JP6438997B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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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高効率化に向けて燃料利用率を向上させる手法として、燃料電池セルスタックを複数用い、前段のスタックで未反応の燃料ガスを後段のスタックで利用するスタック多段化に関する技術が提案されている。このようなスタック多段化においては、前段スタックから後段スタックに供給される燃料ガス中における水蒸気や二酸化炭素を取り除くことで、反応に寄与する水素や一酸化炭素の濃度が上がり、再利用された燃料ガスを用いて発電を行う後段スタックの性能を向上させることができる。
上記に関連して、例えば特許文献１には、熱交換器による水凝縮により水蒸気を除去すると共に、ＣＯ２除去器が備える吸着剤により二酸化炭素を除去する技術が開示されている。また、特許文献２では、水蒸気分離膜を用いて水蒸気や二酸化炭素の除去を行う技術が開示されている。燃料電池セルスタックが多段化された燃料電池システムでは、上記技術を適用し、ユニット化させた燃料再生器を構成することができる。
ここで、燃料再生器が故障した場合は、発電を停止させると共に燃料再生器を停止させる必要がある。しかしながら、燃料電池システムとしての発電効率は低下しても運転を維持したい場合がある。一方、燃料再生器の故障により燃料再生が実施されない、又は燃料ガスがリークした状態で後段スタックの発電を継続した場合、ガス成分が変動して燃料ガス濃度が低下することに伴い、後段スタックでは所定の出力を得ようと電流値が上昇し、電圧が下降する。これにより、後段スタックが故障する場合が生ずる。
本発明は上記事実を考慮し、燃料再生器が故障した場合においても発電を継続可能な燃料電池システムの提供を目的とする。
請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、前記短絡路と前記燃料再生器とを切り替え可能な切替手段と、前記燃料再生器の故障を検知する検知手段と、前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、燃料利用率が前記燃料再生器の正常時よりも低下するように前記燃料ガスの供給量を変更させ、かつ前記切替手段により前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える制御部と、を備えている。
請求項１に係る燃料電池システムは、前段スタックとして一次側燃料電池セルスタックと、後段スタックとして二次側燃料電池セルスタックと、一次側燃料電池セルスタックと二次側燃料電池セルスタックとの間に燃料再生器とを備えている。ここで、一次側燃料電池セルスタック及び二次側燃料電池セルスタックは、それぞれ１つに限らない。一次側又は二次側における燃料電池セルスタックは、それぞれ複数配置してもよい。また、燃料再生器については、燃料電池セルスタックの個数に合わせて複数配置してもよい。
燃料再生器は、一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去するものである。また、一次側燃料電池セルスタックと二次側燃料電池セルスタックとの間には、燃料再生器を適用させず、一次側燃料電池セルスタックと二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路が設けられている。この短絡路は、燃料再生器が故障した場合に、燃料再生器から切り替え可能とされている。ここで、燃料再生器の「故障」としては、燃料ガスの外部リーク、空気の混入、燃料再生に分離膜を用いた場合は内部リークなど、燃料再生器の動作を妨げるすべて態様を含む。そして、燃料再生器が故障した場合、燃料再生器の正常時よりも燃料利用率が低下するように燃料ガスの供給量を変更し、かつ切替手段が燃料再生器を短絡路に切り替える。したがって、当該燃料電池システムによれば、燃料再生器が故障した場合であっても、二次側燃料電池セルスタックに供給される燃料ガス濃度の低下を抑制できるため、二次側燃料電池セルスタックの故障を抑制しつつ、発電を継続することができる。
請求項２記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、前記短絡路と前記燃料再生器とを切り替え可能な切替手段と、前記燃料再生器の故障を検知する検知手段と、前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックのいずれか一方の出力を低下させると共に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックのいずれか他方の出力を上昇させ、かつ前記切替手段により前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える制御部と、を備えている。
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムと同様に、一次側燃料電池セルスタック、二次側燃料電池セルスタック、燃料再生器、及び短絡路を含んで構成されている。そして、燃料再生器が故障した場合、一次側燃料電池セルスタック及び二次側燃料電池セルスタックのいずれか一方の出力は低下されると共に、一次側燃料電池セルスタック及び二次側燃料電池セルスタックのいずれか他方の出力は上昇される。また、切替手段が燃料再生器を短絡路に切り替える。したがって、当該燃料電池システムによれば、燃料再生器が故障した場合でも、システム全体の出力をできるだけ維持しつつ発電を継続することができる。
請求項３記載の発明に係る燃料電池システムでは、前記制御部は、前記一方の燃料電池セルスタックの出力をゼロにすると共に、前記他方の燃料電池セルスタックの出力を当該他方の燃料電池セルスタックの定格出力の範囲内に制御する。
請求項３記載の発明に係る燃料電池システムによれば、一方の燃料電池セルスタックを完全に停止させると共に、他方の燃料電池セルスタックにより、発電を継続することができる。したがって、一方の燃料電池セルスタックが故障した場合にも対応することができる。
請求項４記載の発明に係る燃料電池システムでは、前記制御部は、前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックの出力を段階的に変動させる。
請求項４記載の発明に係る燃料電池システムによれば、急激な出力変動を抑制することにより、燃料電池セルスタックを保護することができる。
請求項５記載の発明に係る燃料電池システムは、前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、故障が生じた旨を報知する報知手段を備えている。
請求項５記載の発明に係る燃料電池システムによれば、燃料再生器が故障した場合、その旨を報知することにより、発電を継続している間に燃料再生器の修理又は交換等の措置を可能としている。
請求項６記載の発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料再生器の稼働状態に係る情報を取得し、前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える。
請求項６記載の発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、燃料再生器が故障した場合、燃料電池システムから燃料再生器を分離させて、発電を継続することができる。
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料再生器が故障した場合においても発電を継続することができる。
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２には、本実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成が示されている。本実施形態に係る燃料電池システム１０は、主要な構成として、気化器１２、改質器１４、第１燃料電池セルスタック１６、第２燃料電池セルスタック１８、燃料再生器２０、及び燃焼器４０を備えている。
気化器１２には、原料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、原料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、ブロアＢ１によりメタンが気化器１２へ送出される。ブロアＢ１は、制御部２４と電気的に接続されており、制御部２４によってメタンの供給量が制御される。
また、気化器１２には、水供給管Ｐ２が接続されている。水供給管Ｐ２からは、ポンプＰにより、水（液相）が気化器１２へ送出される。ポンプＰは、制御部２４と電気的に接続されており、制御部２４によって水の供給量が制御される。気化器１２では、水が気化される。気化器１２には、後述する燃焼排ガス管Ｐ１０が導入されており、燃焼器４０から排出された燃焼排ガスの熱が気化に用いられている。なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよい。
メタン及び水蒸気は、気化器１２から配管Ｐ３を介して改質器１４へ送出される。改質器１４は、後述する燃焼器４０との熱交換により加熱される。改質器１４では、メタンを改質し、水素を含む６００℃程度の温度の燃料ガスを生成する。改質器１４には、燃料ガス管Ｐ４の一端が接続されている。燃料ガス管Ｐ４の他端は、燃料電池セルスタック１６のアノード（燃料極）１６Ａと接続されている。改質器１４で生成された燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ４を介してアノード１６Ａに供給される。
一次側燃料電池セルスタックである第１燃料電池セルスタック１６は、固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)、積層された複数の燃料電池セルを有している。第１燃料電池セルスタック１６は、作動温度が６５０℃程度に設定されている。
第１燃料電池セルスタック１６の個々の燃料電池セルは、電解質膜と、当該電解質膜の表裏面にそれぞれ積層されたアノード（燃料極）１６Ａ、及びカソード（空気極）１６Ｂと、を有している。
第１燃料電池セルスタック１６のカソード１６Ｂには、空気管Ｐ５の一端が接続され、空気管Ｐ５の他端には、ブロアＢ２が接続されている。ブロアＢ２は、制御部２４と電気的に接続されており、制御部２４によって空気の供給量が制御される。ブロアＢ２から送出された空気は、空気管Ｐ５によって、カソード１６Ｂへ供給される。なお、空気管Ｐ５を流通する空気は、後述する燃焼排ガスとの間で熱交換を行い加熱される。
カソード１６Ｂでは、下記（１）式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質膜を通って第１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａに到達する。
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（１）
カソード１６Ｂからは、カソードオフガスが排出される。このカソードオフガスは、カソードオフガス管Ｐ９−１を経てカソード１８Ｂへ供給される。
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（１）
カソード１６Ｂからは、カソードオフガスが排出される。このカソードオフガスは、カソードオフガス管Ｐ９−１を経てカソード１８Ｂへ供給される。
一方、第１燃料電池セルスタック１６のアノード１６Ａでは、下記（２）式及び（３）式に示すように、電解質膜を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。アノード１６Ａで生成された電子がアノード１６Ａから外部回路を通ってカソード１６Ｂに移動することで、各燃料電池セルスタックにおいて発電される。また、各燃料電池セルスタックは、発電時に発熱する。
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(２)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(３)
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(２)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(３)
アノード１６Ａには、アノードオフガス管Ｐ７−１の一端が接続されている。アノード１６Ａからアノードオフガス管Ｐ７−１へ、第１アノードオフガスが排出される。第１アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。
アノードオフガス管Ｐ７−１の他端は、燃料再生器２０と接続されている。燃料再生器２０は、第１アノードオフガスから二酸化炭素及び水蒸気の内の少なくとも一方を除去するものであり、分離膜、凝縮器など公知の方法を採用することができる。燃料再生器２０には、再生燃料ガス管Ｐ７−２の一端が接続され、アノード１８Ａには、再生燃料ガス管Ｐ７−２の他端が接続されている。燃料再生器２０で第１アノードオフガスから二酸化炭素及び水蒸気の内の少なくとも一方が除去された再生燃料ガスは、再生燃料ガス管Ｐ７−２を通ってアノード１８Ａへ供給される。
二次側燃料電池セルスタックである第２燃料電池セルスタック１８は、第１燃料電池セルスタック１６と同様の構成を有しており、アノード１６Ａに対応するアノード１８Ａと、カソード１６Ｂに対応するカソード１８Ｂを備えている。第２燃料電池セルスタック１８では、第１燃料電池セルスタック１６と同様の反応により、発電される。
ここで、アノードオフガス管Ｐ７−１と再生燃料ガス管Ｐ７−２との間には、燃料再生器２０を介さずに、アノードオフガス管Ｐ７−１と再生燃料ガス管Ｐ７−２とを直接連通させるバイパス管Ｐ１１が設けられている。このバイパス管Ｐ１１の途中にはショートパスバルブ３０が設けられている。
また、アノードオフガス管Ｐ７−１におけるバイパス管Ｐ１１との接続部よりも燃料再生器２０側には、連通バルブ３２Ａが設けられている。さらに、再生燃料ガス管Ｐ７−２におけるバイパス管Ｐ１１との接続部よりも燃料再生器２０側には、連通バルブ３２Ｂが設けられている。なお、燃料再生器２０と連通バルブ３２Ｂとの間には、検知手段としての圧力センサ３４が設けられている。
ここで、ショートパスバルブ３０、連通バルブ３２Ａ、及び連通バルブ３２Ｂは、バイパス管Ｐ１１と燃料再生器２０とを切り替え可能な切替手段として機能している。また、これらのバルブ（３０，３２Ａ，３２Ｂ）は、制御部２４と電気的に接続されており、制御部２４によって各バルブ（３０，３２Ａ，３２Ｂ）の開閉が制御される。さらに、圧力センサ３４は、制御部２４と電気的に接続されており、制御部２４によって再生燃料ガスの圧力を検知可能とされている。
カソード１８Ｂには、カソードオフガス管Ｐ９−２の一端が接続されている。カソードオフガス管Ｐ９−２の他端は、燃焼器４０と接続されている。カソード１８Ｂから排出されたカソードオフガスは燃焼器４０へ送出される。燃焼器４０は、内部に燃焼空間Ｒが形成された金属製の箱体とされている。燃焼器４０には、燃焼器４０内へカソードオフガスを放出する放出部４３が形成されている。
アノード１８Ａには、アノードオフガス管Ｐ８の一端が接続されている。アノードオフガス管Ｐ８の他端は、燃焼器４０と接続されている。燃焼器４０には、燃焼器４０内へ第２アノードオフガスを放出する放出部４２が形成されている。放出部４２から放出された第２アノードオフガス中の未反応水素、一酸化炭素は、放出部４２近傍で燃焼する。これにより、燃焼器４０内の放出部４２近傍が燃焼点となる。
燃焼器４０には、燃焼排ガス管Ｐ１０が接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０は、燃焼器４０の燃焼空間Ｒを挟んで放出部４２、４３と反対の他端側に接続されている。燃焼排ガス管Ｐ１０は、熱交換器４６、気化器１２を経て、外部に排出されている。熱交換器４６では、空気管Ｐ５を流れる空気（酸化ガス）と、燃焼排ガスとの間での熱交換が行われ、酸化ガスが加熱され、燃焼排ガスが冷却される。
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１０における電気系の構成について説明する。本実施形態の電気系は、主要な構成として、制御部２４、第１電流制御器２６、第２電流制御器２８、パワーコンディショナ２２を備えている。
制御部２４は、燃料電池システム１０の全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成されている。
第１燃料電池セルスタック１６は、電気配線２６Ａを介して第１電流制御器２６と接続されている。第１電流制御器２６は、電気配線２６Ｂを介してパワーコンディショナ２２と電気的に接続されている。第１電流制御器２６は、電気配線２６Ａ、２６Ｂを流れる電流の大きさを制御可能とされている。
第２燃料電池セルスタック１８は、電気配線２８Ａを介して第２電流制御器２８と接続されている。第２電流制御器２８は、電気配線２６Ｂを介してパワーコンディショナ２２と電気的に接続されている。第２電流制御器２８は、電気配線２８Ａ、２８Ｂを流れる電流の大きさを制御可能とされている。
したがって、パワーコンディショナ２２は、第１電流制御器２６、第２電流制御器２８を介して電気配線２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、２８Ｂを流れる各々の電流の大きさを制御可能とされている。また、パワーコンディショナ２２は、制御部２４と電気的に接続されている。すなわち、電気配線２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａ、２８Ｂを流れる各々の電流の大きさは、パワーコンディショナ２２を介して制御部２４によって制御されている。また、パワーコンディショナ２２は、図示しない変電機器を介して図示しない電力負荷に接続されている。第１燃料電池セルスタック１６、第２燃料電池セルスタック１８で発電された電力は、直流→交流や電圧変換などの変電処理を経て電力負荷で消費される。
一方、上述のとおり、制御部２４は、ブロアＢ１、ブロアＢ２、及びポンプＰと電気的に接続されている。そして、制御部２４は、燃料電池システム１０に対して要求される負荷電力に応じて、定格出力を上限として出力を変化させつつ運転するように制御を行っている。具体的に制御部２４は、ブロアＢ１、ブロアＢ２、及びポンプＰを制御することにより出力を制御している。
また、上述のとおり、制御部２４は、ショートパスバルブ３０、連通バルブ３２Ａ、及び連通バルブ３２Ｂと電気的に接続されている。これにより、制御部２４は、各バルブを切り替え制御することができ、燃料再生器２０を適用する場合と、燃料再生器２０を適用しない場合とを切り替え可能としている。本実施形態の制御部２４は、圧力センサ３４により燃料再生器２０の稼働状態に係る情報、すなわち、再生燃料ガスの圧力値を取得している。そして、圧力センサ３４により検知される再生燃料ガスの圧力が所定の値を下回った場合に燃料再生器２０に故障が発生したと判定すると共に、以下の制御を実行する。すなわち、燃料再生器２０に故障が発生した場合、制御部２４は、図２に示されるように、ショートパスバルブ３０を開くと共に、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを閉じる。これにより、矢印に示されるように燃料再生器２０に代えてバイパス管Ｐ１１を第１アノードオフガスが通過するようになる。詳細な制御内容については後述する。
その他、燃料電池システム１０には、報知手段としてスピーカ５０や表示装置５２が設けられている。これらのスピーカ５０や表示装置５２は、制御部２４に電気的に接続されており、制御部２４により燃料電池システム１０の稼働状況や異常発生を報知することができる。本実施形態では、燃料再生器２０に故障が発生した場合に、その旨が外部に報知される。
次に、本実施形態の燃料電池システム１０の基本動作について説明する。
図１に示されるように、ブロアＢ２により所定の流量で送出された空気は、カソード１６Ｂへ供給され、発電に供された後、カソードオフガス管Ｐ９−１を経てカソードオフガスがカソード１８Ｂへ送出される。カソードオフガスは、カソード１８Ｂで発電に供され、カソード１８Ｂからカソードオフガスが排出される。カソードオフガスは、カソードオフガス管Ｐ９−２を経て燃焼器４０へ送出される。
一方、ブロアＢ１により送出されたメタンは、気化器１２へ供給される。また、気化器１２には、ポンプＰにより水（液相）が供給され、燃焼排ガスにより加熱される。これにより水は気化され、加熱されたメタンと水蒸気は配管Ｐ３を経て改質器１４へ送出され、燃料ガスへ改質される。燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ４を経てアノード１６Ａへ供給され、発電に供される。ここで、燃料再生器２０が適用される通常時発電モードにおいて、制御部２４は、ショートパスバルブ３０を閉じると共に、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを開いている。したがって、アノード１６Ａから排出された未反応の水素等の燃料を含む第１アノードオフガスは、図１の矢印に示されるように、アノードオフガス管Ｐ７−１を経て、燃料再生器２０へ送出される。第１アノードオフガスは、燃料再生器２０で二酸化炭素及び水蒸気の内の少なくとも一方が除去されて、再生燃料ガスとなる。再生燃料ガスは、再生燃料ガス管Ｐ７−２を通ってアノード１８Ａへ供給される。再生燃料ガスは、アノード１８Ａで発電に供され、アノード１８Ａから第２アノードオフガスが排出される。
第２アノードオフガスは、アノードオフガス管Ｐ８を経て燃焼器４０へ送出され、放出部４２から燃焼器４０内へ放出される。第２アノードオフガス中の未反応水素、一酸化炭素は、放出部４２近傍で燃焼する。これにより、放出部４２近傍の温度が最も上昇する。燃焼器４０内の燃焼排ガスは、燃焼排ガス管Ｐ１０から排出される。
続いて、本実施形態の燃料電池システム１０において、燃料再生器２０に不具合が発生した場合の動作について説明する。本実施形態では、燃料再生器２０に故障が発生すると、燃料再生器２０を適用しないように各バルブが切り替えられると共に、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８の発電効率・出力を下げつつ発電を継続する故障時発電モードが実行される。詳しくは、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８には、燃料再生器２０を適用しないバイパス運転時の定格出力がそれぞれ予め設定されており、燃料再生器２０に故障が発生すると、当該バイパス運転時の定格出力に向けて出力を下げる。ここで、バイパス運転時の定格出力は、燃料再生器２０が適用される通常時発電モードの燃料利用率（Ｕｆ）よりも低いＵｆとなる出力値である。以下、図３のフローチャートを用いて、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８による燃料再生器２０が故障した際の故障時発電モードへの切り替え処理について説明する。
まず、ステップＳ１００において、制御部２４は、燃料再生器２０に故障が発生したか否かを判定する。具体的には、制御部２４は、圧力センサ３４により検知される再生燃料ガスの圧力をモニタし、当該圧力が所定の値を下回った場合に燃料再生器２０に故障が発生したと判定する。燃料再生器２０に故障が発生していると判定された場合は次のステップＳ１０１に進む。一方、燃料再生器２０に故障が発生してはいないと判定された場合はステップＳ１００に戻る。
ステップＳ１０１において、制御部２４は、燃料再生器２０に故障が発生している旨の警報を発報する。具体的に、制御部２４は、スピーカ５０からアラーム音を出力したり、表示装置５２にエラーコードを表示したりする。そして、次のステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において、制御部２４は、パワーコンディショナ２２に対し、第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を共に削減するように制御信号を出力する。そして、次のステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において、制御部２４は、通常時発電モードよりも燃料利用率が低下するように、メタン流量、水流量、空気流量を変更する。具体的には、通常時発電モードよりも燃料利用率を低下させるべく、ブロアＢ１の出力、ポンプＰの出力、及びブロアＢ２の出力を調整する。これにより、燃料ガスの供給量が変更されて、燃料再生器２０の故障時は正常時よりも燃料利用率が低下する。そして、次のステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、制御部２４は、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８のそれぞれにおいて、現在の出力と燃料再生器２０を適用しないバイパス運転時の定格出力とを比較し、現在の出力がバイパス運転時の定格出力以下であるか否かを判定する。現在の出力がバイパス運転時の定格出力以下ではない、すなわち定格出力以上であると判定された場合は、ステップＳ１０２に戻る。一方、現在の出力がバイパス運転時の定格出力以下であると判定された場合は、次のステップＳ１０５に進む。
以上のように、ステップＳ１０２からステップＳ１０４を繰り返すことにより、第１燃料電池セルスタック１６の出力をバイパス運転時の定格出力に下げると共に、第２燃料電池セルスタック１８の出力をバイパス運転時の定格出力に下げる。
ステップＳ１０５において、制御部２４は、ショートパスバルブ３０を開く。これにより、第１アノードオフガスはアノード１８Ａに直接供給される。そして、次のステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において、制御部２４は、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを閉じる。連通バルブ３２Ａを閉じることにより、第１アノードオフガスの燃料再生器２０への供給が遮断される。また、連通バルブ３２Ｂを閉じることにより、第１アノードオフガスの再生燃料ガス管Ｐ７−２からの流入が防止される。すなわち、図２に示されるように、燃料電池システム１０から燃料再生器２０が切り離される。そして、故障時発電モードへの切り替え処理は終了する。
以上、第１の実施形態について、その特徴をまとめると次のとおりである。本実施形態に係る燃料電池システム１０は、前段スタックとして第１燃料電池セルスタック１６と、後段スタックとして第２燃料電池セルスタック１８と、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８との間に燃料再生器２０とを備えている。この燃料再生器２０は、第１燃料電池セルスタックのアノード１６Ａから排出された第１アノードオフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去するものである。また、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８との間には、燃料再生器２０を適用させず、第１燃料電池セルスタック１６と第２燃料電池セルスタック１８とを接続するバイパス管Ｐ１１が設けられている。このバイパス管Ｐ１１は、燃料再生器２０が故障した場合に、燃料再生器２０から切り替え可能とされている。
詳しくは、アノード１６Ａと燃料再生器２０との間には連通バルブ３２Ａが設けられ、燃料再生器２０とアノード１８Ａとの間には連通バルブ３２Ｂが設けられ、バイパス管Ｐ１１の途中にはショートパスバルブ３０が設けられている。これらのバルブ（３０，３２Ａ，３２Ｂ）は制御部２４と電気的に接続されている。また、制御部２４は、再生燃料ガス管Ｐ７−２の途中に設けられた圧力センサ３４と電気的に接続されている。例えば燃料再生器２０において燃料ガスにリークが発生しているなど、燃料再生器２０のガス圧が所定の閾値を下回ると、制御部２４において燃料再生器２０の故障が検知される。
ここで、本実施形態では、燃料再生器２０が適用される通常時発電モードにおいて、制御部２４は、ショートパスバルブ３０を閉じると共に、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを開いている。これにより、第１アノードオフガスが燃料再生器２０に導入され、二酸化炭素や水蒸気が除去されている（図１の矢印参照）。
一方、制御部２４が燃料再生器２０の故障を検知すると、故障時発電モードが実行される。すなわち、制御部２４は、燃料再生器２０の正常時よりも燃料利用率が低下するように燃料ガスの供給量を変更し、そして、ショートパスバルブ３０を開き、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを閉じて、燃料再生器２０をバイパス管Ｐ１１に切り替える（図２の矢印参照）。
以上、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料再生器２０が故障した場合、故障した燃料再生器２０をシステムから分離させつつ、燃料再生器２０の正常時よりも燃料利用率を低下させることで、第２燃料電池セルスタック１８に供給される燃料ガス濃度の低下を抑制することができる。すなわち、第２燃料電池セルスタック１８における電圧降下を防ぐことができる。これにより、第２燃料電池セルスタック１８の故障を抑制しつつ、発電を継続することができる。
また、本実施形態の燃料電池システム１０では、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を低下させる際、制御部２４は、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を段階的に変動させる。具体的には、図３に示されるステップＳ１０２からステップＳ１０４を繰り返すことにより、第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力をそれぞれバイパス運転時の定格出力まで段階的に下げる。これにより、本実施形態では、急激な出力変動を抑制することにより、燃料電池セルスタックを保護することができる。
さらに本実施形態では、制御部２４にスピーカ５０や表示装置５２が接続されており、燃料再生器２０に故障が発生している場合、制御部２４は、スピーカ５０からアラーム音を出力したり、表示装置５２にエラーコードを表示したりする。すなわち、燃料再生器２０が故障した場合、その旨を報知することにより、発電を継続している間に燃料再生器２０の修理又は交換等の措置を可能としている。
（第１の実施形態の補足）
本実施形態では、２つの燃料電池セルスタック毎に電流制御器を設けて故障時発電モードを実行したが、この限りではない。本実施形態では、第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を同時に制御するため、これら２つの燃料電池セルスタックを１つの電流制御器で制御することが可能である。例えば、電気配線２６Ａのカソード１６Ｂ側の配線と電気配線２８Ａのアノード１８Ａ側の配線を直列に接続すると共に、電気配線２６Ａのアノード１６Ａ側の配線と、電気配線２８Ａのカソード１８Ｂ側の配線を１つの電流制御器に接続する。これにより、１つの電流制御器で第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を同時に制御することができる。
本実施形態では、２つの燃料電池セルスタック毎に電流制御器を設けて故障時発電モードを実行したが、この限りではない。本実施形態では、第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を同時に制御するため、これら２つの燃料電池セルスタックを１つの電流制御器で制御することが可能である。例えば、電気配線２６Ａのカソード１６Ｂ側の配線と電気配線２８Ａのアノード１８Ａ側の配線を直列に接続すると共に、電気配線２６Ａのアノード１６Ａ側の配線と、電気配線２８Ａのカソード１８Ｂ側の配線を１つの電流制御器に接続する。これにより、１つの電流制御器で第１燃料電池セルスタック１６の出力及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を同時に制御することができる。
本実施形態では、燃料再生器２０の故障を検知するための検知手段として、再生燃料ガス管Ｐ７−２における燃料再生器２０と連通バルブ３２Ｂとの間に圧力センサ３４を設けたが、検知手段としてはこの限りではない。例えば、第２燃料電池セルスタック１８において開回路電圧である起電力「ＯＶＣ（Open Circuit Voltage）」を検出する手段を設けて、検出位置よりも上流側の燃料電池セルスタックや燃料再生器の故障を検知することができる。また、燃料ガスラインのリーク箇所を判定する手段を設けて、検知を行ってもよい。以下、検知手段の構成は第２の実施形態においても同様である。
なお、本実施形態の燃料電池セルスタックは、固体酸化物形の燃料電池セルスタック(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)であるがこれは一例である。本実施形態のような燃料電池セルスタックの多段化は燃料電池の種類を問わず実施されているところ、一次側及び二次側の燃料電池セルスタックを共に高温作動型燃料電池である固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池とすることができる。また、固体酸化物型燃料電池(SOFC)については酸化物イオン導電型・プロトン導電型のいずれの種類も利用可能である。さらに、一次側燃料電池セルスタックは高温作動型燃料電池、二次側燃料電池セルスタックは固体高分子型燃料電池にするなど多段化による燃料利用率向上が期待されるあらゆる形態が利用可能である。
また、本実施形態では、一次側燃料電池セルスタックとして第１燃料電池セルスタック１６を、二次側燃料電池セルスタックとして第２燃料電池セルスタック１８をそれぞれ設けたが、一次側燃料電池セルスタック及び二次側燃料電池セルスタックは、それぞれ１つに限らない。すなわち、一次側又は二次側における燃料電池セルスタックは、複数配置してもよい。また、燃料再生器については、燃料電池セルスタックの個数に合わせて複数配置してもよい。以下、一次側燃料電池セルスタック、二次側燃料電池セルスタック、及び燃料再生器の配置数は、第２の実施形態においても同様である。
また、開放系の燃料電池セルスタックを使用する場合は、排ガス用の配管を要しない。すなわち、空気の回収可否は問わない。
また、本実施形態の燃料ガスはメタンを水素に改質したガスであるが、燃料電池セルスタックにおいてメタンを直接改質する燃料電池システムにおいては、原料ガスであるメタンが燃料ガスに相当する。以下、燃料電池セルスタックの構成については、第２の実施形態においても同様である。
［第２の実施形態］
第２の実施形態の燃料電池システム１０は、その構成は第１の実施形態と同じであるが、燃料再生器２０が故障した際の故障時発電モードの制御方法が相違する。以下、故障時発電モードにおける制御方法について説明する。
第２の実施形態の燃料電池システム１０は、その構成は第１の実施形態と同じであるが、燃料再生器２０が故障した際の故障時発電モードの制御方法が相違する。以下、故障時発電モードにおける制御方法について説明する。
本実施形態では、燃料再生器２０に故障が発生すると、燃料再生器２０を適用しないように各バルブが切り替えられると共に、第２燃料電池セルスタック１８の出力を下げ、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げて発電を継続する故障時発電モードが実行される。詳しくは、第１燃料電池セルスタック１６には、燃料再生器２０を適用しないバイパス運転時の定格出力が予め設定されており、燃料再生器２０に故障が発生すると、第２燃料電池セルスタック１８の出力を０Ｗにすると共に、第１燃料電池セルスタック１６では、バイパス運転時の定格出力を上回らない程度に出力を上げる。ここで、バイパス運転時の定格出力は、燃料再生器２０が適用される通常時発電モードの燃料利用率（Ｕｆ）よりも低いＵｆとなる出力値である。以下、図４及び図５のフローチャートを用いて、故障時発電モードへの切り替え処理について説明する。
図４に示されるように、まず、ステップＳ２００において、制御部２４は、燃料再生器２０に故障が発生したか否かを判定する。具体的には、制御部２４は、圧力センサ３４により検知される再生燃料ガスの圧力をモニタし、当該圧力が所定の値を下回った場合に燃料再生器２０に故障が発生したと判定する。燃料再生器２０に故障が発生していると判定された場合は次のステップＳ２０１に進む。一方、燃料再生器２０に故障が発生してはいないと判定された場合はステップＳ２００に戻る。
ステップＳ２０１において、制御部２４は、燃料再生器２０に故障が発生している旨の警報を発報する。具体的に、制御部２４は、スピーカ５０からアラーム音を出力したり、表示装置５２にエラーコードを表示したりする。そして、次のステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、制御部２４は、第２燃料電池セルスタック１８を停止させる第２燃料電池セルスタック発電停止処理を実行する。詳細は後述する。そして、次のステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３において、制御部２４は、ショートパスバルブ３０を開く。これにより、第１アノードオフガスはアノード１８Ａに直接供給される。なお、第２燃料電池セルスタック１８の停止後においては、第１アノードオフガスはアノード１８Ａにおいて燃料極反応を経ることなく通過して燃焼器４０に供給される。そして、次のステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４において、制御部２４は、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを閉じる。連通バルブ３２Ａを閉じることにより、第１アノードオフガスの燃料再生器２０への供給が遮断される。また、連通バルブ３２Ｂを閉じることにより、第１アノードオフガスの再生燃料ガス管Ｐ７−２からの流入が防止される。すなわち、図２に示されるように、燃料電池システム１０から燃料再生器２０が切り離される。そして、故障時発電モードへの切り替え処理は終了する。
続いて、ステップＳ２０２の第２燃料電池セルスタック発電停止処理について図５を用いて説明する。
まず、ステップＳ２１０において、制御部２４は、第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗよりも大きいか否かを判定する。第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗよりも大きいと判定された場合は、次のステップＳ２１１に進む。一方、第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗよりも大きくない、すなわち０Ｗであると判定された場合、第２燃料電池セルスタック発電停止処理は終了し、前述のステップＳ２０３に戻る。
まず、ステップＳ２１１において、制御部２４は、パワーコンディショナ２２に対し、第２燃料電池セルスタック１８の出力を削減するように制御信号を出力する。そして、次のステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２において、制御部２４は、パワーコンディショナ２２に対し、第２燃料電池セルスタック１８の出力削減幅に合わせて第１燃料電池セルスタック１６の出力を増加させるように制御信号を出力する。そして、次のステップＳ２１３に進む。
ステップＳ２１３において、制御部２４は、第１燃料電池セルスタック１６の電圧が規定値以下であるか否かを判定する。ここで規定値は、第１燃料電池セルスタック１６が故障しないように予め設定された電圧値である。現在の電圧が規定値以下ではないと判定された場合は、ステップＳ２１０に戻る。一方、現在の電圧が規定値以下であると判定された場合は、次のステップＳ２１４に進む。
ステップＳ２１４において、制御部２４は、パワーコンディショナ２２に対し、第２燃料電池セルスタック１８の出力を削減するように制御信号を出力する。そして、次のステップＳ２１５に進む。
ステップＳ２１５において、制御部２４は、第２燃料電池セルスタック１８の出力削減幅に合わせてメタン流量、水流量、空気流量を削減する。具体的には、ブロアＢ１の出力を下げてメタンの供給量を削減し、ポンプＰの出力を下げて水の供給量を削減し、ブロアＢ２の出力を下げて空気の供給量を削減する。そして、次のステップＳ２１６に進む。
ステップＳ２１６において、第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗであるか否かを判定する。第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗではないと判定された場合は、ステップＳ２１４に戻る。一方、第２燃料電池セルスタック１８の出力が０Ｗであると判定された場合、第２燃料電池セルスタック発電停止処理は終了し、前述のステップＳ２０３に戻る。
以上のように、本実施形態では、ステップＳ２１０からステップＳ２１３を繰り返すことにより、第１燃料電池セルスタック１６が故障しない限度において、第２燃料電池セルスタック１８の出力は第１燃料電池セルスタック１６に移し替えられる。そして、ステップＳ２１４からステップＳ２１６を繰り返すことにより、第２燃料電池セルスタック１８の出力を０Ｗに、すなわち第２燃料電池セルスタック１８停止させる。
以上、第２の実施形態について、その特徴をまとめると次のとおりである。すなわち、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、第１の実施形態の燃料電池システム１０と同様に、第１燃料電池セルスタック１６、第２燃料電池セルスタック１８、燃料再生器２０、及びバイパス管Ｐ１１を含んで構成されている。そして、燃料再生器２０が故障した場合、第２燃料電池セルスタック１８の出力は低下され、第１燃料電池セルスタック１６の出力は上昇されると共に、バルブ（３０，３２Ａ，３２Ｂ）が燃料再生器２０をバイパス管Ｐ１１に切り替え可能とされている。
ここで、本実施形態では、第１の実施形態と同様に燃料再生器２０が適用される通常時発電モードにおいて、制御部２４は、ショートパスバルブ３０を閉じると共に、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを開いている。これにより、第１アノードオフガスが燃料再生器２０に導入され、二酸化炭素や水蒸気が除去されている。
一方、制御部２４が燃料再生器２０の故障を検知すると、故障時発電モードが実行される。すなわち、本実施形態では、第２燃料電池セルスタック１８の出力を下げ、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げて発電を継続する。具体的に制御部２４は、原則、第２燃料電池セルスタック１８の出力削減幅に合わせて、第１燃料電池セルスタック１６の出力を増加させるように制御する。ただし、第１燃料電池セルスタック１６の電圧を監視することにより過負荷とならないように制御している。そして、第２燃料電池セルスタック１８の出力を０Ｗにすると、ショートパスバルブ３０を開き、連通バルブ３２Ａ及び連通バルブ３２Ｂを閉じて、燃料再生器２０をバイパス管Ｐ１１に切り替える。
以上、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料再生器２０が故障した場合、第２燃料電池セルスタック１８を停止させると共に故障した燃料再生器２０をシステムから分離することにより、第２燃料電池セルスタック１８の故障を抑制しつつ、発電を継続することができる。また、第２燃料電池セルスタック１８の減少分の出力を第１燃料電池セルスタック１６に付加することで、燃料電池システム１０の全体の出力をできるだけ維持しつつ発電を継続させることができる。
また、第２燃料電池セルスタック１８の出力が０となることから、燃料再生器２０の故障時のみならず、第２燃料電池セルスタック１８の故障時においても発電を継続することができる。
また、本実施形態の燃料電池システム１０では、第１燃料電池セルスタック１６の出力を増加させ、第２燃料電池セルスタック１８の出力を低下させる際、制御部２４は、第１燃料電池セルスタック１６及び第２燃料電池セルスタック１８の出力を段階的に変動させる。具体的には、図５に示されるステップＳ２１０からステップＳ２１３を繰り返すことにより、第１燃料電池セルスタック１６の出力を段階的に上げると共に、第２燃料電池セルスタック１８の出力を段階的に下げる。また、ステップＳ２１２からステップＳ２１４を繰り返すことにより、第２燃料電池セルスタック１８の出力を段階的に０まで引き下げる。これにより、本実施形態では、急激な出力変動を抑制することにより、燃料電池セルスタックを保護することができる。
さらに本実施形態では、第１の実施形態と同様に制御部２４にスピーカ５０や表示装置５２が接続されており、燃料再生器２０に故障が発生している場合、制御部２４は、スピーカ５０からアラーム音を出力したり、表示装置５２にエラーコードを表示したりする。すなわち、燃料再生器２０が故障した場合、その旨を報知することにより、発電を継続している間に燃料再生器２０の修理又は交換等の措置を可能としている。
（第２の実施形態の補足）
本実施形態では、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げる際、電圧を監視することで第１燃料電池セルスタック１６が故障しない程度まで上昇させているが、これに限らず、予め定められたバイパス運転時の定格出力と比較することで、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げることができる。すなわち、図５のステップＳ２１３において、第１燃料電池セルスタック１６の現在の出力と燃料再生器２０を適用しないバイパス運転時の定格出力とを比較し、現在の出力がバイパス運転時の定格出力以下であるか否かを判定することで、同様の制御を実現できる。
本実施形態では、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げる際、電圧を監視することで第１燃料電池セルスタック１６が故障しない程度まで上昇させているが、これに限らず、予め定められたバイパス運転時の定格出力と比較することで、第１燃料電池セルスタック１６の出力を上げることができる。すなわち、図５のステップＳ２１３において、第１燃料電池セルスタック１６の現在の出力と燃料再生器２０を適用しないバイパス運転時の定格出力とを比較し、現在の出力がバイパス運転時の定格出力以下であるか否かを判定することで、同様の制御を実現できる。
また、本実施形態では、第１燃料電池セルスタック１６の出力を増加させると共に、第２燃料電池セルスタック１８の出力を０Ｗとしたが、これに限らない。例えば、第２燃料電池セルスタック１８の出力を増加させると共に、第１燃料電池セルスタック１６の出力を０Ｗとしてもよい。この場合は、燃料ガスはアノード１６Ａにおいて燃料極反応を経ることなく通過してアノード１８Ａに供給される。つまり、燃料電池システム１０では、第２燃料電池セルスタック１８のみで発電がおこなわれる。そのため、燃料再生器２０の故障時のみならず、第１燃料電池セルスタック１６の故障時においても発電を継続することができる。
１０ 燃料電池システム
１６ 第１燃料電池セルスタック（一次側燃料電池セルスタック）
１６Ａ アノード（燃料極）
１８ 第２燃料電池セルスタック（二次側燃料電池セルスタック）
１８Ａ アノード
２０ 燃料再生器
２４ 制御部
３０ ショートパスバルブ（切替手段）
３２Ａ 連通バルブ（切替手段）
３２Ｂ 連通バルブ（切替手段）
３４ 圧力センサ（検知手段）
５０ スピーカ（報知手段）
５２ 表示装置（報知手段）
Ｐ１１ バイパス管（短絡路）
１６ 第１燃料電池セルスタック（一次側燃料電池セルスタック）
１６Ａ アノード（燃料極）
１８ 第２燃料電池セルスタック（二次側燃料電池セルスタック）
１８Ａ アノード
２０ 燃料再生器
２４ 制御部
３０ ショートパスバルブ（切替手段）
３２Ａ 連通バルブ（切替手段）
３２Ｂ 連通バルブ（切替手段）
３４ 圧力センサ（検知手段）
５０ スピーカ（報知手段）
５２ 表示装置（報知手段）
Ｐ１１ バイパス管（短絡路）
Claims (6)
- 燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、
空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、
前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、
前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、
前記短絡路と前記燃料再生器とを切り替え可能な切替手段と、
前記燃料再生器の故障を検知する検知手段と、
前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、燃料利用率が前記燃料再生器の正常時よりも低下するように前記燃料ガスの供給量を変更させ、かつ前記切替手段により前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える制御部と、
を備えた燃料電池システム。 - 燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、
空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、
前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、
前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、
前記短絡路と前記燃料再生器とを切り替え可能な切替手段と、
前記燃料再生器の故障を検知する検知手段と、
前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックのいずれか一方の出力を低下させると共に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックのいずれか他方の出力を上昇させ、かつ前記切替手段により前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える制御部と、
を備えた燃料電池システム。 - 前記制御部は、
前記一方の燃料電池セルスタックの出力をゼロにすると共に、前記他方の燃料電池セルスタックの出力を当該他方の燃料電池セルスタックの定格出力の範囲内に制御する請求項２に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、
前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記一次側燃料電池セルスタック及び前記二次側燃料電池セルスタックの出力を段階的に変動させる請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システム。 - 前記検知手段により前記燃料再生器の故障が検知された場合に、故障が生じた旨を報知する報知手段を備えている請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
- 燃料ガスと空気とを反応させて発電する一次側燃料電池セルスタックと、
空気と前記一次側燃料電池セルスタックの燃料極から排出されたオフガスとを反応させて発電する二次側燃料電池セルスタックと、
前記一次側燃料電池セルスタックから排出された前記オフガスから二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を除去して前記二次側燃料電池セルスタックへ送出する燃料再生器と、
前記燃料再生器を介さずに前記一次側燃料電池セルスタックと前記二次側燃料電池セルスタックとを接続する短絡路と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料再生器の稼働状態に係る情報を取得し、
前記燃料再生器の故障が検知された場合に、前記燃料再生器を前記短絡路に切り替える燃料電池システムの制御方法。
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