JP6972872B2 - 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、燃料電池システムは、蒸発部２、改質部３、水タンク４、給水通路８、水搬送源８Ａ、水センサ８７を有する。制御部１００は蒸発部２への給水に対する給水異常判定処理を実行する。給水異常判定処理は、水搬送源８Ａを逆回転させることにより給水通路８の改質水を水タンク４に戻す操作と、給水通路８の改質水を空にした状態において、水搬送源８Ａを正回転させることにより水タンク４の改質水を給水通路８に供給し、水センサ８７が水を検知するまでの水搬送源８Ａの出力に関する物理量を検知する給水操作と、給水操作における物理量が規定範囲外であれば、蒸発部２への給水が異常であると判定する判定操作とを含む。
特開２０１３−１９１３１９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は、給水異常判定を実施しているものの、水タンクから改質部までに設けられた給水系の異常部位を特定する改善の余地があり、ひいてはメンテナンス性を向上させる余地がある。
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、給水系の異常部位を特定し、ひいてはメンテナンス性を向上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排ガスを導出する燃焼部と、前記燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器と、前記熱交換器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に供給する水タンクと、前記水タンクに設けられ、前記水タンク内の前記改質水の水量を検出する水量センサと、前記水タンクから前記改質部に前記改質水を供給する水供給管と、前記水供給管に設けられ、前記水タンク内の前記改質水を前記改質部に送出する改質水送出装置と、前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水を前記水タンクに戻す改質水戻し装置と、前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサと、前記燃料電池を発電させる制御を行う制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御装置は、前記改質水戻し装置を作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、初期水位から前記初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部と、前記水量センサの検出結果に基づいて、前記改質水の戻り量を算出する戻り量算出部と、前記戻り量算出部によって算出された前記改質水の戻り量から前記改質水送出装置の駆動指令時間を算出する駆動指令時間算出部と、前記第１改質水水位調整制御部による前記第１改質水水位調整を行った後に、前記第１改質水水位調整による前記改質水の戻り量に対応する前記駆動指令時間だけ前記改質水送出装置を駆動するように指令して、前記水供給管内の前記改質水の水面を前記第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部と、前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、前記水位センサの検出結果を用いて、前記水供給管内の前記改質水の水面が前記第１戻り水位から前記基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部と、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、前記水供給管および前記改質水送出装置の故障を判定する判定部と、を備えている。
これによれば、制御装置は、改質水戻し装置を作動させて、水供給管内の改質水の水面を、第１戻り水位まで低下させ（第１改質水水位調整）、その後、第１改質水水位調整による改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ改質水送出装置を駆動させて、水供給管内の改質水の水面を第１戻り水位から上昇させる（第２改質水水位調整）。このとき、制御装置は、水位センサの検出結果を用いて、水供給管内の改質水の水面が第１戻り水位から基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする（計測部）。そして、制御装置は、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、水供給管および改質水送出装置の故障を判定する（判定部）。その結果、燃料電池システムにおいて、水タンクから改質部までに設けられた給水系の異常部位を特定することができ、ひいてはメンテナンス性を向上することができる。
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に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 図１に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 検知時間ｔ２と定数βとの関係を示す図である。 駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係と給水系の正常範囲および故障範囲とのの関係を示す図である。 本発明による燃料電池システムの一実施形態の変形例の概要を示す概要図である。 図６に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 図６に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 時間ｔ５と時間ｔ６との関係を示す図である。
以下、本発明による燃料電池システム１の一実施形態について説明する。燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５は、筐体１０ａ内に収容されている。
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。改質水ポンプ１１ｂ１は、水タンク１４の改質水を吸入して蒸発部３２（改質部３３）への送出（正回転：改質水送出）、および改質水ポンプ１１ｂ１より蒸発部３２（改質部３３）側の水供給管１１ｂ内の改質水を吸入して水タンク１４への送出（逆回転：改質水戻し）を切り替え可能に構成されたポンプである。改質水ポンプ１１ｂ１は、水供給管１１ｂに設けられ、水タンク１４内の改質水を改質部３３に送出する改質水送出装置であり、水供給管１１ｂに設けられ、水供給管１１ｂ内の改質水を水タンク１４に戻す改質水戻し装置である。
水供給管１１ｂには、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサ１１ｂ２が設けられている。水位センサ１１ｂ２の検出結果は、制御装置１５に送信されるようになっている。水位センサ１１ｂ２は、改質水ポンプ１１ｂ１の下流で且つ蒸発部３２の上流に設けられている。水位センサ１１ｂ２は水供給管１１ｂにおいて蒸発部３２の入口ポートの直前または同じ高さに配置されていることが好ましい。水位センサ１１ｂ２の検知原理は、何でも良く、水の有無に基づく静電容量の変化を検知する方式、水の有無に基づく通電量の変化を検知する方式、水の有無に基づく電気抵抗の変化を検知する方式、水の有無に基づく水圧の変化を検知する方式、水の有無に基づく磁気の変化を検知する方式等のいずれでも良く、更に他の方式でも良い。水位センサ１１ｂ２の検知部は、基準水位と同じ高さに配置されるのが好ましい。また、水位センサ１１ｂ２の検知部は、基準水位から上下方向に沿って所定距離だけ離れた位置に配置されるようにしてもよい。基準水位は、改質水ポンプ１１ｂ１が正回転した場合、遅滞なく改質水が蒸発部３２に供給される改質水の水位である。なお、図１に示すように、水供給管１１ｂにおいては、水タンク１４、改質水ポンプ１１ｂ１、水位センサ１１ｂ２、蒸発部３２がこの順に直列に配置されている。
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１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２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガス（燃料電池３４および改質部３３の各排熱を含んでいる）と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器である。また、熱交換器１２は、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われ、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する。貯湯水は、燃焼排ガスの排熱を回収する熱媒体（排熱回収水）である。
貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番にラジエータ２２ａ、貯湯水循環ポンプ２２ｂ、および熱交換器１２が配設されている。
熱交換器１２は、ケーシング１２ｂを備えている。ケーシング１２ｂの上部には、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続されている。ケーシング１２ｂの下部には、外部（大気）に接続されている排気管１１ｅが接続されている。ケーシング１２ｂの底部には、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。ケーシング１２ｂ内には、燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス流路（図示省略）が形成されている。この燃焼排ガス流路に、貯湯水循環ライン２２に接続されている熱交換部（凝縮部）１２ｃが配設されている。熱交換部１２ｃ内には、貯湯水が流れ、熱交換部１２ｃの外側には、燃焼排ガスが流れている。なお、貯湯水と燃焼排ガスとは互いに反対向きに流れるように構成されるのが好ましい。
このように構成された熱交換器１２においては、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通ってケーシング１２ｂ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部１２ｃ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。その後、燃焼排ガスは排気管１１ｅを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部１２ｃに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
貯湯槽２１は、密封式の容器である。貯湯槽２１は、耐圧式の容器である。貯湯槽２１内の温度分布は、基本的には、温度の異なる二層に分かれている。上層は比較的温度が高い層（例えば５０度以上）であり、下層は比較的温度が低い層（例えば２０度以下（水道水の温度））である。上下各層は、それぞれほぼ同一温度である。
ラジエータ２２ａは、貯湯水循環ライン２２を循環する熱媒体（貯湯水）を冷却する冷却装置であり、制御装置１５の指令によってオン・オフ制御されており、オン状態のときには熱媒体を冷却し、オフ状態のときには冷却しないものである。なお、ラジエータ２２ａは、熱媒体と空気との間で熱交換が行われる熱交換部（図示省略）と、熱交換部を空冷する冷却ファン（図示省略）とを備えている。
貯湯水循環ポンプ２２ｂは、貯湯水循環ライン２２の熱媒体（貯湯水）を送出して図示矢印方向へ循環させる送出装置であり、制御装置１５によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。
インバータ装置１３は、燃料電池３４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１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。
水タンク１４は、熱交換器１２から供給される凝縮水を貯水し、蒸発部３２ひいては改質部３３に改質水として供給するものである。水タンク１４内には、水タンク１４内の水量（水位：以下、タンク水量ともいう。）を検出する水量センサ１４ａが配設されている。水量センサ１４ａの検出結果は、制御装置１５に出力されるようになっている。水量センサ１４ａは、例えば、フロート式のセンサであり、フロートの上下量を可変抵抗（ポテンショメータ）により抵抗値に変換し、抵抗値の上下動によって水量（残水量）を表示する方式のセンサである。
また、凝縮水供給管１２ａには、水精製器４０が設けられている。水精製器４０は、熱交換器１２から供給された凝縮水を例えばイオン交換樹脂によって純水化して水タンク１４に導出する。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するように構成するようにしてもよい。この場合、水精製器４０を省略することができる。
燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
蒸発部３２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３２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３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス（メタンガスを主成分とする）、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。
蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。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。蒸発部３２には、蒸発部３２（例えば蒸発部３２の内部）の温度を検出する温度センサ３２ａが設けられている。温度センサ３２ａの検出結果は、制御装置１５に送信されるようになっている。
改質部３３は、上述した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３２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３３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などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。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３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
燃料電池３４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３４ａ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３４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。
セル３４ａ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３４ｂが形成されている。セル３４ａ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３４ｃが形成されている。
燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガス（アノードガス）が改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５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１１ｃ１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１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃ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。
燃料電池３４においては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給された酸化剤ガス（カソードガス）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（Ｏ２−）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３４ｂおよび空気流路３４ｃ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）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
そして、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料流路３４ｂから燃焼空間３６（燃料電池３４と蒸発部３２（改質部３３）の間に形成された）に導出される。発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気：カソードオフガス）は、空気流路３４ｃから燃焼空間３６に導出される。燃焼空間３６にてアノードオフガスはカソードオフガスによって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部３２および改質部３３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール１１内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは、ケーシング１２ｂの下部に設けられた排気管１１ｅから燃料電池モジュール１１の外に燃焼排ガスとして排気される。このように、燃焼空間３６が、燃料電池３４からの未使用の燃料（改質ガス）を含む可燃性ガス（アノードオフガス）を導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼排ガス（水蒸気を含む）を導出する燃焼部である。
燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７（燃焼ガス）が発生している。燃焼部３６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３６ａ１，３６ａ２が設けられている。
制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を統括して制御する。制御装置１５は、燃料電池３４を発電させる制御を行うことができる。制御装置１５は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有している。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１の統括運転を実施している。ＲＡＭは制御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は制御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１の作動について図２、図３に示すフローチャートに沿って説明する。制御装置１５は、そのフローチャートに沿ったプログラムを実行する。
制御装置１５は、ステップＳ１０２において、水位センサ１１ｂ２の検出結果に基づいて水位センサ１１ｂ２が水なしを検知するか否かを判定する。改質水の水位が水位センサ１１ｂ２の検出部にあれば、水ありを検知し、一方、改質水の水位が水位センサ１１ｂ２の検出部より下方にあれば、水なしを検知する。制御装置１５は、水ありを検知すれば、プログラムを一旦終了し、水なしを検知すれば、プログラムをステップＳ１０４以降に進める。
なお、ステップＳ１０２の処理に代えて、故障個所判定の要否を判定するようにしてもよい。例えば故障個所判定指示を示す故障個所判定スイッチが押されたか否かを判定するようにすればよい。
また、水位センサ１１ｂ２の水なし検知は、センサ自体は正常であるが実際に改質水の水位が検知部より低い場合や、実際に改質水の水位は検知部にあるがセンサ自体が故障している場合を含んでいる。
制御装置１５は、ステップＳ１０４において、改質水戻し装置である改質水ポンプ１１ｂ１を作動（逆回転）させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、初期水位から初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う（第１改質水水位調整制御部）。具体的には、制御装置１５は、改質水ポンプ１１ｂ１の逆回転を開始させて、αｃｃ／分の流量にて時間ｔ１逆回転を継続する。これにより、改質水ポンプ１１ｂ１より下流側の水供給管１１ｂ内の改質水が水タンク１４に戻される。
なお、時間ｔ１は、水供給管１１ｂの蒸発部３２から改質水ポンプ１１ｂ１までの改質水の全量（配管容積に等しい）を送出できる時間に設定されるのが好ましい。αは、改質水ポンプ１１ｂ１の単位時間あたりの送出流量であり、例えば最大送出流量である。
初期水位は、第１改質水水位調整を行う直前の改質水の水面（第１改質水水位調整の開始時点の水位）であり、基準水位のときもあれば、基準水位より低い水位のときもある。第１戻り水位は、初期水位より下方に位置し、改質水ポンプ１１ｂ１より上方に位置する場合もあれば、改質水ポンプ１１ｂ１より下方に位置する場合もある。
制御装置１５は、ステップＳ１０６において、第１改質水水位調整を開始した時点から時間ｔ１内に（第１改質水水位調整を開始した時点から時間ｔ１が経過した時点までにおいて）、水量センサ１４ａが第１改質水水位調整を開始した時点から所定水量の増量を検知したか否かを判定する。所定水量は、水供給管１１ｂの蒸発部３２から改質水ポンプ１１ｂ１までの改質水の全量より大きい値に設定されるのが好ましい。なお、水位センサ１１ｂ２から蒸発部３２までの水供給管１１ｂが水平であるかまたは下方に向けて傾斜している場合は、所定水量は、水位センサ１１ｂ２から改質水ポンプ１１ｂ１までの改質水の全量より大きい値に設定されるのが好ましい。制御装置１５は、水量センサ１４ａの検出結果に基づいて水タンク１４の改質水の残量が所定水量を越えれば所定水量の増量を検知し、越えなければ所定水量の増量を検知しない。
また、制御装置１５は、ステップＳ１０６において、第１改質水水位調整を開始した時点から水量センサ１４ａが所定水量の増量を検知した時点までにかかった時間（検知時間）ｔ２を計測する。なお、例えば、時間ｔ１は、前述した所定水量を、改質水ポンプ１１ｂ１の単位時間あたりの戻し量（送出量）で除した値に所定値（改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力を考慮した値）を加算した値に設定される。
制御装置１５は、時間ｔ１内に水量センサ１４ａが所定水量の増量を検知すれば（ステップＳ１０６にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１０８に進め、時間ｔ１内に水量センサ１４ａが所定水量の増量を検知しなければ（ステップＳ１０６にて「ＮＯ」）、プログラムをステップＳ１２４に進める。
制御装置１５は、ステップＳ１０８において、改質水ポンプ１１ｂ１を停止させ、所定時間（例えば６０秒）だけ処理を行わず待機する。これにより、後述する第２改質水水位調整を行う際に、改質水ポンプ１１ｂ１、水供給管１１ｂに空気が混入されるのを抑制することができる。
そして、制御装置１５は、ステップＳ１１０において、第１改質水水位調整により水タンク１４に戻った改質水の量である改質水戻り量（＝検知時間ｔ２×改質水ポンプ１１ｂ１の送出流量α）を演算する。すなわち、制御装置１５は、水量センサ１４ａの検出結果（上述した水タンク１４の所定水量の増量の検知）に基づいて、改質水の戻り量を算出することができる（戻り量算出部）。
その後、制御装置１５は、ステップＳ１１２において、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う（第２改質水水位調整制御部）。具体的には、制御装置１５は、前記第１改質水水位調整制御部による第１改質水水位調整を行った後に、第１改質水水位調整による改質水戻り量に対応する駆動指令時間だけ改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１を駆動するように指令して第２改質水水位調整を行う。
さらに、制御装置１５は、ステップＳ１１２において、前記戻り量算出部によって算出された改質水戻り量から、駆動指令時間を算出する（駆動指令時間算出部）。具体的には、制御装置１５は、図４に示すマップを用いて検知時間ｔ２に対応する定数βを算出し、検知時間ｔ２に定数βを加算した値を駆動指令時間（＝ｔ２＋β）として算出する。図４に示すマップは、検知時間ｔ２と定数βとの関係（例えば、定数βは検知時間ｔ２の一次関数で表される。）を示しており、検知時間ｔ２が大きいほど定数βが大きくなるように設定されている。
すなわち、制御装置１５は、改質水ポンプ１１ｂ１の正回転を開始させて、αｃｃ／分の流量にて駆動指令時間（＝ｔ２＋β）だけ正回転を継続する。これにより、水タンク１４内の改質水が汲み上げられ、水供給管１１ｂひいては蒸発部３２に送出される。このとき、駆動指令時間は、ｔ２＋βであるから、改質水を水タンク１４に戻した時間ｔ２より定数βだけ長く設定することができる。よって、水供給管１１ｂや改質水ポンプ１１ｂ１に故障がなければ、水供給管１１ｂ内にて改質水の水位を初期水位より高い位置にすることができる。さらに、定数βは、初期水位が基準水位に対して乖離する量を加味して設定されているので、第２改質水水位調整を行えば改質水の水位を基準水位より高い位置にすることができる。
制御装置１５は、ステップＳ１１４において、第２改質水水位調整を開始した時点以降において、改質水の水位が基準水位に到達した旨（「水あり」）を水位センサ１１ｂ２が検出したか否かを判定する。また、制御装置１５は、ステップＳ１１４において、第２改質水水位調整を開始した時点から、改質水の水位が基準水位に到達した旨を水位センサ１１ｂ２が検出した時点までにかかった時間（検知時間）ｔ４を計測する。すなわち、制御装置１５は、前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、水位センサ１１ｂ２の検出結果を用いて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が第１戻り水位から基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間（検知時間）ｔ４として計測をする（計測部）。
制御装置１５は、駆動指令時間（＝ｔ２＋β）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知すれば（ステップＳ１１４にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１１６に進め、駆動指令時間（ｔ２＋β）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知しなければ（ステップＳ１１４にて「ＮＯ」）、プログラムをステップＳ１２２に進める。
制御装置１５は、ステップＳ１１６において、検知時間ｔ４を記憶するとともに、改質水ポンプ１１ｂ１の正回転を停止し改質水補給（汲み上げ）を停止する。その後、制御装置１５は、ステップＳ１１８において、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された検知時間（実測時間）ｔ４との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１が正常であるか否かを判定する。すなわち、制御装置１５は、ステップＳ１１８において、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された検知時間ｔ４との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１の故障を判定する（判定部）。
具体的には、制御装置１５は、図５に示すマップを用いて、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲内にある場合には、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１が正常であると判定する。一方、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲外にある場合には、水供給管１１ｂまたは改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１が異常（故障）であると判定する。
図５に示すマップは、実験によって作成することができる。水供給管１１ｂおよび改質水ポンプ１１ｂ１に故障がない正常である場合に、駆動指令時間を変更して検知時間ｔ４を測定し、駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係から正常範囲を作成することができる。同様に、水供給管１１ｂに水漏れ故障がある場合に、駆動指令時間を変更して検知時間ｔ４を測定し、駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係から水供給管１１ｂに水漏れ故障がある水供給管水漏れ故障の範囲（水供給管水漏れ故障範囲）を作成することができる。水供給管水漏れ故障範囲は、正常範囲すなわち正常範囲の上限値より上方に位置する。水供給管水漏れ故障である場合には、正常である場合と比較して、同じ駆動指令時間に対して検知時間ｔ４が長くなるからである。
さらに、同様に、改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力が低下している場合に、駆動指令時間を変更して検知時間ｔ４を測定し、駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係から、改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力が低下している改質水ポンプ能力低下故障の範囲（改質水ポンプ能力低下故障範囲）を作成することができる。改質水ポンプ能力低下故障範囲は、正常範囲すなわち正常範囲の上限値より上方に位置する。改質水ポンプ能力低下故障である場合には、正常である場合と比較して、同じ駆動指令時間に対して検知時間ｔ４が長くなるからである。
さらに、同様に、改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力が過剰である場合に、駆動指令時間を変更して検知時間ｔ４を測定し、駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係から、改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力が過剰である改質水ポンプ能力過剰故障の範囲（改質水ポンプ能力過剰故障範囲）を作成することができる。改質水ポンプ能力過剰故障範囲は、正常範囲すなわち正常範囲の下限値より下方に位置する。改質水ポンプ能力過剰故障である場合には、正常である場合と比較して、同じ駆動指令時間に対して検知時間ｔ４が短くなるからである。
前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲内にある場合には、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１２０において水供給管１１ｂおよび改質水ポンプ１１ｂ１は正常である旨を判定する（判定部）。その後、制御装置１５はプログラムを一旦終了する。一方、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲外にある場合には、制御装置１５は、ステップＳ１１８にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２０２以降に進める。
制御装置１５は、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が、正常範囲より下方にある場合には、ステップＳ２０２にて「小」と判定し、ステップＳ２０４において改質水ポンプ１１ｂ１（改質水送出装置）の送出能力が過剰である送出過剰故障であると判定する（判定部）。なお、ステップＳ２０２においては、制御装置１５は、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が正常範囲より下方にある場合には、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が、正常範囲下限値より小であると判定し、一方、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が正常範囲より上方にある場合には、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が、正常範囲上限値より大であると判定する。
制御装置１５は、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が、正常範囲より上方にある場合には、ステップＳ２０２にて「大」と判定し、ステップＳ２０６以降において改質水ポンプ１１ｂ１（改質水送出装置）の送出能力が低下している改質水送出装置送出低下故障であるか、または水供給管１１ｂが水漏れしている水供給管水漏れ故障であるかと判定する（判定部）。
具体的には、制御装置１５は、改質水戻し装置である改質水ポンプ１１ｂ１を所定時間だけ作動させて（改質水を水タンク１４側に戻して（改質水の戻し制御））、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、基準水位から基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させる（ステップＳ２０６）。その後、制御装置１５は、改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１を前記所定時間だけ作動させて（改質水を水タンク１４から汲み上げて（改質水の補給制御））、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第２戻り水位から上昇させる（ステップＳ２０８）。その後、制御装置１５は、改質水の水面が基準水位に戻っている場合には（ステップＳ２１０にて「ＹＥＳ」と判定し）、改質水ポンプ１１ｂ１の送出能力が低下している送出低下故障であると判定する（ステップＳ２１２）。なお、ステップＳ２１０において、制御装置１５は、上述したステップＳ１１４の処理と同様に、改質水の水位が基準水位に到達した旨（「水あり」）を水位センサ１１ｂ２が検出したか否かを判定する。
改質水の戻し制御と改質水の補給制御を同じ送出量で同じ時間だけ実施した場合、水供給管１１ｂに水漏れがある場合には、両制御の前後にて水面の高さが異なるが、水供給管１１ｂに水漏れがない場合には、両制御の前後にて水面の高さは同じになる。この原理を利用することで、改質水送出装置送出低下故障であるか、または水供給管水漏れ故障であるかを判定することができる。
さらに、制御装置１５は、改質水戻し装置である改質水ポンプ１１ｂ１を所定時間だけ作動させて（改質水を水タンク１４側に戻して）、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、基準水位から基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させる（ステップＳ２０６）。その後、制御装置１５は、改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１を前記所定時間だけ作動させて（改質水を水タンク１４から汲み上げて）、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第２戻り水位から上昇させる（ステップＳ２０８）。その後、制御装置１５は、改質水の水面が基準水位に戻っていない場合には（ステップＳ２１０にて「ＮＯ」と判定し）、水供給管１１ｂの漏れ故障であると判定する（ステップＳ２１４）。
説明をステップＳ１２２に戻す。駆動指令時間（ｔ２＋β）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知しない場合、制御装置１５は、プログラムをステップＳ１２２に進める。本来ならば、第２改質水水位調整を実施すれば、改質水の水位は水位センサ１１ｂ２の検知部に到達するはずであるが、駆動指令時間（ｔ２＋β）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知しないということは、水位センサ１１ｂ２の故障、水供給管１１ｂの水漏れ故障、または、改質水ポンプ１１ｂ１の能力低下故障が考えられる。
したがって、制御装置１５は、駆動指令時間（ｔ２＋β）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知しない場合、ステップＳ１１４にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１２２において、水位センサ１１ｂ２の故障、水供給管１１ｂの水漏れ故障、または、改質水ポンプ１１ｂ１の能力低下故障であると判定する。
なお、ステップＳ１２２において、温度センサ３２ａによって検出された前記計測部による前記計測後の蒸発部３２の温度が、温度センサ３２ａによって検出された前記計測部による前記計測前の蒸発部３２の温度より低下している場合には、水位センサ１１ｂ２の故障であると判定することができる。この判定は、第２改質水水位調整によって改質水が水位センサ１１ｂ２を越えて蒸発部３２に投入されると、蒸発部３２の温度が低下する原理を利用している。
さらに、説明をステップＳ１０６の処理に戻す。制御装置１５は、時間ｔ１内に水量センサ１４ａが所定水量の増量を検知しない場合には、ステップＳ１０６にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ１２４に進める。制御装置１５は、ステップＳ１２４において、上述したステップＳ１０８と同様に、改質水ポンプ１１ｂ１を停止させ、所定時間（例えば６０秒）だけ処理を行わず待機する。
その後、制御装置１５は、ステップＳ１２６において、上述したステップＳ１１２と同様に、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う（第２改質水水位調整制御部）。具体的には、制御装置１５は、前記第１改質水水位調整制御部による第１改質水水位調整を行った後に、第１改質水水位調整による改質水戻り量に対応する駆動指令時間だけ改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１を駆動するように指令して第２改質水水位調整を行う。
さらに、制御装置１５は、ステップＳ１２６において、駆動指令時間を設定する（駆動指令時間設定部）。例えば、制御装置１５は、駆動指令時間を時間ｔ３に設定する。時間ｔ３は、水供給管１１ｂの水位センサ１１ｂ２から水タンク１４の接続端までの容積を、上述した送出流量αで除した値に定数γを加算した値であることが好ましい。
すなわち、制御装置１５は、改質水ポンプ１１ｂ１の正回転を開始させて、αｃｃ／分の流量にて駆動指令時間（＝ｔ３）正回転を継続する。これにより、水タンク１４内の改質水が汲み上げられ水供給管１１ｂひいては蒸発部３２に送出される。このとき、駆動指令時間はｔ３であるから、水供給管１１ｂや改質水ポンプ１１ｂ１に故障がなければ、水供給管１１ｂ内にて改質水の水位を基準水位より高い位置にすることができる。
制御装置１５は、ステップＳ１２８において、上述したステップＳ１１４と同様に、第２改質水水位調整を開始した時点以降において、改質水の水位が基準水位に到達した旨（「水あり」）を水位センサ１１ｂ２が検出したか否かを判定する。また、制御装置１５は、ステップＳ１２８において、第２改質水水位調整を開始した時点から、改質水の水位が基準水位に到達した旨を水位センサ１１ｂ２が検出した時点までにかかった時間（検知時間）ｔ４を計測する。すなわち、制御装置１５は、前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、水位センサ１１ｂ２の検出結果を用いて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が第１戻り水位から基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間（検知時間）ｔ４として計測をする（計測部）。
制御装置１５は、駆動指令時間（＝ｔ３）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知すれば（ステップＳ１２８にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１３０に進め、駆動指令時間（ｔ３）内に水位センサ１１ｂ２が水ありを検知しなければ（ステップＳ１２８にて「ＮＯ」）、プログラムをステップＳ１２２に進める。
制御装置１５は、ステップＳ１３０において、上述したステップＳ１１６と同様に、検知時間ｔ４を記憶するとともに、改質水ポンプ１１ｂ１の正回転を停止し改質水補給（汲み上げ）を停止する。その後、制御装置１５は、ステップＳ１３２において、上述したステップＳ１１８と同様に、前記駆動指令時間（ｔ３）と、前記計測部によって計測された検知時間（実測時間）ｔ４との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１が正常であるか否かを判定する。ひいては、制御装置１５は、ステップＳ１３２において、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された検知時間ｔ４との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ１の故障を判定する（判定部）。
前記駆動指令時間（ｔ３）と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲内にある場合には、制御装置１５は、ステップＳ１３２にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１２０において水供給管１１ｂおよび改質水ポンプ１１ｂ１は正常である旨を判定する（判定部）。その後、制御装置１５はプログラムを一旦終了する。一方、前記駆動指令時間と検知時間ｔ４との関係が図５に示す正常範囲外にある場合には、制御装置１５は、ステップＳ１３２にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップＳ２０２以降に進める。
上述した説明から明らかなように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、燃料電池３４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排ガスを導出する燃焼部３６と、燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器１２と、熱交換器１２から供給された凝縮水を改質水として貯水するとともに改質部３３に供給する水タンク１４と、水タンク１４から改質部３３に改質水を供給する水供給管１１ｂと、水供給管１１ｂに設けられ、水タンク１４内の改質水を改質部３３に送出する改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）と、水供給管１１ｂに設けられ、水供給管１１ｂ内の改質水を水タンク１４に戻す改質水戻し装置（改質水ポンプ１１ｂ１）と、水供給管１１ｂに設けられ、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサ１１ｂ２と、燃料電池３４を発電させる制御を行う制御装置１５と、を備えた燃料電池システムである。制御装置１５は、改質水戻し装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、初期水位から初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部（ステップＳ１０４）と、第１改質水水位調整制御部による第１改質水水位調整を行った後に、第１改質水水位調整による改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を駆動するように指令して、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部（ステップＳ１１２，１２６）と、第２改質水水位調整制御部による第２改質水水位調整を行う際に、水位センサ１１ｂ２の検出結果を用いて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が第１戻り水位から基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部（ステップＳ１１４，１２８）と、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置の故障を判定する判定部（ステップＳ１１８，１３２，２０２−２１４）と、を備えている。
これによれば、制御装置１５は、改質水戻し装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第１戻り水位まで低下させ（第１改質水水位調整）、その後、第１改質水水位調整による改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を駆動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を第１戻り水位から上昇させる（第２改質水水位調整）。このとき、制御装置１５は、水位センサ１１ｂ２の検出結果を用いて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面が第１戻り水位から基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする（計測部）。そして、制御装置１５は、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）の故障を判定する（判定部）。その結果、燃料電池システム１において、水タンク１４から改質部３３までに設けられた給水系の異常部位を特定することができ、ひいてはメンテナンス性を向上することができる。
また、燃料電池システム１は、水タンク１４に設けられ、水タンク１４内の改質水の水量を検出する水量センサ１４ａをさらに備え、制御装置１５は、水量センサ１４ａの検出結果に基づいて、改質水の戻り量を算出する戻り量算出部（ステップＳ１１０）と、戻り量算出部によって算出された改質水の戻り量から、駆動指令時間を算出する駆動指令時間算出部（ステップＳ１１２）と、をさらに備えている。
これによれば、駆動指令時間を適切に算出することができ、ひいては、水タンク１４から水供給管１１ｂに改質水を無駄なく適切に供給することができる。
また、判定部（制御装置１５）は、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係が、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）が正常である正常範囲より下方にある場合には、改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）の送出能力が過剰である送出過剰故障であると判定する（ステップＳ２０４）。
これによれば、燃料電池システム１において、水タンク１４から改質部３３までに設けられた給水系の異常部位を特定することができる。
また、判定部（制御装置１５）は、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係が、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）が正常である正常範囲より上方にあり、かつ、改質水戻し装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を所定時間だけ作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、基準水位から基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を所定時間だけ作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第２戻り水位から上昇させた後、改質水の水面が基準水位に戻っている場合には、改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）の送出能力が低下している送出低下故障であると判定する（ステップＳ２１２）。
これによれば、燃料電池システム１において、水タンク１４から改質部３３までに設けられた給水系の異常部位を特定することができる。
また、判定部（制御装置１５）は、駆動指令時間と、計測部によって計測された実測時間との関係が、水供給管１１ｂおよび改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）が正常である正常範囲より上方にあり、かつ、改質水戻し装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を所定時間だけ作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、基準水位から基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、改質水送出装置（改質水ポンプ１１ｂ１）を所定時間だけ作動させて、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第２戻り水位から上昇させた後、改質水の水面が基準水位に戻っていない場合には、水供給管１１ｂの漏れ故障であると判定する（ステップＳ２１４）。
これによれば、燃料電池システム１において、水タンク１４から改質部３３までに設けられた給水系の異常部位を特定することができる。
また、燃料電池システム１は、蒸発部３２に設けられ、蒸発部３２の温度を検出する温度センサ３２ａをさらに備え、計測部（ステップＳ１１４，１２８）によって実測時間が計測できない場合であって、温度センサ３２ａによって検出された計測部による計測後の蒸発部３２の温度が、温度センサ３２ａによって検出された計測部による計測前の蒸発部３２の温度より低下している場合には、水位センサ１１ｂ２の故障であると判定する（ステップＳ１２２）。
これによれば、燃料電池システム１において、水タンク１４から改質部３３までに設けられた給水系の異常部位を特定することができる。
なお、上述した実施形態において、正逆回転可能な改質水ポンプ１１ｂ１を採用し改質水ポンプ１１ｂ１を改質水送出装置および改質水戻し装置に兼用するようにしたが、改質水送出装置および改質水戻し装置をそれぞれ別々の改質水ポンプにより構成するようにしてもよい。
また、上述した実施形態において、正逆回転可能な改質水ポンプ１１ｂ１を採用し改質水ポンプ１１ｂ１を改質水送出装置および改質水戻し装置に兼用するようにしたが、改質水送出装置を正回転の改質水ポンプにより構成するとともに改質水戻し装置を電磁弁により構成するようにしてもよい。
図６に示すように、図１に示す改質水ポンプ１１ｂ１に代えて改質水ポンプ１１ｂ３が水供給管１１ｂに設けられ、改質水ポンプ１１ｂ３をバイパスするバイパス管１１ｂ５に電磁弁１１ｂ４が設けられている。改質水ポンプ１１ｂ３は、正回転のみするポンプでもよく、正逆回転するポンプでもよい。電磁弁１１ｂ４は制御装置１５の指示によってバイパス管１１ｂ５を開閉する。
この変形例に係る燃料電池システムの制御を上述した実施形態と異なる点について説明する。図７のフローチャートに示すように、制御装置１５は、図２のステップＳ１０４の処理に代えて、ステップＳ３０２の処理を実行する。制御装置１５は、ステップＳ３０２において、電磁弁１１ｂ４を時間ｔ１だけ開弁し、その後閉じる。これにより、水供給管１１ｂ内の改質水が自重で落水することで、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、初期水位から初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う（第１改質水水位調整制御部）。これにより、改質水ポンプ１１ｂ３より下流側の水供給管１１ｂ内の改質水が水タンク１４に戻される。
なお、時間ｔ１は、水供給管１１ｂの蒸発部３２から改質水ポンプ１１ｂ３までの改質水の全量（配管容積に等しい）を送出できる時間に設定されるのが好ましい。
さらに、図８のフローチャートに示すように、制御装置１５は、図２のステップＳ２０６の処理に代えて、ステップＳ３０４の処理を実行する。制御装置１５は、ステップＳ３０４において、改質水戻し装置である電磁弁１１ｂ４を時間ｔ５だけ開弁し（改質水を水タンク１４側に戻して（改質水の戻し制御））、その後閉じる。これにより、制御装置１５は、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、基準水位から基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させる。
さらに、制御装置１５は、図２のステップＳ２０８の処理に代えて、ステップＳ３０６の処理を実行する。制御装置１５は、ステップＳ３０６において、改質水送出装置である改質水ポンプ１１ｂ３を時間ｔ６だけ作動させて（改質水を水タンク１４から汲み上げて（改質水の補給制御））、水供給管１１ｂ内の改質水の水面を、第２戻り水位から上昇させる。なお、時間ｔ５と時間ｔ６は図９に示す関係がある。また、時間ｔ５×電磁弁１１ｂ４開時の落水量は、時間ｔ６×改質水ポンプ１１ｂ３の送出量と等しくなる関係にある。なお、図９において、改質水戻り量が上述したαである場合を実線で示し、改質水戻り量が上述したαより大である場合を点線で示し、改質水戻り量が上述したαより小である場合を一点鎖線で示す。
１…燃料電池システム、１１ｂ…水供給管、１１ｂ１…改質水ポンプ（改質水送出装置、改質水戻し装置）、１１ｂ２…水位センサ、１２…熱交換器、１４…水タンク、１４ａ…水量センサ、１５…制御装置（第１改質水水位調整制御部（ステップＳ１０４）、第２改質水水位調整制御部（ステップＳ１１２，１２６）、計測部（ステップＳ１１４，１２８）、判定部（ステップＳ１１８，１３２，２０２−２１４）、戻り量算出部（ステップＳ１１０）、駆動指令時間算出部（ステップＳ１１２））、３２…蒸発部、３３…改質部、３４…燃料電池、３６…燃焼部。

Claims (8)

  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排ガスを導出する燃焼部と、
    前記燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器と、
    前記熱交換器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に供給する水タンクと、
    前記水タンクに設けられ、前記水タンク内の前記改質水の水量を検出する水量センサと、
    前記水タンクから前記改質部に前記改質水を供給する水供給管と、
    前記水供給管に設けられ、前記水タンク内の前記改質水を前記改質部に送出する改質水送出装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水を前記水タンクに戻す改質水戻し装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサと、
    前記燃料電池を発電させる制御を行う制御装置と、
    を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記改質水戻し装置を作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、初期水位から前記初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部と、
    前記水量センサの検出結果に基づいて、前記改質水の戻り量を算出する戻り量算出部と、
    前記戻り量算出部によって算出された前記改質水の戻り量から前記改質水送出装置の駆動指令時間を算出する駆動指令時間算出部と、
    前記第１改質水水位調整制御部による前記第１改質水水位調整を行った後に、前記第１改質水水位調整による前記改質水の戻り量に対応する前記駆動指令時間だけ前記改質水送出装置を駆動するように指令して、前記水供給管内の前記改質水の水面を前記第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部と、
    前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、前記水位センサの検出結果を用いて、前記水供給管内の前記改質水の水面が前記第１戻り水位から前記基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部と、
    前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、前記水供給管および前記改質水送出装置の故障を判定する判定部と、を備えている燃料電池システム。
  2. 前記判定部は、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係が、前記水供給管および前記改質水送出装置が正常である正常範囲より下方にある場合には、前記改質水送出装置の送出能力が過剰である送出過剰故障であると判定する請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記判定部は、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係が、前記水供給管および前記改質水送出装置が正常である正常範囲より上方にあり、
    かつ、
    前記改質水戻し装置を所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記基準水位から前記基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、前記改質水送出装置を前記所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記第２戻り水位から上昇させた後、前記改質水の水面が前記基準水位に戻っている場合には、前記改質水送出装置の送出能力が低下している送出低下故障であると判定する請求項１記載の燃料電池システム。
  4. 前記判定部は、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係が、前記水供給管および前記改質水送出装置が正常である正常範囲より上方にあり、
    かつ、
    前記改質水戻し装置を所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記基準水位から前記基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、前記改質水送出装置を前記所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記第２戻り水位から上昇させた後、前記改質水の水面が前記基準水位に戻っていない場合には、前記水供給管の漏れ故障であると判定する請求項１記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池システムは、前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部に設けられ、前記蒸発部の温度を検出する温度センサをさらに備え、
    前記計測部によって前記実測時間が計測できない場合であって、前記温度センサによって検出された前記計測部による前記計測後の前記蒸発部の温度が、前記温度センサによって検出された前記計測部による前記計測前の前記蒸発部の温度より低下している場合には、前記水位センサの故障であると判定する請求項１から請求項４のいずれか一項記載の燃料電池システム。
  6. 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排ガスを導出する燃焼部と、
    前記燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器と、
    前記熱交換器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に供給する水タンクと、
    前記水タンクから前記改質部に前記改質水を供給する水供給管と、
    前記水供給管に設けられ、前記水タンク内の前記改質水を前記改質部に送出する改質水送出装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水を前記水タンクに戻す改質水戻し装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサと、
    前記燃料電池を発電させる制御を行う制御装置と、
    を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記改質水戻し装置を作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、初期水位から前記初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部と、
    前記第１改質水水位調整制御部による前記第１改質水水位調整を行った後に、前記第１改質水水位調整による前記改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ前記改質水送出装置を駆動するように指令して、前記水供給管内の前記改質水の水面を前記第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部と、
    前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、前記水位センサの検出結果を用いて、前記水供給管内の前記改質水の水面が前記第１戻り水位から前記基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部と、
    前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、前記水供給管および前記改質水送出装置の故障を判定する判定部と、を備え、
    前記判定部は、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係が、前記水供給管および前記改質水送出装置が正常である正常範囲より上方にあり、
    かつ、
    前記改質水戻し装置を所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記基準水位から前記基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、前記改質水送出装置を前記所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記第２戻り水位から上昇させた後、前記改質水の水面が前記基準水位に戻っている場合には、前記改質水送出装置の送出能力が低下している送出低下故障であると判定する燃料電池システム。
  7. 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排ガスを導出する燃焼部と、
    前記燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器と、
    前記熱交換器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に供給する水タンクと、
    前記水タンクから前記改質部に前記改質水を供給する水供給管と、
    前記水供給管に設けられ、前記水タンク内の前記改質水を前記改質部に送出する改質水送出装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水を前記水タンクに戻す改質水戻し装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサと、
    前記燃料電池を発電させる制御を行う制御装置と、
    を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記改質水戻し装置を作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、初期水位から前記初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部と、
    前記第１改質水水位調整制御部による前記第１改質水水位調整を行った後に、前記第１改質水水位調整による前記改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ前記改質水送出装置を駆動するように指令して、前記水供給管内の前記改質水の水面を前記第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部と、
    前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、前記水位センサの検出結果を用いて、前記水供給管内の前記改質水の水面が前記第１戻り水位から前記基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部と、
    前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、前記水供給管および前記改質水送出装置の故障を判定する判定部と、を備え、
    前記判定部は、前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係が、前記水供給管および前記改質水送出装置が正常である正常範囲より上方にあり、
    かつ、
    前記改質水戻し装置を所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記基準水位から前記基準水位より低い位置である第２戻り水位まで低下させ、その後、前記改質水送出装置を前記所定時間だけ作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、前記第２戻り水位から上昇させた後、前記改質水の水面が前記基準水位に戻っていない場合には、前記水供給管の漏れ故障であると判定する燃料電池システム。
  8. 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排ガスを導出する燃焼部と、
    前記燃焼排ガスと熱媒体との間で熱交換が行われ、前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器と、
    前記熱交換器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に供給する水タンクと、
    前記水タンクから前記改質部に前記改質水を供給する水供給管と、
    前記水供給管に設けられ、前記水タンク内の前記改質水を前記改質部に送出する改質水送出装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水を前記水タンクに戻す改質水戻し装置と、
    前記水供給管に設けられ、前記水供給管内の前記改質水の水面が基準水位にあるか否かを検出するための水位センサと、
    前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部に設けられ、前記蒸発部の温度を検出する温度センサと、
    前記燃料電池を発電させる制御を行う制御装置と、
    を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、
    前記改質水戻し装置を作動させて、前記水供給管内の前記改質水の水面を、初期水位から前記初期水位より低い位置である第１戻り水位まで低下させる第１改質水水位調整を行う第１改質水水位調整制御部と、
    前記第１改質水水位調整制御部による前記第１改質水水位調整を行った後に、前記第１改質水水位調整による前記改質水の戻り量に対応する駆動指令時間だけ前記改質水送出装置を駆動するように指令して、前記水供給管内の前記改質水の水面を前記第１戻り水位から上昇させる第２改質水水位調整を行う第２改質水水位調整制御部と、
    前記第２改質水水位調整制御部による前記第２改質水水位調整を行う際に、前記水位センサの検出結果を用いて、前記水供給管内の前記改質水の水面が前記第１戻り水位から前記基準水位までに到達するのにかかる時間を実測時間として計測をする計測部と、
    前記駆動指令時間と、前記計測部によって計測された実測時間との関係に基づいて、前記水供給管および前記改質水送出装置の故障を判定する判定部と、を備え、
    前記計測部によって前記実測時間が計測できない場合であって、前記温度センサによって検出された前記計測部による前記計測後の前記蒸発部の温度が、前記温度センサによって検出された前記計測部による前記計測前の前記蒸発部の温度より低下している場合には、前記水位センサの故障であると判定する燃料電池システム。
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