JP5847617B2 - 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。

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、燃料と水とを原燃料とする原燃料蒸気から水素を含む改質ガスを生成する改質触媒（３）と、改質ガスと空気とを用いて発電する燃料電池スタック（１）と、燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼する燃焼触媒（９）とを備えている。このように構成された燃料電池システムは、前記燃焼触媒に流入する改質ガスの流量と改質ガスの成分の濃度を検出し、この検出結果に基づき、燃焼触媒の温度が許容温度となるように燃焼触媒に供給する空気量を制御するようになっている。これにより、異常高温による燃焼触媒の劣化を抑制している。

特開２００２−３１６８０１号公報

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、異常高温による燃焼触媒の劣化を抑制することはできるものの、燃焼触媒が正常であるか否かの判定を行っていなかった。また、燃焼触媒の異常を早期かつ確実に検出したいという要請があった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、燃焼触媒の異常を早期かつ確実に検出することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムの発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、燃料電池からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する第１燃焼部と、第１燃焼部から排気される未使用の可燃性ガスを導入し燃焼して導出する第２燃焼部と、第１燃焼部が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合において、第２燃焼部の温度変化量が所定値以上となった場合には、第２燃焼部は正常である旨の判定を行い、そうでない場合には、第２燃焼部は異常である旨の判定を行う判定処理を実行する判定部と、を備えている。

また請求項２に係る発明は、請求項１において、第２燃焼部は可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒で構成されている。

また請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、停止運転中においては、改質用原料が第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給され、かつ、酸化剤ガスが第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給されているときに、判定部が判定処理を行う。

また請求項４に係る発明は、請求項３において、判定部は、燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、判定処理を行う。

また請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２において、起動運転中または定常運転中においては、判定部による判定処理を開始するべき開始指示があった場合に、改質用原料を第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給し、かつ、酸化剤ガスを第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給し、改質用原料が第１所定流量にて供給され、かつ、酸化剤ガスが第２所定流量にて供給されているときに、判定部が判定処理を行う。

また請求項６に係る発明は、請求項５において、判定部は、改質用原料を第１所定流量で酸化剤ガスを第２所定流量でそれぞれ供給を開始した時点から所定時間が経過した以降に、判定処理を行う。

また請求項７に係る発明は、請求項５において、判定部は、燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、判定処理を行う燃料電池システム。

また請求項８に係る発明は、請求項１または請求項２において、第１燃焼部の温度から第１燃焼部が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部をさらに備え、吹き消え判定部が第１燃焼部が吹き消えていると判定した場合、判定部はその判定した時点からその時点から所定時間前までの間における第２燃焼部の温度変化量に基づいて判定処理を行う。

また請求項９に係る発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、改質部の温度が改質反応活性温度以上である場合に、判定部は判定処理を行う。

第２燃焼部が正常である場合には、第１燃焼部から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大すれば第２燃焼部の温度は上昇する。一方、第２燃焼部が異常である場合には、第１燃焼部から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大しても燃焼しないため第２燃焼部の温度は上昇しない。すなわち、第１燃焼部が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合には、第１燃焼部が燃焼している場合と比較して第１燃焼部から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大する。よって、第２燃焼部が正常であれば、第２燃焼部の温度は上昇する一方、第２燃焼部が異常であれば、第２燃焼部の温度は上昇しない。このような背景にて、上記のように構成した請求項１に係る発明においては、判定部は、第１燃焼部が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合において、第２燃焼部の温度変化量が所定値以上となった場合には、第２燃焼部は正常である旨の判定を行い、そうでない場合には、第２燃焼部は異常である旨の判定を行う判定処理を実行する。したがって、第２燃焼部が正常であるか否かの判定を早期かつ確実に行うことができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、第２燃焼部が可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒で構成されているため、燃焼触媒の温度が活性温度範囲内である場合には、燃焼触媒の温度が活性温度範囲より低い場合と比較して燃焼触媒の温度は高くなるので、第２燃焼部が正常であるか否かの判定をより精度よく行うことができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、停止運転中においては、改質用原料が第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給され、かつ、酸化剤ガスが第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給されているときに、判定部が判定処理を行う。これにより、停止運転中において特別な工程を追加することなく、第２燃焼部が正常であるか否かの判定を行うことができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項３において、判定部は、燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、判定処理を行う。これにより、停止運転中において、第１燃焼部を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１または請求項２において、起動運転中または定常運転中においては、判定部による判定処理を開始するべき開始指示があった場合に、改質用原料を第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給し、かつ、酸化剤ガスを第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給し、改質用原料が第１所定流量にて供給され、かつ、酸化剤ガスが第２所定流量にて供給されているときに、判定部が判定処理を行う。これにより、起動運転中または定常運転中においても、第２燃焼部が正常であるか否かの判定を行うことができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項５において、判定部は、改質用原料を第１所定流量で酸化剤ガスを第２所定流量でそれぞれ供給を開始した時点から所定時間が経過した以降に、判定処理を行う。これにより、暖機運転中または定常運転中において、第１燃焼部を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項５において、判定部は、燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、判定処理を行う。これにより、暖機運転中または定常運転中において、第１燃焼部を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。

上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１または請求項２において、第１燃焼部の温度から第１燃焼部が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部をさらに備え、吹き消え判定部が第１燃焼部が吹き消えていると判定した場合、判定部はその判定した時点からその時点から所定時間前までの間における第２燃焼部の温度変化量に基づいて判定処理を行う。これにより、第１燃焼部が吹き消えた場合においても、吹き消えた後に時間をおかずに早期に第２燃焼部が正常であるか否かの判定を行うことができる。

上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、改質部の温度が改質反応活性温度以上である場合に、判定部は判定処理を行う。これにより、改質部の温度が改質反応活性温度以上である場合、改質用原料から多量の水素が生成されるため、燃料電池、ひいては第２燃焼部に供給されるガス（燃料すなわち水素リッチガス）中の水素量が高くなる。水素は着火性、燃焼性にて改質用原料に比較し良好であるため、第２燃焼部において水素が確実に燃焼することで第２燃焼部が正常であるか否かの判定を精度よく行うことができる。

本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（停止運転中における第２燃焼部の異常判定）のフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（停止運転中における第２燃焼部の異常判定の変形例）のフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（起動運転中または定常運転中において強制的に行う第２燃焼部の異常判定）のフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（起動運転中または定常運転中において強制的に行う第２燃焼部の異常判定の変形例）のフローチャートである。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラム（起動運転中または定常運転中において第１燃焼部が吹き消えたときに行う第２燃焼部の異常判定）のフローチャートである。

以下、本発明による燃料電池システムの実施形態の一つである第１実施例について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。

筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は筐体１１を上下に区画する部材であり、第１室Ｒ１および第２室Ｒ２は連通するようになっている。

燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４を備えている。

ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造を介して仕切部材１２に設置されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および第１燃焼部２６である燃焼空間Ｒ３が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。

蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともにその改質水供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。

また、蒸発部２２には、改質用原料の供給源（以下、供給源という。）Ｇｓからの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。改質用原料供給管４２には、上流から順番に遮断弁４２ａ、脱硫器４２ｂ、流量センサ４２ｃ、バッファタンク４２ｄ、原料ポンプ４２ｅおよび逆止弁４２ｆが設けられている。遮断弁４２ａ、脱硫器４２ｂ、流量センサ４２ｃ、バッファタンク４２ｄ、原料ポンプ４２ｅおよび逆止弁４２ｆは、筺体１１内に収納されている。

遮断弁４２ａは改質用原料供給管４２を制御装置６０の指令によって開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。脱硫器４２ｂは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。流量センサ４２ｃは、燃料電池２４に供給されている燃料（改質用原料）の流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。バッファタンク４２ｄは、原燃料ポンプ４２ｅの脈動により流量センサ４２ｃの精度低下や真値からの逸脱を抑制するものである。原料ポンプ４２ｅは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって供給源Ｇｓからの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。この原料ポンプ４２ｅは、改質用原料を吸入し改質部２３に圧送する圧送装置である。逆止弁４２ｆは、原料ポンプ４２ｅと燃料電池モジュール２０（蒸発部２２）との間に配設されており、原料ポンプ４２ｅから燃料電池モジュール２０への流れを許容するがその反対方向の流れを禁止するものである。

改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部２３は改質用原料と改質水とから燃料である改質ガスを生成して燃料電池２４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。

改質部２３は、改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位の温度（改質部入口温度Ｔ３）を検出する温度センサ（改質部入口温度センサ）２３ａを備えている。温度センサ２３ａは、改質部２３の改質用原料と改質水（水蒸気）とが流入する部位に設けられている。温度センサ２３ａは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。なお、改質部２３は、改質ガスが流出する部位の温度を検出する温度センサ（改質部出口温度センサ）を備えるようにしてもよい。改質部出口温度センサは、改質部２３の改質ガスが流出する部位に設けられている。改質部出口温度センサは、その検出結果を制御装置６０に送信するようにすればよい。

燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。

セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。

燃料電池２４は、燃料電池２４の温度（燃料電池温度Ｔ５）を検出する温度センサ（燃料電池温度センサ）２４ｄを備えている。温度センサ２４ｄは、燃料電池２４のセル２４ａの積層方向の中央部分であって上下方向中央部分に設けられている。温度センサ２４ｄは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａ（カソードエア送出（送風）手段）によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。

カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。

燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎２７）によって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。このように、燃焼空間Ｒ３が、燃料電池２４からのアノードオフガスと燃料電池２４からのカソードオフガスとが燃焼されて改質部２３を加熱する第１燃焼部２６である。すなわち、第１燃焼部２６は、燃料電池２４からの未使用の燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する第１燃焼部である。

第１燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。第１燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、第１燃焼部２６には、第１燃焼部２６の温度Ｔ２を検出するための一対の温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２が設けられている。温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２の検出結果（出力信号）は制御装置６０に送信されている。

排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。

貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。

貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、および第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。

第１温度センサ３２ｂは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第１温度センサ３２ｂは、貯湯水の熱交換器３３の入口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の出口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

第２温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の出口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。

熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。

熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部には、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通している。ケーシング３３ａの下部には、第１排気口１１ａに接続されている排気管４６が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４７が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｂが配設されている。

このように構成された熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、導出口２１ａを通ってケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。

熱交換器３３の燃焼排ガス導入部、すなわちケーシング２１の導出口２１ａには、第２燃焼部２８が設けられている。第２燃焼部２８は、第１燃焼部２６から排気されるガスである第１燃焼部オフガス、すなわち、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガス（例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素など）を導入し燃焼して導出するものである。第２燃焼部２８は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒（例えばプラチナやパラジウムなどの貴金属がセラミックの単体などに担持させたものである。ペレット状のものを充填しても良いし、セラミック・メタルのハニカムや発泡金属の上に担持させたような形態のものでも良い。）で構成されている。

なお、燃焼触媒は、水素、メタンガス、一酸化炭素などの可燃性ガスを火炎燃焼でなく触媒によって燃焼するため、燃焼速度が大きく、大量の可燃性ガスを燃焼することができ、かつ、燃焼効率も高いため未燃焼ガスの排出を抑制することができる。しかし、燃焼触媒においては、水素、一酸化炭素、メタンガスの順番で着火しやすい。

第２燃焼部２８には、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱して可燃性ガスを燃焼させるための燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは制御装置６０の指示によって加熱されるものである。また、第２燃焼部２８には、第２燃焼部２８の温度Ｔ１を検出するための温度センサ２８ｂが設けられている。温度センサ２８ｂの検出結果（出力信号）は制御装置６０に送信されている。温度センサ２８ｂの代わりに、第２燃焼部２８から排出される燃焼排気ガスの温度を検出する温度センサを第２燃焼部２８の直下流位置に設けるようにしてもよい。

また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク１３には、純水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置６０に検出信号を送信するようになっている。

純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して純水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って純水タンク１３に導出される。

また、燃料電池システムは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成された空気導入口１１ｂと、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成された空気導出口１１ｃと、空気導入口１１ｂに設けられた換気用空気ブロワ１５と、を備えている。換気用空気ブロワ１５は、筐体１１内を換気する換気装置である。この換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｂを介して換気用空気ブロワ１５に吸い込まれ、第２室Ｒ２に送出される。さらに、第２室Ｒ２内の気体（主として空気）は仕切部材１２を通って第１室Ｒ１に流れ、第１室Ｒ１内の気体は空気導出口１１ｃを介して外部に排出される。

さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。

系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータ装置５０を介して電源ライン５２に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。

補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ｅ、換気用空気ブロワ１５およびカソードエアブロワ４４ａなどから構成されている。この補機は直流電圧にて駆動されるものである。

さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２３ａ，２４ｄ，２６ｂ１,２６ｂ２，２８ｂ，３２ａ，３２ｃ、流量センサ４２ｃ、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、各ブロワ１５，４４ａ、および各ヒータ２６ａ１，２６ａ２，２８ａが接続されている（図２参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。最初に燃料電池システムが起動運転中（暖機運転中）または定常運転中に停止運転が開始される場合について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると（あるいはユーザによって予め設定された起動開始時刻となったことにより自動的に起動が開始されると）、図３に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。

制御装置６０は、ステップ１０２において、停止指示があるか否かを判定する。停止指示は、ユーザによって予め設定された停止開始時刻となったことにより自動的に出されたり、ユーザが緊急停止スイッチを押すことによって出されたりする。停止指示がある場合には、制御装置６０はステップ１０２にて「ＹＥＳ」と判定してプログラムをステップ１０４に進め、燃料電池システムの停止運転を開始する。

制御装置６０は、ステップ１０４において、停止モードＡを実行する。停止運転は停止モードＡと停止モードＢの二つのモードがある。停止モードＡは、改質用原料の供給量を減少させるとともにカソードエアの供給量を増大させて、第１燃焼部２６の燃焼を停止させるモードである。停止モードＡにおいては、改質用原料が第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量（本実施形態ではαＮＬＭ）にて供給され、酸化剤ガスであるカソードエアが第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量（本実施形態ではγＮＬＭ）にて供給される。改質用原料の供給は、燃料電池２４が高温状態において還元状態に維持して酸化するのを抑制するためであり、燃焼を目的としていないため、第１所定流量は、これらの目的を達するのに必要な流量に設定されている。カソードエアは、改質用原料が十分に希釈し排出されるような流量が設定されている。
さらに、改質水はβＣＣＭで供給される。「ＮＬＭ」は標準状態における１分あたりのリットル数であり、「ＣＣＭ」は１分あたりの立方センチメートル数である。

制御装置６０は、原料ポンプ４２ｅを制御して改質用原料の供給量が第１所定流量となるように調整し、カソードエアブロワ４４ａを制御してカソードエアの供給量が第２所定流量となるように調整し、改質水ポンプ４１ａを制御して改質水の供給量がβＣＣＭとなるように調整している。

制御装置６０は、ステップ１０６において、停止モードＡ中における第２燃焼部２８の単位時間当たりの温度変化量ΔＴ１を演算する。例えば、制御装置６０は、所定時間毎に温度センサ２８ｂによって第２燃焼部２８の温度Ｔ１（第２燃焼部２８から排出される排気ガスの温度）を測定し、前回測定した温度と今回測定した温度の温度差を所定時間で除算することで温度変化量ΔＴ１を演算する。また、前回と今回のデータだけでなく、測定した複数のデータを記憶しておき、間隔の長い複数のデータを用いて温度変化量ΔＴ１を演算するようにしてもよい。また、数秒〜数分の短時間当たりの温度変化量を所定周期毎に検出し、所定時間内もしくは所定条件となるまでの時間内に検出した温度変化量ΔＴ１を演算するようにしてもよい。

制御装置６０は、ステップ１０８〜１１２において、先に算出した第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上となった場合には、第２燃焼部２８は正常である旨の判定（ステップ１１０）を行い、そうでない場合例えば燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下となるまで温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以下である状態が継続する（換言すると温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上を検知しない）場合には、第２燃焼部２８は異常である旨の判定（ステップ１１２）を行う（判定部）。なお、第２燃焼部２８の異常としては、燃焼触媒の故障、失活などがある。

ステップ１０８においては、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上であるか否かを判定する。制御装置６０は、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上である場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１１０に進める。これにより、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下となるまでに、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上となった場合、その時点にて、第２燃焼部２８は正常である旨の判定（ステップ１１０）を行う。その後、制御装置６０は、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下となるのを待ってプログラムをステップ１１６に進める。

一方、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ未満である場合には、制御装置６０は、ステップ１０８にて「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１１１以降に進める。ステップ１１１においては、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下であるか否かを判定する。燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下になるまで（燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１より高い場合）は、制御装置６０は、ステップ１０６，１０８，１１１の処理を繰り返し実行する。燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下となるまで、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ未満が継続している場合には、ステップ１０８，１１１にて「ＮＯ」、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１１２に進める。ステップ１１２においては、制御装置６０は、異常である旨の判定をするのに加えて、異常である旨の警告（表示や音声によって）を発する。

なお、所定値ΔＴ１−ａは例えば、０℃などが挙げられる。燃焼触媒で燃焼しΔＴ１−ａが上昇した際は正常と判定し、上昇しない場合は異常と判定する。なお、停止モードＡに移行した直後に燃料電池で発電が停止し、燃焼触媒に関わらず第２燃焼部２８への可燃ガス流入が一瞬増えることによる燃焼触媒温度の上昇を正常と誤認識することを回避するために０℃より大きい例えば５〜１０℃などを設定しても良い。また、所定温度Ｔｃ１は、第１燃焼部２６の燃焼を停止した後、第１燃焼部２６が自然に再着火しない温度（後述する所定温度Ｔｃ３）より低い温度に設定されており、燃料電池２５内が酸化するのを抑制するための温度である。

ここで、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上である場合に、第２燃焼部２８は正常である旨の判定を、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ未満である場合には、第２燃焼部２８は異常である旨の判定をすることができるのは、次の理由による。
第２燃焼部２８が正常である場合には、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大すれば第２燃焼部２８の温度は上昇する。一方、第２燃焼部２８が異常である場合には、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大しても燃焼しないため第２燃焼部の温度は上昇しない。カソードエアの供給量は増大されているので冷却され温度は低下する。すなわち、第１燃焼部２６が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合には、第１燃焼部２６が燃焼している場合と比較して第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大する。第１燃焼部２６に供給されている可燃性ガスがそのまま第２燃焼部２８に供給されるからである。よって、第２燃焼部２８が正常であれば、第２燃焼部２８の温度は上昇する一方、第２燃焼部２８が異常であれば、第２燃焼部２８の温度は上昇しない。

再び説明を図３に示すフローチャートに戻す。制御装置６０は、ステップ１１６において、停止モードＢを実行する。停止モードＢは、改質用原料および改質水の供給を停止させるとともに、カソードエアは停止モードＡと同様にγＮＬＭの第２所定流量にて供給を行うモードである。制御装置６０は、原料ポンプ４２ｅおよび改質水ポンプ４１ａを停止するように制御し、カソードエアブロワ４４ａを制御してカソードエアの供給量が第２所定流量となるように調整している。

制御装置６０は、ステップ１１８において、燃料電池２４の温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ２（所定温度Ｔｃ１より低い温度である）より高い場合には、「ＮＯ」と判定しステップ１１８の処理を繰り返し、燃料電池２４の温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ２以下である場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１２０に進める。

制御装置６０は、ステップ１２０において、カソードエアブロワ４４ａを停止するように制御してカソードエアの供給を停止させる。制御装置６０は、ステップ１２２において、待機モードを実行する。待機モードは、停止運転の完了後次に暖機運転が開始されるまでの間、燃料電池システムを停止状態に維持するとともに、燃料電池システムの運転を開始する指示を待機するモードである。

ところで、第２燃焼部２８が正常である場合には、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大すれば第２燃焼部２８の温度は上昇する。一方、第２燃焼部２８が異常である場合には、第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大しても燃焼しないため第２燃焼部２８の温度は上昇しない。すなわち、第１燃焼部２６が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合には、第１燃焼部２６が燃焼している場合と比較して第１燃焼部２６から排気される未使用の可燃性ガスの供給量が増大する。よって、第２燃焼部２８が正常であれば、第２燃焼部２８の温度は上昇する一方、第２燃焼部２８が異常であれば、第２燃焼部２８の温度は上昇しない。このような背景にて、上述した燃料電池システムによれば、判定部（ステップ１０８−１１４）は、第１燃焼部２６が、可燃性ガスおよび酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合において、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上となった場合には、第２燃焼部２８は正常である旨の判定を行い、そうでない場合には、第２燃焼部２８は異常である旨の判定を行う。したがって、第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を早期かつ確実に行うことができる。

また、第２燃焼部２８が可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒で構成されているため、燃焼触媒の温度が活性温度範囲内である場合には、燃焼触媒の温度が活性温度範囲より低い場合と比較して燃焼触媒の温度は高くなるので、第２燃焼部が正常であるか否かの判定をより精度よく行うことができる。

また、停止運転中においては、改質用原料が第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量αＮＬＭにて供給され、かつ、酸化剤ガスが第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量γＮＬＭにて供給されているときに、判定部（ステップ１０８−１１２）が判定処理を行う。これにより、停止運転中において特別な工程を追加することなく、第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を行うことができる。

また、改質部２３の温度が改質部２３の触媒の改質反応活性温度以上である場合に、判定部（ステップ１０８−１１２）は判定処理を行う。これにより、改質部２３の温度が改質反応活性温度以上である場合、改質用原料から多量の水素が生成されるため、燃料電池２４、ひいては第２燃焼部２８に供給されるガス（燃料すなわち水素リッチガス）中の水素量が高くなる。水素は着火性、燃焼性にて改質用原料に比較し良好であるため、第２燃焼部２８において水素が確実に燃焼することで第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を精度よく行うことができる。

次に、停止運転中の制御の変形例について図４を参照して説明する。前述した制御（図３に示す制御）と異なる点は、次の通りである。図３に示す制御においては、停止モードＡが開始された後、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ１以下となるまでの間は、第２燃焼部２８の判定処理を常時行っている。これにより、停止モードＡが開始されると、常時第２燃焼部２８の判定をして早期に異常の有無を検出することができる。

これに対して、図４に示す変形例においては、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となるまでの間は、第２燃焼部２８の判定処理を行わないで、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となってはじめて第２燃焼部２８の判定処理を行う。すなわち、制御装置６０は、停止モードＡが開始（ステップ１０４）された後、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３となると、ステップ１３０において「ＹＥＳ」と判定し、その後、第２燃焼部２８の判定処理を行う（ステップ１０６−１１４）。その後、停止モードＢに移行する（ステップ１１６）。

なお、所定温度Ｔｃ３は、燃料電池２５内が酸化するのを抑制するための温度である。この所定温度Ｔｃ３をあまり低く設定すると、改質部温度も低下し改質反応をしなくなり、Ｈ_２ができず未燃のＣＨ_４のみとなることで燃焼触媒で燃焼しなくなり誤検知の可能性となる。
これにより、燃料電池温度Ｔ５は所定温度Ｔｃ３以下であるため、第１燃焼部２６の燃焼を停止した後に、第１燃焼部２６が自然に再着火するのを抑制することができる。よって、再着火による第２燃焼部２８の誤判定を確実に抑制することができる。

なお、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となってはじめて第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１を演算し、その後ΔＴ１をΔＴ１−ａと比較しているが、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となる前に第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１を演算し、その演算結果を記憶し、燃料電池温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となった後でΔＴ１をΔＴ１−ａと比較するようにしてもよい。

本実施形態によれば、判定部（ステップ１０８−１１２）は、燃料電池２４の温度Ｔ５が所定温度Ｔｃ３以下となった以降に、判定処理を行う。これにより、停止運転中において、第１燃焼部２６を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部２８が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。なお、停止モードＡが開始された時点から所定時間（例えば、後述する所定時間ｔｍ−ｅ）が経過した以降に、判定処理を行うようにしてもよい。

次に、燃料電池システムが起動運転中または定常運転中であるときに、第２燃焼部２８の判定処理を強制的に行う場合について図５を参照して説明する。この実施形態では、上述した判定部のステップ１１１の処理に代えてステップ２０３の処理を行う。ステップ２０３の処理は、診断指示のあった時点から所定時間ｔｍ−ｃが経過したか否かを判定することである。なお、所定時間ｔｍ−ｃは、停止モードＡによって燃料電池温度Ｔ５がほぼ所定温度Ｔｃ１となる時間に設定されていることが望ましい。

制御装置６０は、燃料電池システムが起動運転中または定常運転中であって、第２燃焼部２８の温度が活性温度範囲内であるときに、第２燃焼部２８を診断する指示が発せられたときには、ステップ２０２において、「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１０４にて上述と同様に停止運転を行う。なお、ステップ２０２においては、診断指示があるか否かを判定する。診断指示は、予め設定された時刻または時間毎に出される。

制御装置６０は、第２燃焼部２８の温度変化率ΔＴ１を演算し（ステップ１０６）、停止モードＡ中において、最長で所定時間ｔｍ−ｃが経過するまで、第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を継続する（ステップ１０８−１１２）。すなわち、制御装置６０は、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上となった場合には、第２燃焼部２８は正常である旨の判定（ステップ１１０）を行い、そうでない場合例えば所定時間ｔｍ−ｃが経過するまで温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以下である状態が継続する場合には、第２燃焼部２８は異常である旨の判定（ステップ１１２）を行う（判定部）。

制御装置６０は、ステップ１１０で第２燃焼部２８は正常である旨の判定を行った後、ステップ２０６に進み燃料電池システムの再起動・発電復帰を行う。これにより、正常であれば所定時間ｔｍ−Ｃの経過を待つ必要はなく再起動をかけることで、本判定のため発電を停止している時間を短縮できる。また、制御装置６０は、ステップ１１２で第２燃焼部２８は異常である旨の判定を行った後、異常警告するとともにシステムを停止させ、再起動・発電復帰は行わない。
制御装置６０は、ステップ２０６において、燃料電池システムの再起動・発電復帰を行う。すなわち、改質用原料、改質水およびカソードエアを起動運転できる流量にて供給し、暖機が完了した後、負荷での消費電力に追従するように発電を行う。

本実施形態によれば、起動運転中または定常運転中においては、判定部による判定処理を開始するべき開始指示があった場合に、改質用原料を第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量αＮＬＭにて供給し、かつ、酸化剤ガスを第１燃焼部２６に起動運転中または定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量γＮＬＭにて供給し、改質用原料が第１所定流量αＮＬＭにて供給され、かつ、酸化剤ガスが第２所定流量γＮＬＭにて供給されているときに、判定部（ステップ１０８−１１２）が判定処理を行う。これにより、起動運転中または定常運転中においても、第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を行うことができる。すなわち、燃料電池システムの起動運転中または定常運転中においても、定期的に第２燃焼部２８が異常であるか否かを診断することができる。

上述した燃料電池システムの起動運転中または定常運転中における実施形態においては、判定部は、燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、判定処理を行うようにしてもよい。これにより、起動運転中または定常運転中において、第１燃焼部２６を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部２８が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。

さらに、起動運転中または定常運転中の制御の変形例について図６を参照して説明する。前述した制御（図５に示す制御）と異なる点は、次の通りである。図５に示す制御においては、停止モードＡが開始された後、所定時間ｔｍ−ｃが経過するまでの間は、第２燃焼部２８の判定処理を常時行っている。これにより、停止モードＡが開始されると、常時第２燃焼部２８の判定をして早期に異常の有無を検出することができる。

これに対して、図６に示す変形例においては、所定時間ｔｍ−ｃより短い所定時間ｔｍ−ｅが経過するまでの間は、第２燃焼部２８の判定処理を行わないで、所定時間ｔｍ−ｅが経過してはじめて第２燃焼部２８の判定処理を行う。すなわち、制御装置６０は、停止モードＡが開始（ステップ１０４）された後、所定時間ｔｍ−ｅが経過すると、ステップ２１０において「ＹＥＳ」と判定し、その後、第２燃焼部２８の判定処理を行う（ステップ１０６−２０３）。なお、所定時間ｔｍ−ｅは、停止モードＡによって燃料電池温度Ｔ５がほぼ所定温度Ｔｃ３となる時間に設定されている。
これにより、所定時間ｔｍ−ｅが経過していれば燃料電池温度Ｔ５は所定温度Ｔｃ３以下となっているため、第１燃焼部２６の燃焼を停止した後に、自然に再着火するのを抑制することができる。よって、再着火による第２燃焼部２８の誤判定を確実に抑制することができる。

なお、所定時間ｔｍ−ｅが経過してはじめて第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１を演算し、その後ΔＴ１をΔＴ１−ａと比較しているが、所定時間ｔｍ−ｅが経過する前に第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１を演算し、その演算結果を記憶し、所定時間ｔｍ−ｅが経過した後でΔＴ１をΔＴ１−ａと比較するようにしてもよい。

本実施形態によれば、判定部は、改質用原料を第１所定流量αＮＬＭで、酸化剤ガスを第２所定流量γＮＬＭでそれぞれ供給を開始した時点から所定時間ｔｍ−ｅが経過した以降に、判定処理を行う。これにより、起動運転中または定常運転中において、第１燃焼部２６を消火したにもかかわらず再着火することを確実に抑制するため、第２燃焼部２８が正常であるか否かを誤判定なく行うことができる。

次に、燃料電池システムが起動運転中または定常運転中であるときに、第１燃焼部２６が吹き消えた場合に、第２燃焼部２８の判定処理を行う場合について図７を参照して説明する。

制御装置６０は、起動運転中または定常運転中であるとき、ステップ３０２において、ステップ１０６の処理と同様に第２燃焼部２８の単位時間当たりの温度変化量ΔＴ１を所定時間毎に演算する。
制御装置６０は、ステップ３０４において、第１燃焼部２６が吹き消えである（失火している）か否かを判定する。具体的には、制御装置６０は、温度センサ２６ｂ１（または／および温度センサ２６ｂ２）によって検出されている第１燃焼部２６の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２−ａ以下である場合には、第１燃焼部２６が吹き消えであると判定し、一方、第１燃焼部２６の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２−ａより高い場合には、第１燃焼部２６が吹き消えでない（燃焼状態である）と判定する（吹き消え判定部）。

制御装置６０は、第１燃焼部２６が吹き消えていない場合には、ステップ３０４にて「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ３０２に戻し、起動運転または定常運転を継続する。一方、第１燃焼部２６が吹き消えである場合には、ステップ３０４にて「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ３０６に進めて、第１燃焼部２６が異常である旨すなわち吹き消えである旨の警告を発する。

そして、制御装置６０は、第１燃焼部２６が吹き消え状態であることを検出したときに、検出した後システムを停止する（ステップ３１０）までの間において、第２燃焼部２８が異常であるか否かの判定を行う。具体的には、制御装置６０は、ステップ３０８において、第１燃焼部２６が異常であることを検出した時点前の所定時間ｔｍ−ｄ間において、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上であるか否かを判定する。このとき、燃料電池システムは停止運転が行われていないため、改質用燃料、改質水およびカソードエアは、起動運転または定常運転に応じた量が供給されている一方で、第１燃焼部２６は燃焼していない状態である。なお、所定時間ｔｍ−ｄは、第１燃焼部２６が実際に吹き消えた時点から吹き消えている旨を判定した時点までの時間より短い時間に設定されている。

制御装置６０は、第２燃焼部２８の温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ以上である場合には、ステップ３０８にて「ＹＥＳ」と判定し第２燃焼部２８は正常である旨の判定（ステップ１１０）を行い、一方、温度変化量ΔＴ１が所定値ΔＴ１−ａ未満である場合には、ステップ３０８にて「ＮＯ」と判定し第２燃焼部２８は異常である旨の判定とその旨の警告を発する（ステップ１１２）を行う（判定部）。
そして、制御装置６０は、ステップ３１０において、燃料電池システムの停止運転を行う。

なお、ステップ３０４においては、第１燃焼部の温度Ｔ２と所定温度Ｔ２−ａとを比較することで第１燃焼部２６の異常を判定しているが、第１燃焼部の温度Ｔ２の低下量ΔＴ２と所定値ΔＴ２−ａとを比較することで第１燃焼部２６の異常を判定するようにしてもよい。また、第１燃焼部の燃焼状態を検知する方法としてフレームロッドや紫外線検知等の方法でもかまわない。

本実施形態によれば、第１燃焼部２６の温度Ｔ２から第１燃焼部２６が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部（ステップ３０４）をさらに備え、吹き消え判定部が第１燃焼部２６が吹き消えていると判定した場合、判定部（ステップ３０８，１１０，１１２）はその判定した時点からその時点から所定時間ｔｍ−ｄ前までの間における第２燃焼部２８の温度変化量に基づいて判定処理を行う。これにより、第１燃焼部２６が吹き消えた場合においても、吹き消えた後に時間をおかずに早期に第２燃焼部２８が正常であるか否かの判定を行うことができる。

なお、上述した実施形態においては、燃料電池は固体酸化物形燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池を備えた燃料電池システムに適用するようにしてもよい。

１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１１ｂ…空気導入口、１１ｃ…空気導出口、１２…仕切部材、１３…水タンク、１４…純水器、１５…換気用空気ブロワ、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２４ｄ…温度センサ、２５…マニホールド、２６…燃焼空間（第１燃焼部）、２７…火炎、２８…第２燃焼部（燃焼触媒）、２８ａ…温度センサ、２８ｂ…燃焼触媒ヒータ、３０…排熱回収システム、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２ａ…貯湯水循環ポンプ、３２ｂ，３２ｃ…温度センサ、３３…熱交換器、４２ａ…遮断弁、４２ｂ…脱硫器、４２ｃ…流量センサ、４２ｄ…バッファタンク、４２ｅ…原料ポンプ、４２ｆ…逆止弁、５０…インバータ装置、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置（判定部、吹き消え判定部）、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室、Ｒ３…燃焼空間。

Claims (9)

1. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
   改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
   前記燃料電池からの未使用の前記燃料を含む可燃性ガスを導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼ガスを導出する第１燃焼部と、
   前記第１燃焼部から排気される未使用の可燃性ガスを導入し燃焼して導出する第２燃焼部と、
   前記第１燃焼部が、前記可燃性ガスおよび前記酸化剤ガスが供給されているものの、燃焼していない状態である場合において、前記第２燃焼部の温度変化量が所定値以上となった場合には、前記第２燃焼部は正常である旨の判定を行い、そうでない場合には、前記第２燃焼部は異常である旨の判定を行う判定処理を実行する判定部と、
   を備えている燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記第２燃焼部は前記可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒で構成されている燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、停止運転中においては、前記改質用原料が前記第１燃焼部に起動運転中または定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給され、かつ、前記酸化剤ガスが前記第１燃焼部に前記起動運転中または前記定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給されているときに、前記判定部が前記判定処理を行う燃料電池システム。
4. 請求項３において、前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、前記判定処理を行う燃料電池システム。
5. 請求項１または請求項２において、起動運転中または定常運転中においては、前記判定部による前記判定処理を開始するべき開始指示があった場合に、前記改質用原料を前記第１燃焼部に前記起動運転中または前記定常運転中である場合と比較して小さい第１所定流量にて供給し、かつ、前記酸化剤ガスを前記第１燃焼部に前記起動運転中または前記定常運転中である場合と比較して大きい第２所定流量にて供給し、
   前記改質用原料が前記第１所定流量にて供給され、かつ、前記酸化剤ガスが前記第２所定流量にて供給されているときに、前記判定部が前記判定処理を実行する燃料電池システム。
6. 請求項５において、前記判定部は、前記改質用原料を前記第１所定流量で、前記酸化剤ガスを前記第２所定流量でそれぞれ供給を開始した時点から所定時間が経過した以降に、前記判定処理を行う燃料電池システム。
7. 請求項５において、前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定温度以下となった以降に、前記判定処理を行う燃料電池システム。
8. 請求項１または請求項２において、前記第１燃焼部の温度から前記第１燃焼部が吹き消えているか否かを判定する吹き消え判定部をさらに備え、
   前記吹き消え判定部が前記第１燃焼部が吹き消えていると判定した場合、前記判定部はその判定した時点からその時点から所定時間前までの間における第２燃焼部の温度変化量に基づいて前記判定処理を行う燃料電池システム。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、前記改質部の温度が改質反応活性温度以上である場合に、前記判定部は前記判定処理を行う燃料電池システム。

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