後に大量の原料ガスが燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じてバーナ３に供給されることはないため、燃焼状態も安定であり、燃焼排ガス中の酸素も低下しない。この安定した燃焼状態での酸素濃度が所定濃度値（例えば、２％）以上であるときには、判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。すなわち、燃焼状態検知手段としてのガス濃度検知器として一酸化炭素濃度検知器の代わりに検知する酸素濃度検知器を用いても同等の効果を得ることができる。
また、酸素濃度の所定濃度値である「２％」も一酸化炭素濃度検知器１４のときと同様に、この限りではなく、燃料電池システムとして許容される一酸化炭素排出濃度以下の燃焼を実現できる範囲での空気過剰率で運転したときの濃度値の範囲で適切に設定することができる。また、上述のように予め設定しても構わないし、上述の起動動作のステップＳ１０３において排出された酸素濃度を基準にして制御部１６で設定しても構わない。
なお、本実施の形態における燃料電池システムでは、燃焼状態検知手段としてのガス濃度検知器として、一酸化炭素濃度検知器１４を用いたが、原料ガスに含まれる炭化水素系ガス、例えば、都市ガスを原料ガスとしたときのメタンや、ＬＰガスを原料ガスにしたときのプロパンやブタン、の濃度を検知する可燃ガス濃度検知器を、図１の一酸化炭素濃度検知器１４と同等の箇所に設置しても構わない。
可燃ガス濃度検知器の場合は、ステップＳ１０４において改質水供給を開始すると蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じて、バーナ３に供給されるため、過渡的に燃焼が不安定になり原料ガスの一部が未燃のまま排出される。
そのため、図２のステップＳ１０５を「可燃ガス濃度≧所定濃度値（例えば、３０００ｐｐｍ）」と変更することにより、不安定となった燃焼状態を表わす検知値である可燃ガス濃度が所定濃度値（例えば、３０００ｐｐｍ）以上まで上昇した場合には、判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また一方、ステップＳ１０４において改質水供給を開始したときに、何らかの異常により水供給ができないときには、水供給開始の後に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じて、バーナ３に供給されることはないため燃焼状態も安定であり、燃焼排ガス中の未燃の原料ガスは非常に少ない状態を維持する。
この安定した燃焼状態での可燃ガス濃度が所定濃度値（例えば、３０００ｐｐｍ）未満であるときには、判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。すなわち、燃焼状態検知手段としてのガス濃度検知器として一酸化炭素濃度検知器１４の代わりに検知する可燃ガス濃度検知器を用いても同等の効果を得ることができる。
また、可燃ガス濃度の所定濃度値である「３０００ｐｐｍ」も、一酸化炭素濃度検知器１４のときと同様にこの限りではなく、燃料電池システムとして許容される可燃ガス排出濃度以下の範囲で、適切に設定することができる。また、上述のように予め設定しても構わないし、上述の起動動作のステップＳ１０３において排出された可燃ガス濃度を基準にして制御部１６で設定しても構わない。
なお原料ガスは「付臭成分を除去した都市ガス」としたが、この限りではなく、プロパンなど他の炭化水素ガスを用いても構わない。
以上のように本実施の形態の燃料電池システムは、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成された燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池２と、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼させ燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加熱するバーナ（燃焼器）３と、水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料ガス排出流路８と、バイパス流路９と、電磁弁１０，１１，１２）と、バーナ（燃焼器）３での燃焼状態を検知する一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４と、制御部１６とを備え、制御部１６は、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で所定条件を満たせば改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知する検知値が所定条件を満たすか満たさないかで、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であるか否かを判断する判断手段１７を有する燃料電池システムである。
上記構成によると、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して、水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させて改質水ポンプ（改質水供給手段）６が水素生成装置１への水の供給を開始すると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、その過渡的に不安定となった燃焼状態を一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して、水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させたが、何らかの異常により改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１に水の供給ができない場合には、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させた後も、安定した燃焼状態を維持するので、この安定した燃焼状態を一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
以上のように本実施の形態の燃料電池システムの運転方法は、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成された燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池２と、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼させ燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加熱するバーナ（燃焼器）３と、水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料ガス排出流路８と、バイパス流路９と、電磁弁１０，１１，１２）と、バーナ（燃焼器）３での燃焼状態を検知する一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して燃焼させる原料ガス燃焼工程（図２のＳ１０１とＳ１０２）と、原料ガス燃焼工程における原料ガスの供給と水素生成装置１から排出されるガスのバーナ（燃焼器）３での燃焼を続けながら改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する水供給開始工程（図２のＳ１０４）と、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水供給動作の開始から所定時間（３０秒）経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知する検知値が所定条件を満たすか満たさないかで、水供給が異常であるか否かを判断する判断工程（図２のＳ１０５とＳ１０６）を有する燃料電池システムの運転方法である。
本運転方法によると、原料ガス燃焼工程から水供給開始工程に工程が移行することにより、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、次工程の判断工程において、その過渡的に不安定となった燃焼状態を一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に（判断手段１７が）「水供給は異常ではない」と判断するこ
とができる。
また、水供給開始工程において改質水ポンプ（改質水供給手段）６の水供給動作を開始したときに何らかの異常により水素生成装置１への水供給ができない場合には、水供給動作の開始の後に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されることはないため、燃焼状態も安定であるが、次工程の判断工程において、この安定した燃焼状態を一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
また、本実施の形態で用いた一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４は、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の所定ガスのガス濃度を検知するガス濃度検知器であるが、水素生成装置１への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素等の特定のガスの濃度が変化する。したがって、燃焼排ガス中の燃焼状態が不安定になると濃度が変化する一酸化炭素等の特定のガスの濃度を検知して所定条件を満たすか否かを判定することにより、水素生成用の水供給の異常を判断できる。なお、一酸化炭素濃度検知器１４の代わりに、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度を検知する酸素濃度検知器を用いた場合や、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の、原料ガスに含まれる可燃性の炭化水素系ガス濃度を検知する可燃ガス濃度検知器を用いた場合でも、ガスの濃度を検知して所定条件を満たすか否かを判定することにより、水素生成用の水供給の異常を判断できる。
また、本実施の形態で用いた一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４は、一酸化炭素の濃度を検知するものであり、本実施の形態では、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における一酸化炭素濃度の最大値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）より小さい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、一酸化炭素濃度が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上にならなかった場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断するものであり、水素生成装置１への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されるため、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が増加する。
したがって、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値の最大値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上であれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上になれば）、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されて、燃焼状態が過渡的に不安定となり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が増加したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値の最大値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）未満であれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の一酸化炭素の濃度の検知値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上にならなければ）、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給が異常であると判断できる。
そのため、判断手段１７に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度の最大値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）より小さい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上にならない場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度の最大値が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上である場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知した燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定濃度値（２００ｐｐｍ）以上になる場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が正常であると判断させることができる。
また、本実施の形態では、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断した場合に、水素生成装置１を停止するものであり、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常である場合に、その異常を検知して水素生成装置１（と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給）を停止するので、燃料電池システムの利用者が、燃料電池システムの異常停止に気付いて、サービス会社に連絡して、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応をとることができ、燃料電池２の発電ができないにも関わらず原料を無駄に燃焼させたり、水素生成装置１とその周辺機器（改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３）を動作させる電力を無駄にしたり、触媒等の材料を異常劣化させたりすることを防止できる。
また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池システムの運転状態を表示する表示器１８を備え、判断手段１７が改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給の異常を判断した場合に、表示器１８に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であることを表わす表示を行なうものであり、また、本実施の形態の燃料電池システムの運転方法は、判断工程（図２のＳ１０５とＳ１０６）において水供給の異常を判断したときには、表示器１８に水供給が異常であることを表わす表示を行なう表示工程（図２のＳ１０７）をさらに備えるものであるので、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であることを、表示器１８の表示により、燃料電池システムの利用者またはサービスマンが知ることができ、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応を無駄なく迅速に行うことができる。
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、一酸化炭素濃度検知器１４の代わりに、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度を検知する酸素濃度検知器を用いた場合は、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における酸素濃度の最小値が所定濃度値（２％）より大きい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、酸素濃度が所定濃度値（２％）以下にならなかった場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断するものであり、水素生成装置１への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されるため、原料ガスの燃焼に必要な酸素が不足し、過渡的に酸素濃度が低下する。
したがって、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の酸素濃度の検知値の最小値が所定濃度値（２％）以下であれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の酸素濃度の検知値が所定濃度値（２％）以下になれば）、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されて、原料ガスの燃焼に必要な酸素が不足し、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が低下したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の酸素濃度の検知値の最小値が所定濃度値（２％）を超えていれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の酸素濃度の検知値が所定濃度値（２％）以下にならなければ）、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給が異常であると判断できる。
そのため、判断手段１７に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における酸素濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の酸素濃度の最小値が所定濃度値（２％）を超えている場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４が検知した燃焼排ガス中の酸素濃度が所定濃度値（２％）以下にならない場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における酸素濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の酸素濃度の最小値が所定濃度値（２％）以下である場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、酸素濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の酸素濃度が所定濃度値（２％）以下になる場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が正常であると判断させることができる。
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、一酸化炭素濃度検知器１４の代わりに、バーナ（燃焼器）３から排出される燃焼排ガス中の、原料ガスに含まれる可燃性の炭化水素系ガス濃度を検知する可燃ガス濃度検知器を用いた場合は、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における可燃ガス濃度の最大値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）より小さい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、可燃ガス濃度が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上にならなかった場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断するものであり、水素生成装置１への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されるため、過渡的に燃焼が不安定になり原料ガスの一部が未燃のまま排出される。
したがって、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の可燃ガス濃度の検知値の最大値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上であれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の可燃ガス濃度の検知値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上になれば）、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されて、過渡的に燃焼が不安定になり原料ガスの一部が未燃のまま排出され、燃焼排ガス中の可燃ガス濃度が増加したと推測できるので、水供給が正常と判断でき、逆に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間の燃焼排ガス中の可燃ガス濃度の検知値の最大値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）未満であれば（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に燃焼排ガス中の可燃ガス濃度が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上
にならなければ）、燃焼が安定状態を維持しているので、水供給が異常であると判断できる。
そのため、判断手段１７に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における可燃ガス濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の可燃ガス濃度の最大値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）より小さい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に可燃ガス濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の可燃ガス濃度が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上にならない場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における可燃ガス濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の可燃ガス濃度の最大値が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上である場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間に、可燃ガス濃度検知器が検知した燃焼排ガス中の可燃ガス濃度が所定濃度値（３０００ｐｐｍ）以上になる場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が正常であると判断させることができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
図３に示すように、本実施の形態における燃料電池システムは、図１に示す実施の形態１の燃料電池システムにおいて、燃焼状態検知手段として、一酸化炭素濃度検知器（燃焼状態検知手段）１４の代わりに、バーナ（燃焼器）３の火炎を検知し、検知した火炎に応じて出力電流値が変わる火炎電流を出力する火炎検知器としてのフレームロッド１９を備えたものであり、その他の構成は、図１に示す実施の形態１の燃料電池システムと同様である。
フレームロッド１９は、バーナ（燃焼器）３で燃焼が継続しているときには火炎状態を監視しており、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過してから、フレームロッド１９の出力電流値がバーナ（燃焼器）３の火炎がなくなったと判断できる値まで低下すると、制御部１６はバーナ（燃焼器）３の火炎が消失したと判断して、システム運転が異常であると判断し、表示器１８に、バーナでの火炎消失による異常を表わす表示を行う。なお、バーナでの火炎消失による異常を表わす表示は、「失火異常」のような文字列でもいいし、アルファベットと数字を組み合わせた、いわゆるエラーコードでも構わない。
なお、本実施の形態における構成部材としてのフレームロッド１９は、燃焼状態検知手段としての火炎検知器の具体的な実施の一例である。
本実施の形態における燃料電池システムは、触媒を用いて、原料ガス供給流路４から供給される都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスと、改質水供給流路５から供給される水とから、水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成され燃料ガス供給流路７から供給された燃料ガスと、空気供給手段（図示せず）から供給された空気に含まれる酸素とを用いて発電を行なう燃料電池２と、燃焼ファン１３により燃焼用空気が供給され、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させ、燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼ファン１３により供給された燃焼用空気を用いて燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加
熱するバーナ（燃焼器）３と、改質水供給流路５に設けられ水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料電池２での発電に使用しなかった燃料ガスを排出してバーナ（燃焼器）３に供給する燃料ガス排出流路８と、燃料ガス供給流路７の途中から分岐して燃料ガス排出流路８に合流するバイパス流路９と、燃料ガス供給流路７におけるバイパス流路９への分岐点より燃料電池２側の燃料ガス供給流路７に設けられた電磁弁１０と、燃料ガス排出流路８におけるバイパス流路９との合流点より燃料電池２側の燃料ガス排出流路８に設けられた電磁弁１１と、バイパス流路８に設けられた電磁弁１２）と、バーナ（燃焼器）３の燃焼排ガスを系外に排出する燃焼排ガス流路１５と、バーナ（燃焼器）３の火炎を検知し、検知した火炎に応じて出力電流値が変わる火炎電流を出力する火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９と、制御部１６と、燃料電池システムの運転状態を表示する表示器１８とを備える。
制御部１６は、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で触媒の温度が所定温度に達するなどの所定条件を満たせば改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間経過するまでの間における火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９が検知する検知値（検知したバーナ（燃焼器）３の火炎に応じて出力する火炎電流値）が所定条件（１μＡ以下）を満たすか満たさないかで、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であるか否かを判断（火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９がバーナ（燃焼器）３の火炎を検知して出力する火炎電流値が、１μＡ以下になることがあれば正常、１μＡを超える状態を維持していれば異常と判断）する判断手段１７を有する。そして、制御部１６は、判断手段１７により、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断した場合は、表示器１８に、水供給が異常であることを表わす表示をさせ、水素生成装置１と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給を停止する。
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、図４に示すフローチャートを用いて、以下、その動作を説明する。
水素生成装置１から燃料電池２に燃料ガスを供給するための運転（燃料電池２で発電するための運転）を開始すると、最初に、原料ガス燃焼工程（水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して燃焼させる工程）を始める。
原料ガス燃焼工程では、まず、原料ガス供給流路４を通じて原料ガスのみを水素生成装置１に供給する（Ｓ２０１）。このとき、電磁弁１０，１１は閉状態、電磁弁１２は開状態になっているので、水素生成装置１に供給された原料ガスは、水素生成装置１から、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通ってバーナ（燃焼器）３に供給される。
バーナ（燃焼器）３には、燃焼ファン１３により燃焼用の空気も供給され、図示していない点火器を作動させることにより、着火・燃焼を開始する（Ｓ２０２）。バーナ（燃焼器）３の燃焼により水素生成装置１の触媒が加熱され、水素生成装置１に水を供給してもいい温度まで上昇したかどうかを水素生成装置１の触媒周辺部等の必要箇所に設けられた
温度検知器（図示せず）の検知温度を基に判断し（Ｓ２０３）、水素生成装置１に水を供給してもいい温度まで上昇するのを待つ。
そして、水素生成装置１に水を供給してもいい温度状態になると、原料ガス燃焼工程を終了して、水供給開始工程（原料ガス燃焼工程における原料ガスの供給と水素生成装置から排出されるガスのバーナ（燃焼器）３での燃焼を続けながら改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する工程）に移る。
水供給開始工程では、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する（Ｓ２０４）。水供給開始工程が済むと、判断工程（改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水供給動作の開始から所定時間経過するまでの間における火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９の出力する火炎電流値が所定条件を満たすか満たさないかで、水供給が異常であるか否かを判断する工程）に移る。
判断工程では、火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９の炎電流値が、所定値である１μＡ以下であるか否かを判断手段１７が判断する（Ｓ２０５）。
制御部１６が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６に水供給動作を行わせてから所定時間（本実施の形態では、３０秒間）経過するまでの間に、火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９の炎電流値が、所定値である１μＡ以下になれば、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給が正常であると判断手段１７が判断し、Ｓ２０５をＹｅｓ側に分岐して次のＳ２０８のステップに進み、水素生成装置１により生成される燃料ガス中の一酸化炭素が、燃料電池２の触媒性能を低下させない濃度まで十分低下すると、遮断弁１０，１１を開、遮断弁１２を閉とすることにより、バイパス流路９を閉鎖し、燃料ガスを燃料ガス供給流路７を通じて燃料電池２に供給し、燃料電池２は、水素生成装置１で生成され燃料ガス供給流路７から供給された燃料ガスと、空気供給手段（図示せず）から供給された空気に含まれる酸素とを電気化学的に反応させることにより発電を行なう。
もし、制御部１６が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６に水供給動作を行わせてから所定時間（本実施の形態では、３０秒間）経過するまでの間に、火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９の火炎電流値が、所定値である１μＡ以下になれなければ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給に異常があると判断手段１７が判断し、Ｓ２０６をＹｅｓ側に分岐して次のＳ２０７のステップに進み、表示器１８に水供給が異常であることを表わす表示を行わせ（Ｓ２０７）、水素生成装置１と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給を停止する（Ｓ２０９）。なお、これら一連の動作は、制御部１６により制御・運転されている。
なお、本実施の形態では、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給に異常があるか否かを判断する時の、水供給開始からの所定時間を、３０秒間としているが、厳密に３０秒間である必要はなく、改質水供給開始時の触媒温度から、水供給が無い状態で水素生成装置１の触媒劣化が発生しない温度までの昇温時間より短い時間の範囲で、適切に設定することができる。
また、本実施の形態では、火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９の火炎電流値の所定値を１μＡとしているが、厳密に１μＡである必要はなく、バーナ（燃焼器）３での安定燃焼時におけるフレームロッド１９の出力値より小さい範囲で適切に設定することができる。また、上述のように予め設定しても構わないし、上述の起動動
作のステップＳ２０３において検知したフレームロッド１９の火炎電流値を基準にして制御部１６で設定しても構わない。なお一般的なガス給湯器では、都市ガスを安定燃焼させた場合の出力としては１０μＡ程度であることが知られている。
ステップＳ２０４において、改質水供給を開始すると蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じてバーナ（燃焼器）３に供給されるため、火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になり、フレームロッド１９の火炎電流値としての出力信号が低下する。
本実施の形態における燃料電池システムの構成および運転方法をとると、不安定となった燃焼状態を表わす検知値である出力信号が所定値（例えば、１μＡ）以下に低下したときには、判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。また一方、ステップＳ２０４において、改質水供給を開始したときに何らかの異常により水供給ができないときには、水供給開始の後に大量の原料ガスが、燃料ガス供給流路７、バイパス流路９、燃料ガス排出流路８を通じてバーナ（燃焼器）３に供給されることはないため、燃焼状態も安定であり、フレームロッド１９の火炎電流値としての出力信号の低下も発生しない。この安定した燃焼状態でのフレームロッド１９の火炎電流値としての出力信号が所定値（例えば、１μＡ）以上であるときには、判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。そのため、従来の燃料電池システムのように水流量センサ等の高価なセンサを使用することなく水素生成用の水供給の異常を判断するができるため、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
また、さらに本実施の形態における燃料電池システムの構成および運転方法をとると、判断手段１７は水供給が異常であると判断し、表示器１８に、水供給が異常であることを表わす表示をすることができる。そのため「水供給が異常」である場合において、使用者やメンテナンス者に対して「水供給が異常」であることを報知することができる。
以上のように本実施の形態の燃料電池システムは、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成された燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池２と、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼させ燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加熱するバーナ（燃焼器）３と、水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料ガス排出流路８と、バイパス流路９と、電磁弁１０，１１，１２）と、バーナ（燃焼器）３の火炎を検知（燃焼状態を検知）し検知した火炎に応じて出力電流値が変わる火炎電流を出力する火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９と、制御部１６とを備え、制御部１６は、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で所定条件を満たせば改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させ、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間経過するまでの間における火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９が検知する検知値（検知したバーナ（燃焼器）３の火炎に応じて出力する火炎電流値）が所定条件（１μＡ以下）を満たすか満たさないかで、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であるか否かを判断（火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９がバーナ（燃焼器）３の火炎を検知して出力する火炎電流値が、１μＡ以下になることがあれば正常、１μＡを超える状態を維持していれば異常と判断）する判断手段
１７を有する燃料電池システムである。
上記構成によると、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して、水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させて改質水ポンプ（改質水供給手段）６が水素生成装置１への水の供給を開始すると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給され、過渡的に火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になり、火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になった時にフレームロッド１９の火炎電流値としての出力信号が低下するが、その過渡的に火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になる燃焼状態を火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値（火炎電流値）を基に判断手段１７が「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して、水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して、バーナ（燃焼器）３で燃焼を開始させた後で、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させたが、何らかの異常により改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１に水の供給ができない場合には、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させた後も、安定した燃焼状態を維持するので、この安定した燃焼状態を火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値（火炎電流値）を基に判断手段１７が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
以上のように本実施の形態の燃料電池システムの運転方法は、触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１で生成された燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池２と、水素生成装置１に原料ガスが供給され始めてから水素生成装置１で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給されるまでは水素生成装置１から排出されるガスを燃焼させ燃料ガスが燃料電池２に供給され始めてからは燃料電池２で消費されなかった燃料ガスを燃焼させて水素生成装置１内の触媒を加熱するバーナ（燃焼器）３と、水素生成装置１に水を供給する改質水ポンプ（改質水供給手段）６と、水素生成装置１において燃料電池２に供給可能な状態の燃料ガスを生成できるようになるまで水素生成装置１から排出されるガスを燃料電池２に供給することなくバーナ（燃焼器）３に供給するための燃料バイパス手段（燃料ガス供給流路７と、燃料ガス排出流路８と、バイパス流路９と、電磁弁１０，１１，１２）と、バーナ（燃焼器）３の火炎を検知（燃焼状態を検知）し検知した火炎に応じて出力電流値が変わる火炎電流を出力する火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、水素生成装置１に原料ガスのみを供給して水素生成装置１から排出される原料ガスを燃料バイパス手段（バイパス流路９）を通じてバーナ（燃焼器）３に供給して燃焼させる原料ガス燃焼工程（図４のＳ２０１とＳ２０２）と、原料ガス燃焼工程における原料ガスの供給と水素生成装置１から排出されるガスのバーナ（燃焼器）３での燃焼を続けながら改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水素生成装置１への水供給動作を開始する水供給開始工程（図４のＳ２０４）と、改質水ポンプ（改質水供給手段）６による水供給動作の開始から所定時間（３０秒）経過するまでの間における火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９が検知する検知値（検知したバーナ（燃焼器）３の火炎に応じて出力する火炎電流値）が所定条件（１μＡ以下）を満たすか満たさないかで、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供
給が異常であるか否かを判断（火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９がバーナ（燃焼器）３の火炎を検知して出力する火炎電流値が、１μＡ以下になることがあれば正常、１μＡを超える状態を維持していれば異常と判断）する判断工程（図４のＳ２０５とＳ２０６）を有する燃料電池システムの運転方法である。
本運転方法によると、原料ガス燃焼工程から水供給開始工程に工程が移行することにより、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給され、燃焼状態も過渡的に不安定となるが、次工程の判断工程において、その過渡的に不安定となった燃焼状態を火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９で検知し、不安定となった燃焼状態を表わす検知値を基に（判断手段１７が）「水供給は異常ではない」と判断することができる。
また、水供給開始工程において改質水ポンプ（改質水供給手段）６の水供給動作を開始したときに何らかの異常により水素生成装置１への水供給ができない場合には、水供給動作の開始の後に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されることはないため、燃焼状態も安定であるが、次工程の判断工程において、この安定した燃焼状態を火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９で検知し、安定である燃焼状態を表わす検知値を基に判断手段が「水供給は異常である」と判断することができる。
したがって、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、比較的安価な火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、燃料電池システムの低コスト化を実現することができる。
また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃焼状態検知手段として、バーナ（燃焼器）３の火炎を検知（燃焼状態を検知）し検知した火炎に応じて出力電流値が変わる火炎電流を出力するフレームロッド（火炎検知器）１９を用い、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６の水供給動作を開始させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間における火炎検知器（燃焼状態検知手段）としてのフレームロッド１９が検知する検知値（検知したバーナ（燃焼器）３の火炎に応じて出力する火炎電流値）の最小値が所定値（１μＡ）より大きい場合は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断するものである。
水素生成装置１への水の供給が開始されると、蒸発した水により過渡的に大量の原料ガスがバーナ（燃焼器）３に供給されるため、火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になり、フレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流が低下する。逆に、水素生成装置１への水の供給がないため、過渡的な大量の原料ガス供給がない場合は、火炎はバーナ（燃焼器）３に安定して形成され、フレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流も安定する。したがって、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間におけるフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流の最小値が所定値（１μＡ）より大きい場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間にフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流が所定値（１μＡ）以下にならなかった場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断することができ、逆に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間におけるフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流の最小値が所定値（１μＡ）以下である場合（改質水ポンプ（改質水供給手段）６を動作させてから所定時間（３０秒）経過するまでの間にフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流が所定値（１μＡ）以下になった場合）は、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が正常であると判断することができる。
また、燃焼状態の安定・不安定を検知する燃焼状態検知手段として、バーナ（燃焼器）３での火炎を検知するフレームロッド（火炎検知器）１９を用いると、水供給開始に伴う過渡的な大量の原料ガス供給があるときには火炎がバーナ（燃焼器）３から浮いた状態になりフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流が低下し、過渡的な大量の原料ガス供給がないときには火炎はバーナ（燃焼器）３に安定して形成されフレームロッド（火炎検知器）１９の出力電流も安定するため、燃焼状態の安定・不安定に応じて変化する検知値であるフレームロッド（火炎検知器）１９の出力信号により判断手段１７で水供給が異常であるか否かを判断することができ、有用である。
また、本実施の形態では、判断手段１７が、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であると判断した場合に、水素生成装置１を停止するものであり、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常である場合に、その異常を検知して水素生成装置１（と水素生成装置１の動作に関連する改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３等の周辺機器の運転を停止すると共に、例えば、原料ガス供給流路４を電磁弁（図示せず）で閉鎖して、水素生成装置１への原料ガスの供給）を停止するので、燃料電池システムの利用者が、燃料電池システムの異常停止に気付いて、サービス会社に連絡して、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応をとることができ、燃料電池２の発電ができないにも関わらず原料を無駄に燃焼させたり、水素生成装置１とその周辺機器（改質水ポンプ（改質水供給手段）６や燃焼ファン１３）を動作させる電力を無駄にしたり、触媒等の材料を異常劣化させたりすることを防止できる。
また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池システムの運転状態を表示する表示器１８を備え、判断手段１７が改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給の異常を判断した場合に、表示器１８に、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であることを表わす表示を行なうものであり、また、本実施の形態の燃料電池システムの運転方法は、判断工程（図４のＳ２０５とＳ２０６）において水供給の異常を判断したときには、表示器１８に水供給が異常であることを表わす表示を行なう表示工程（図４のＳ２０７）をさらに備えるものであるので、改質水ポンプ（改質水供給手段）６から水素生成装置１への水供給が異常であることを、表示器１８の表示により、燃料電池システムの利用者またはサービスマンが知ることができ、サービスマンによる点検、故障診断、部品交換、故障修理などの対応を無駄なく迅速に行うことができる。
本発明にかかる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法は、水流量センサ等の高価なセンサの代わりに、例えば、一酸化炭素濃度検知器や火炎検知器などの比較的安価な燃焼状態検知手段を用いて、水素生成用の水供給の異常を判断することができるので、低コスト化が求められる水素生成装置を備える家庭用燃料電池システム等に最適である。
１ 水素生成装置
２ 燃料電池
３ バーナ
６ 改質水ポンプ
７ 燃料ガス供給流路
８ 燃料ガス排出流路
９ 燃料ガスバイパス流路
１０，１１，１２ 電磁弁
１４ 一酸化炭素濃度検知器
１６ 制御部
１７ 判断手段
１８ 表示器
１９ フレームロッド

Claims (12)

  1. 触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、
    前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、
    前記水素生成装置に前記原料ガスが供給され始めてから前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスが前記燃料電池に供給されるまでは前記水素生成装置から排出されるガスを燃焼させ前記燃料ガスが前記燃料電池に供給され始めてからは前記燃料電池で消費されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記触媒を加熱する燃焼器と、
    前記水素生成装置に水を供給する改質水供給手段と、
    前記水素生成装置において前記燃料電池に供給可能な状態の前記燃料ガスを生成できるようになるまで前記水素生成装置から排出されるガスを前記燃料電池に供給することなく前記燃焼器に供給するための燃料バイパス手段と、
    前記燃焼器での燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
    前記水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して、前記燃焼器で燃焼を開始させた後で所定条件を満たせば前記改質水供給手段を動作させる制御部と、
    前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断手段と、
    を備える燃料電池システム。
  2. 前記燃焼状態検知手段は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の所定ガスのガス濃度を検知するガス濃度検知器である請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記所定ガスは、一酸化炭素である請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記所定ガスは、前記原料ガスに含まれるメタンまたはプロパンの炭化水素系ガスである請求項２に記載の燃料電池システム。
  5. 前記判断手段は、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間におけ
    る前記ガス濃度の最大値が所定濃度値より小さい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する請求項３または４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記所定ガスは、酸素である請求項２に記載の燃料電池システム。
  7. 前記判断手段は、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における前記ガス濃度の最小値が所定濃度値より大きい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断する請求項６記載の燃料電池システム。
  8. 前記燃焼状態検知手段は、前記燃焼器での火炎を検知して電流を出力する火炎検知器であり、前記判断手段は、前記改質水供給手段を動作させてから所定時間経過するまでの間における前記火炎検知器の出力電流の最小値が所定値より大きい場合は、前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する請求項１に記載の燃料電池システム。
  9. 前記判断手段が前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下することによる異常が発生したと判断した場合に、前記水素生成装置を停止する請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 前記燃料電池システムの運転状態を表示する表示器を備え、前記判断手段が前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給の異常を判断した場合に、前記表示器に前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したことを表わす表示を行なう請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 触媒を用いて原料ガスと水とから水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、
    前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、
    前記水素生成装置に前記原料ガスが供給され始めてから前記水素生成装置で生成された前記燃料ガスが前記燃料電池に供給されるまでは前記水素生成装置から排出されるガスを燃焼させ前記燃料ガスが前記燃料電池に供給され始めてからは前記燃料電池で消費されなかった前記燃料ガスを燃焼させて前記触媒を加熱する燃焼器と、
    前記水素生成装置に水を供給する改質水供給手段と、
    前記水素生成装置において前記燃料電池に供給可能な状態の前記燃料ガスを生成できるようになるまで前記水素生成装置から排出されるガスを前記燃料電池に供給することなく前記燃焼器に供給するための燃料バイパス手段と、
    前記燃焼器での燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、
    前記水素生成装置に前記原料ガスのみを供給して前記水素生成装置から排出される前記原料ガスを前記燃料バイパス手段を通じて前記燃焼器に供給して燃焼させる原料ガス燃焼工程と、
    前記原料ガス燃焼工程における前記原料ガスの供給と前記水素生成装置から排出されるガスの前記燃焼器での燃焼を続けながら前記改質水供給手段による前記水素生成装置への水供給動作を開始する水供給開始工程と、
    前記改質水供給手段による前記水供給動作の開始から所定時間経過するまでの間において、前記燃焼器の安定な燃焼状態が維持されていれば前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したと判断する判断工程を有する燃料電池システムの運転方法。
  12. 前記燃料電池システムの運転状態を表示する表示器をさらに備える前記燃料電池システムの運転方法であって、前記判断工程において前記改質水供給手段から前記水素生成装置への水供給量が低下していることによる異常が発生したことを判断したときには、前記異常を表わす表示を行なう表示工程をさらに備える請求項１１記載の燃料電池システムの運転方法。
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