JPWO2006088077A1 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

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Abstract

燃料電池システムの、原料ガスによる置換不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。燃料電池システム（１００）の制御装置（１１）は、燃料電池システム（１００）の停止動作において原料ガスによる置換動作の異常があれば、燃料極（１３ａ）の出入口を開閉する燃料開閉手段（２６、２３、２４）、酸化剤極（１３ｃ）の出入口を開閉する酸化剤開閉手段（２５、２８、２０、２７）および水素生成装置（１２）の出入口を開閉する水素開閉手段（２１、２３、２２）の開閉を、その異常の内容に応じて、原料ガスによる置換時の開閉状態と違えた状態にする。

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその運転方法に係り、更に詳しくは、燃料電池システムの停止動作におけるシステム内部の原料ガスの供給制御の改良技術に関する。
従来の燃料電池システムは主として、燃料極で水素リッチな改質ガス（燃料ガス）を消費しかつ酸化剤極で酸素ガスを消費して発電する燃料電池と、酸化剤極に酸素ガスを送るブロアと、原料ガス（例えば、都市ガスや天然ガス）と水蒸気から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する水素生成装置と、燃料極において消費されなかった改質ガス（オフガス）に含有される水蒸気を凝縮する水除去手段と、オフガスを燃焼して得られる燃焼ガスの熱交換により燃料生成装置の改質触媒体を加熱するバーナ（加熱用燃焼器）と、を有している。
こうした燃料電池システムの停止時には、通常、燃料電池システムの内部に不活性ガス（例えば窒素ガス）置換処理を行うことにより空気と燃料ガスからなる混合ガス異常燃焼の発生等が適切に抑制されている。
しかしその一方、窒素ガス置換処理には、窒素ボンベや窒素分離発生装置等の専用の窒素設備が必要であり、燃料電池システムを家庭用定置型分散発電源や電気自動車用電源等の用途として使用する場合に、上記の窒素設備は、燃料電池システムのコスト低減およびサイズコンパクト化の両面に対して制約を与える。
このため、燃料電池システムの停止の際、窒素ガスによって置換処理することに替えて、燃料電池システムの内部を原料ガスによって置換処理する技術がある。
例えば、バイパス経路を経由した脱硫ガス（イオウ成分を除去した原料ガス）を燃料電池に導き、そこを原料ガスにより置換処理する置換技術が知られている（従来例としての特許文献１参照）。
また、燃料電池システムにおける可燃性ガス系内に、水蒸気を導いてこの系内の可燃ガスを置換した後、水素生成装置（燃料改質器）の触媒の温度が充分に低下した時点で、上記の系内に原料ガスを導いて系内の水蒸気を置換するような置換技術も提案されている（従来例としての特許文献２参照）。
特開２００３−２２９１４９号公報 特開２００３−２８２１１４号公報
原料ガスによる置換技術を採用した燃料電池システムの停止動作モードには、燃料電池システムの通常停止モードおよび可燃ガスリークや燃料電池システム内圧異常等による緊急停止モードの他に、例えば原料ガス計量計の故障や原料ガス供給元圧遮断のような原料ガスによる置換動作の不具合に伴った特殊停止モードがある。
ところが、従来例に記載の原料ガスによる置換技術は、燃料電池システムの通常停止モードのみを念頭に置いた技術であって、特殊停止モードの状況に何ら配慮されていない。
このため、特殊停止モード状態にある燃料電池システムを、既存の原料ガスによる置換に倣って停止すると、燃料電池システムの内部（例えば、水素生成装置の内部や燃料電池の内部）に存在する水蒸気の結露によりこれらの内部を急激に負圧化させて、最悪、燃料電池システムの機器破損をもたらす可能性があると、本願発明者等は考えている。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムの、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよびその運転方法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、本発明に係る燃料電池システムは、燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、前記燃料開閉手段および前記水素開閉手段並びに前記酸化剤開閉手段の開閉動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガス前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御し、かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御するシステムである。
また、燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、を備えた燃料電池システムの運転方法は、前記燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保ち、かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ運転方法である。
これにより、燃料電池システムの、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法が得られる。
ここで、前記原料ガスによる置換の動作異常の一例として、この異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの計量不能または置換処理後のガスの後処理不能の場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであり、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように燃料電池システムを運転する運転方法である。
このような燃料電池システムおよびその運転方法によれば、例えば原料ガス流量計等の原料ガスの計量不能の場合であっても、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部に適宜原料ガスが注入され、これによりこれらの内部の負圧化が確実に防止される。このため、これらの内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。
また、前記原料ガスによる置換の動作異常の他の例として、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの供給不能である場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであり、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放するように燃料電池システムを運転する運転方法である。
このような燃料電池システムおよびその運転方法によれば、原料ガス供給元圧遮断等の原料ガスの供給不能の場合であっても、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部を大気に開放して、これらの内部の過度の負圧状態が確実に防止される。このため、燃料電池システムにおける保障耐圧を超えて燃料電池システムの内部の負圧化が進むことが無く、燃料電池システムのガス封止部の破損が防止できる。
前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の条件として、前記水素生成装置の温度を検知する第１の温度検知手段を備え、前記制御装置は、前記第１の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
また、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の他の条件として、前記燃料電池の温度を検知する第２の温度検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
水素生成装置の内部ガス温度や燃料電池の内部ガス温度を測定することによって、例えば、制御装置は、これらの測定温度と内部ガス露点温度との比較を行い得ると共に、水素生成装置や燃料電池におけるガスの体積減少量を予測し得る。このため、水素生成装置の内部ガス温度や燃料電池の内部ガス温度を上手く活用することにより、制御装置は、水素生成装置や燃料電池の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に維持するように、燃料電池システムを動作させ得る。
更に、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の第３の条件として、前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第１の圧力検知手段により得られた圧力に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
水素生成装置の温度は、燃料電池の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置の測定圧力をモニターして、水素生成装置の内部圧力が、少なくとも正圧もしくは大気圧を維持されれば、その結果として、燃料電池の内部圧力も少なくとも正圧もしくは大気圧に維持できていると推定され好適である。
また、前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記水素生成装置の出入口を封止した後、前記第１の圧力検知手段により検知された圧力が、所定の閾値を超えた際には、前記水素生成装置の内部を大気に開放するシステムであっても良い。
このような燃料電池システムの構成によれば、燃料電池システムの停止の際に、例えば、低温域に存在した凝縮水が高温域の水素生成装置に流れ込み、凝縮水の蒸発によって水素生成装置の内部が過大な正圧状態に至っても、燃料電池システムの保障耐圧を超えて水素生成装置の内圧が上昇することが無く、燃料電池システムのガス封止部の破損を防止できる。
また、前記水素生成装置を燃焼ガスとの熱交換により加熱する加熱用燃焼器と、前記加熱用燃焼器に前記燃焼ガスを生成するための空気を供給する空気供給手段と、を備え、前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記加熱用燃焼器における燃焼ガス生成を停止させた後、前記空気供給手段を作動して前記水素生成装置を空気との熱交換により冷却させつつ、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
このような燃料電池システムの構成によれば、空気供給手段から送風される空気との熱交換により水素生成装置が速やかに冷却され好適である。
また、前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値以上の場合に、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
一方、前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値未満の場合に、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであっても良い。
こうして、原料ガス供給路の原料ガス供給元圧が、所定の閾値（例えば、水素生成装置の内部の下限圧）を超えているか否かを、制御装置により判定された上で、原料ガスの供給元圧が、この所定の閾値以上の場合に限って、前記燃料極および前記水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部に前記原料ガスを注入して、これらの内部を正圧もしくは大気圧に保つように燃料電池システムは制御され、原料ガスの供給元圧が、この閾値を下回った場合には、前記燃料極および前記水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部に前記原料ガスを注入することなく、これらの内部を大気に開放するように燃料電池システムは制御され、これにより、燃料電池システムの特殊停止が、原料ガスの供給元圧の圧力値に応じて適正に実行される。
また、燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
こうした構成によれば、燃料電池システムの停止保管中に、制御装置によって、燃料電池システムにおいて所定の条件（例えば、水素生成装置の内圧低下の下限値に到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給路の原料ガスを燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部に注入して、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部を少なくとも正圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行され好適である。
また、燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであっても良い。
こうした構成によれば、燃料電池システムの停止保管中に、制御装置によって、燃料電池システムにおいて所定の条件（例えば、水素生成装置の内圧が所定の負圧レベルに到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部の負圧状態を解消するため、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部を一時的に大気に開放でき好適である。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明によれば、燃料電池システムの、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよびその運転方法が得られる。
図１は本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成に示したブロック図である。 図２は本実施の形態における燃料電池システムの通常停止動作例を示したフローチャートである。 図３は本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス流量計故障による特殊停止動作例を示したフローチャートである。 図４は水素生成装置の内部の昇圧動作の一例を説明する図である。 図５は本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作例を示したフローチャートである。 図６は図５の燃料電池システム特殊停止動作の変形例を示したフローチャートである。
符号の説明
１０ａ 原料ガス供給元
１１ 制御装置
１２ 水素生成装置
１３ 燃料電池
１３ａ アノード
１３ｃ カソード
１４ 水除去手段
１５ 冷却水ポンプ
１６ 第１のブロア
１７ 第２のブロア
１８ 加熱用燃焼器
２０ 第１の三方弁
２１ 第５の二方弁
２２ 第３の二方弁
２３ 第２の三方弁
２４ 第１の二方弁
２５ 第３の三方弁
２６ 第２の二方弁
２７ 第４の二方弁
２８ 第４の三方弁
３０ 第１の圧力検知手段
３１ 原料ガス計量計
３２ 第２の圧力検知手段
３３ 第１の温度検知手段
３４ 燃焼検知手段
３５ 第２の温度検知手段
３６ 第３の温度検知手段
１００ 燃料電池システム
Ｇ１ 原料供給配管
Ｇ２ 第１の原料分岐配管
Ｇ３ 原料戻り配管
Ｇ４ 第２の原料分岐配管
Ｇ５ 第３の原料分岐配管
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
燃料電池システム１００は主として、図１に示すように、アノード１３ａ（燃料極）とカソード１３ｃ（酸化剤極）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池１３と、発電原料ガスとしての都市ガスや天然ガスに水を添加してこれを改質させて水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成して、これを燃料電池１３のアノード１３ａに供給する水素生成装置１２と、水素生成装置１２に適宜の改質水を供給する水供給手段（不図示）と、燃料電池１３のアノード１３ａで消費されずに排出された残余の燃料ガス（オフガス）中の水を除去する水除去手段１４と、水を除去して乾燥処理されたオフガスを燃焼することにより水素生成装置１２を加熱する加熱用燃焼器１８と、加熱用燃焼器１８に燃焼用の空気を供給する空気供給手段としての第１のブロア１６と、酸化剤ガス（空気）を燃料電池１３のカソード１３ｃに供給して燃料電池１３の外部に排出する酸化剤ガス供給手段としての第２のブロア１７と、燃料電池１３の内部温度を適正に保つように燃料電池１３の内部に冷却水を導くための冷却水ポンプ１５と、を備えて構成されている。なお、原料供給配管Ｇ１は、水素生成装置１２の内部に原料ガスを導くように構成された原料ガス供給路として機能し、後記のとおり、この内部には、水素生成装置１２に供給される発電原料としての原料ガスと、水素生成装置１２およびアノード１３ａ並びにカソード１３ｃに供給される置換ガスとしての原料ガスと、が流れる。
こうした燃料電池システム１００によれば、燃料電池１３のアノード１３ａに水素生成装置１２から供給される燃料ガスと、燃料電池１３のカソード１３ｃに第２のブロア１７から供給される空気とを燃料電池１３の内部で反応させて発電させ得る。
なお、水素生成装置１２における燃料ガス生成および燃料電池１３における発電は、公知技術を用いたものであり、ここでは、これらの内部構成および燃料ガス生成動作並びに発電動作の詳細な動作説明は省く。
ここで、原料供給配管Ｇ１には、第５の二方弁２１（後記）の上流側において、図１に示すように、都市ガス１３Ａ等の原料供給元弁としての原料ガス供給元１０ａと、原料ガスの供給元圧を測定する第１の圧力検知手段３０と、第１の圧力検知手段の下流に位置して原料ガスの供給量を測定する原料ガス流量計３１と、置換処理用の原料ガスを燃料電池１３や水素生成装置１２に供給する置換ガス供給手段として機能する第１の二方弁２４（開閉弁）の一方と、第１の三方弁２０（切り替え弁）の二方と、が接続されている。原料供給配管Ｇ１と各弁２０、２１、２４との接続構成は後程詳しく述べる。
なお、原料ガス流量計３１は、例えばオリフィス流量計（差圧式流量計）であり、ガス温度およびガス差圧のデータを換算することによりガス流量を測定可能に構成されている。
また、水素生成装置１２による燃料ガス供給系統およびオフガス還流系統は、水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間を繋ぐ配管（燃料ガス配管）に設けられた第２の三方弁２３（切り替え弁）と、アノード１３ａの出口と水除去手段１４の入口との間を繋ぐ配管（オフガス配管）に設けられた第２の二方弁２６（開閉弁）と、水除去手段１４の出口と加熱用燃焼器１８のオフガス入口との間を繋ぐ配管に設けられた第３の二方弁２２（開閉弁）と、備えて構成されている。
この第２の三方弁２３は、上記の燃料ガス配管とオフガス配管とを繋ぐバイパス配管にも接続され、これにより、水素生成装置１２から流出した燃料ガスをアノード１３ａに導くこと無く、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管途中に直送することを可能にしている。
なお、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の二方弁２４は、第３の原料分岐配管Ｇ５（後記）を介して燃料ガス供給系統における第２の三方弁２３とアノード１３ａの入口との間の配管に接続され、これにより、第３の原料分岐配管Ｇ５を介して、原料供給配管Ｇ１からアノード１３ａに原料ガスが供給され得る。
このような燃料ガス供給系統およびオフガス還流系統によれば、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によって水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口とを連通させる場合には、水素生成装置１２から流出した燃料ガスは、アノード１３ａの内部に導かれて、アノード１３ａの内部で発電燃料として使用された後、アノード１３ａの出口からオフガスとして外部に排出される。このオフガスは、開栓状態の第２の二方弁２６を通過した後、水除去手段１４によりオフガス中に含有される水分（水蒸気および微細な水滴等）を除去して乾燥される。乾燥されたオフガスは、開栓状態の第３の二方弁２２を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼される。
なお、オフガス燃焼によって生成した熱を水素生成装置１２の加熱に利用しても良い。
一方、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によって水素生成装置の出口をオフガス配管（第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管部分）とを連通させる場合には、水素生成装置１２から流出した可燃性ガス（燃料ガスや原料ガス）は、アノード１３ａを経ることなく、水除去手段１４に直送され、この内部で可燃性ガス中の水分を除去して乾燥された後、加熱用燃焼器１８に送られ燃焼される。
また、第２のブロア１７に連通する酸化剤ガス供給系統は、第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間を繋ぐ配管に設けられた第３の三方弁２５（切り替え弁）と、カソード１３ｃの出口と大気中との間を繋ぐ配管に設けられた第４の三方弁２８（切り替え弁）と、この第４の三方弁２８と加熱用燃焼器１８との間を繋ぐ配管に設けられた第４の二方弁２７（開閉弁）と、備えて構成されている。
なお、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の三方弁２０と、酸化剤ガス供給系統における第３の三方弁２５とが互いに第２の原料分岐配管Ｇ４（後記）を介して接続され、これにより、原料供給配管Ｇ１からカソード１３ｃに原料ガスが供給され得る。
このような酸化剤ガス供給系統によれば、第３の三方弁２５の弁切り替え操作によって第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口とを連通させ、かつ第４の三方弁２８の弁切り替え操作によって、カソード１３ｃの出口と大気とを連通させる場合には、第２のブロア１７から流出した酸化剤ガス（空気）は、適宜の加熱および加湿手段（不図示）により加熱および加湿された後、カソード１３ｃの内部に導かれて、カソード１３ｃの内部で発電酸化剤として使用され、大気中に排出される。
一方、第３の三方弁２５の弁切り替え操作によって、第１の三方弁２０とカソード１３ｃの入口とを連通させ、かつ第４の三方弁２８の弁切り替え操作によって、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通させる場合には、原料供給配管Ｇ１を流れる原料ガスは、第２の原料分岐配管Ｇ４を介してカソード１３ｃの内部に導かれ、カソード１３ｃの内部に対して後程述べるような処理を施した後、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼される。
また、原料ガス供給系統では、例えば都市ガス供給元等の原料ガス供給元１０ａから送出された原料ガスは、第１の圧力検知手段３０および原料ガス流量計３１によってガス供給圧力およびガス供給流量を測定されつつ、適宜の脱硫器（不図示）により原料ガス中の硫黄成分を除かれる。
そして、脱硫された後の原料ガス供給系統には、水素生成装置１２に向けて原料ガスを送る第１の原料ガス供給ルート、カソード１３ｃに向けて原料ガスを送る第２の原料ガス供給ルートおよびアノード１３ａに向けて原料ガスを送る第３の原料ガス供給ルートがある。
第１の原料ガス供給ルートは、原料ガス供給元１０ａの下流側と、水素生成装置１２の入口との間を繋ぐ配管（原料供給配管Ｇ１）に設けられた第５の二方弁２１（開閉弁）を備えて構成され、この原料供給配管Ｇ１を流れる原料ガスは、開栓状態の第５の二方弁２１を通って水素生成装置１２の内部に導かれる。
このような第１の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の発電動作時には、水素生成装置１２の内部では、例えば改質触媒体を使った水蒸気改質反応に基づいて、原料供給配管Ｇ１から送出された原料ガスから水素リッチな燃料ガスが生成される。また、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１から送出された原料ガスが、水素生成装置１２の内部に導かれ、この原料ガスによって、水素生成装置１２の内部に対してガス置換や昇圧といった適宜の処理（後程詳しく説明）が施される。
なお、水素生成装置１２の内部に対し適宜の処理を施して外部に排出された原料ガスを含むガスは、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によりアノード１３ａに導かれること無く、水除去手段１４および開栓状態の第３の二方弁２２を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼され適切に後処理される。
第２の原料ガス供給ルートでは、原料ガス流量計３１の下流側に位置する原料供給配管Ｇ１から分岐した第１の原料分岐配管Ｇ２が第１の三方弁２０に接続される一方、この第１の三方弁２０は、原料戻り配管Ｇ３を介して、第１の原料分岐配管Ｇ２の分岐位置より下流であって、第５の二方弁２１の上流に位置する原料供給配管Ｇ１に接続されている。更に、第１の三方弁２０から延びる第２の原料分岐配管Ｇ４は、既に述べたように、酸化剤ガス供給系統の第３の三方弁２５に接続されている。
このような第２の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の三方弁２０から第２の原料分岐配管Ｇ４に流れた原料ガスが、第３の三方弁２５を通ってカソード１３ｃの内部に導かれ、この原料ガスによって、カソード１３ｃの内部に対してガス置換や昇圧といった適宜の処理（後程詳しく説明）が施される。
なお、カソード１３ｃの内部に対し適宜の処理を施して外部に排出された原料ガスを含むガスは、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼され適切に後処理される。
第３の原料ガス供給ルートは、第１の原料分岐配管Ｇ２の分岐位置より下流であって、第５の二方弁２１の上流に位置する原料供給配管Ｇ１の途中と、燃料ガス供給系統における第２の三方弁２３とアノード１３ａの入口との間の配管と、を繋ぐ第３の原料分岐配管Ｇ５に設けられた第１の二方弁２４を備えて構成されている。
このような第３の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の二方弁２４から第３の原料分岐配管Ｇ３に流れた原料ガスが、アノード１３ａに導かれ、この原料ガスによって、アノード１３ａの内部に対して昇圧（後程詳しく説明）が実行される。
制御装置１１は、燃料電池システム１００の各要素を制御して、燃料電池システム１００の起動、発電および停止の各動作を適切に制御するマイクロプロセッサ等の演算装置により構成されている。
制御装置１１の制御対象例としては、例えば、水素生成装置の出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された水素開閉手段（第３および第５の二方弁２２、２１および第２の三方弁２３）と、アノード１３ａの出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された燃料開閉手段（第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２および第２の三方弁２３）と、カソード１３ｃの出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された酸化剤開閉手段（第４の二方弁２７および第１、第３および第４の三方弁２０、２５、２８）と、がある。
また、制御装置１１の入力センサ例としては、既に述べた原料ガス流量計３１および第１の圧力検知手段３０の他、水素生成装置１２の内圧を測定する第２の圧力検知手段３２と、水素生成装置１２の内部のガス温度を測定する第１の温度検知手段３３（例えば、熱電対）と、加熱燃焼部１８の燃焼状態を検知する燃焼検知手段３４（例えば、フレームロッド）と、燃料電池１３を冷却する冷却水配管の冷却水入口近傍に配置され、燃料電池１３の冷却水入口近傍を流れる冷却水の温度を測定することにより、アノード１３ａおよびカソード１３ｃを流れるガスの温度を予測可能な第２の温度検知手段３５（例えば、熱電対）と、燃料電池１３を冷却する冷却水配管の冷却水出口近傍に配置され、燃料電池１３の冷却水出口近傍を流れる冷却水の温度を測定することにより、アノード１３ａおよびカソード１３ｃを流れるガスの温度を予測可能な第３の温度検知手段３６（例えば、熱電対）と、がある。
なお、制御装置１１は、原料ガス流量計３１に対するエラー検知手段（不図示）を内蔵しており、これによって、原料ガス流量計３１の故障（例えば、原料ガス流量計３１の配線のショートや断線によるガス温度やガス差圧のデータエラー）の際のエラー検知信号を取得するように構成されている。
そして、後程詳しく説明する燃料電池システムの動作においては、制御装置は、上記の各種入力センサ３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６により得られた検知データに基づき、上記各種の弁２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７の開閉動作を適切に制御している。
なお、本明細書においては、制御装置とは、単独の制御装置だけではなく、複数の制御装置が協働して燃料電池システム１００の動作を制御する制御装置群をも意味する。よって、制御装置１１は、必ずしも単独の制御装置で構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システム１００の動作を制御するように構成されていても良い。
また、図１に示した弁構成は一例に過ぎず、図１の弁構成は、水素生成装置や燃料電池の構成に依存して適宜改変されるものである。
次に、本実施の形態による燃料電池システム１００における停止動作の一例を、図面を参照しつつ説明する。
最初に、燃料電池システム１００における通常停止モードの停止動作例を述べた後、燃料電池システム１００における特殊停止モードの停止動作例を説明する。
＜燃料電池システムの停止動作例（通常停止）＞
図２は、本実施の形態における燃料電池システムの通常停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給元圧測定用の第１の圧力検知手段３０から正常な圧力信号を受け取り、かつ原料ガス流量計３１に対するエラー検知手段によって何らエラー検知信号を取得して無い場合には、図２に示したステップＳ２０１〜ステップＳ２０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の通常停止を実行する。
まず、燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ２０１）。
より詳しくは、第２、第３および第５の二方弁２６、２２、２１が閉められ、かつ第２の三方弁２３が、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口間の配管と、を連通するように切り替えられ（水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間は連通遮断）、これにより、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が適切に封止される（以下に述べるアノード１３の出入口ａおよび水素生成装置１２の出入口の封止弁操作も同じ。）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される。
併せて、燃料電池システム１００における所定の条件に基づいて（例えば、燃料電池システム１００の停止時から一定時間の経過毎または水素生成装置１２の内圧低下に応じて）、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスが注入され、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよび水素生成装置１２は再び封止される（ステップＳ２０２）。
より詳しくは、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止された状態において、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられた上で（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第１および第５の二方弁２４、２１が一時的に開けられる。そうすると、第１の二方弁２４が開いた期間中、アノード１３ａの内部が、アノード１３ａの入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、アノード１３ａの内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入される。また、第５の二方弁２１が開いた期間中、水素生成装置１２の内部が、水素生成装置１２の入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、水素生成装置１２の内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入される。これにより、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧化が防止される。
続いて、燃料電池システム１００の温度が所定の基準温度まで低下すれば、原料ガス供給元圧により、カソード１３ｃの内部を原料供給配管Ｇ１の原料ガスによって置換するというカソード１３ｃの置換動作が実行される。そして、カソード１３ｃの原料ガスによる置換動作が終了した時点で、カソード１３ｃの出入口が封止される（ステップＳ２０３）。
より詳しくは、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３との間は連通遮断）、第３の三方弁２５が、第２の原料分岐配管Ｇ４とカソード１３ｃの入口とを連通するように切り替えられ（第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間は連通遮断）、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通するように切り替えられる（カソード１３ｃの出口と大気との間は連通遮断）。そうすると、この状態で第４の二方弁２７が開けられれば、カソード１３ｃの内部が、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、第１の原料分岐配管Ｇ２および第２の原料分岐配管Ｇ４を通ってカソード１３ｃに導かれ、これにより、カソード１３ｃの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。そして、カソード１３ｃへの原料ガス圧送によりカソード１３ｃから排出された原料ガスを含む置換処理ガスは、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して、適宜の水除去手段（不図示）により水分除去された上で加熱用燃焼器１８に送られそこで燃焼して後処理される。
なお、加熱用燃焼器１８による置換処理ガスの燃焼期間中は、第１のブロア１６から送られる空気による水素生成装置１２の強制空冷は一旦停止する。
そして、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第３の三方弁２５が、第２の原料分岐配管Ｇ４とカソード１３ｃの入口とを連通するように切り替えられ（第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間は連通遮断）、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通するように切り替えられ（カソード１３ｃの出口と大気との間は連通遮断）、第４の二方弁２７が閉められ、これによって、カソード１３ｃの出入口は適切に封止される（以下に述べるカソード１３ｃの出入口の封止弁操作も同じ。）。
続いて、ステップＳ２０２において述べた動作と同様に、燃料電池１３は自然冷却される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される。
併せて、燃料電池システム１００の所定の条件に基づいて（例えば、燃料電池システム１００の停止時から一定時間の経過毎または水素生成装置１２の内圧低下に応じて）、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスが注入され、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止される（ステップＳ２０４）。
より詳しくは、カソード１３ｃが封止された状態において、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４とを連通するように、一時的に切り替えられる（第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３との間は一時的連通遮断）。
そうすると、上記の第１の三方弁２０の一時的な切り替え期間中、カソード１３ｃの内部は、カソード１３ｃの入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、カソード１３ｃの内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入され、これにより、カソード１３ｃの内部の負圧化が防止される。なお、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部への原料ガス注入弁操作は、ステップＳ２０２において説明した内容と同じため、ここでは、これらの弁操作の説明は省略する。
その後、燃料電池システム１００の温度（水素生成装置１２の温度）が所定の基準温度まで低下すれば、原料ガス供給元圧により、水素生成装置１２の内部を原料供給配管Ｇ１の原料ガスによって置換するという水素生成装置１２の置換動作が実行される。そして、水素生成装置１２の原料ガスによる置換動作が終了した時点で、水素生成装置１２の出入口が再び封止される（ステップＳ２０５）。
より詳しくは、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第２の三方弁２３が、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管と、を連通するように切り替えられる（水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間は連通遮断）。そうすると、この状態で第５および第３の二方弁２１、２２が開けられれば、水素生成装置１２の内部が、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、原料供給配管Ｇ１を通って水素生成装置１２に導かれ、これにより、水素生成装置１２の内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。そして、水素生成装置１２への原料ガス圧送により水素生成装置１２から排出された原料ガスを含む置換処理ガスは、水除去手段１４により水分除去された上で、開栓状態の第３の二方弁２２を通って加熱用燃焼器１８に送られそこで燃焼して後処理される。
なお、加熱用燃焼器１８による置換処理ガスの燃焼期間中は、第１のブロア１６から送られる空気による水素生成装置１２の強制空冷は一旦停止する。
その後、燃料電池システム１００の温度（水素生成装置１２の温度）が充分に下がった時点で、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作が停止して（ステップＳ２０６）、燃料電池システム１００の通常停止動作が終了する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、燃料電池システム１００の停止の際に、従来の窒素ガス置換処理に替えて、燃料電池システム１００の内部が原料ガスにより適正に置換可能なため、窒素設備を省けて、燃料電池システム１００のコスト低減およびサイズコンパクト化が図れる。
更に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に適宜原料ガスが注入され、これにより、これらの内部の負圧化が防止される。このため、内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置１２等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。また、燃料電池システム１００における保障耐圧（大気圧との差圧として例えば、２０ｋＰａが想定されている。）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むと、燃料電池システム１００の機器故障を来たす可能性があるが、こうした事態が事前に防止できる。
〔図２に示した燃料電池システムの停止動作（通常停止）の変形例〕
ここまで、燃料電池システム１００の停止動作において、燃料電池１３のアノード１３ａには、水素リッチな燃料ガスを封止する例を述べたが、勿論、このアノード１３ａを原料ガスにより置換しても良い。なおこの場合、第３の原料分岐配管Ｇ５を経由する原料ガスをアノード１３ａに導く第１の経路および、この第３の原料分岐配管Ｇ５を経由せずに、水素生成装置１２を通した原料ガスをアノード１３ａに導く第２の経路の２通りの経路がある。
第１の経路を採用する場合には、アノード１３ａの出入口を開閉する燃料開閉手段は、上記実施形態と同様、第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２と、第２の三方弁２３と、により構成されている。そして、この燃料開閉手段の動作例として、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口間の配管と、を連通するように第２の三方弁２３が切り替えられ、この状態で第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２が開けられれば、アノード１３ａの内部は、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、第３の原料分岐配管Ｇ５を通ってアノード１３ａに導かれ、これにより、アノード１３ａの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。
第２の経路を採用する場合には、アノード１３ａの出入口を開閉する燃料開閉手段は、第２および第３の二方弁２６、２２と、第２の三方弁２３と、により構成されている。そして、この燃料開閉手段の動作例として、水素生成装置１２の出口と、アノード１３ａの入口と、を連通するように第２の三方弁２３が切り替えられ、この状態で第２および第３の二方弁２６、２２が開けられれば（但し、水素生成装置１２の入口側の第５の二方弁２１も開栓状態）、アノード１３ａの内部は、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１（水素生成装置１２を介して）および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、原料供給配管Ｇ１および水素生成装置１２を通過して（水素生成装置１２を原料ガスにより置換しつつ）、アノード１３ａに導かれ、これにより、アノード１３ａの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。
また、ここで述べた第２の経路を使用して、水素生成装置１２と燃料電池１３のアノード１３ａとを一括して原料ガス注入を実行しても良い。なお、水素生成装置１２と燃料電池１３のアノード１３ａとを一括的に原料ガス注入する各弁動作についての説明は、既に述べた内容や図２を参照すれば容易に理解できるので、省略する。
＜燃料電池システムの停止動作例（原料ガス流量計故障による特殊停止）＞
図３は、本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス流量計故障による特殊停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給量測定用の原料ガス流量計３１におけるエラー検知信号を取得した場合には、図３に示したステップＳ３０１〜ステップＳ３０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障（原料ガスの計量不能）による特殊停止を実行する。
ここで、図３のフローチャートから理解されるとおり、原料ガス流量計３１の故障による燃料電池システム１００の特殊停止の際には、原料ガス流量計３１による原料ガス量の把握が不可能なため、カソード１３ｃの内部および水素生成装置１２の内部を原料ガスによって置換するという原料ガスパージ処理が省かれる。
なお、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部昇圧動作（原料ガス注入）は、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明は省く。同様に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置の出入口の封止動作も、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明も省く。
燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、燃料電池１３のアノード１３ａの出入口および燃料電池１３のカソード１３ｃの出入口並びに水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ３０１）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される（ステップＳ３０２）。
ここで、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（後記）に該当するか否かが判定される（ステップＳ３０３）。この所定の条件に該当した場合には（ステップＳ３０３において「Ｙｅｓ」の場合）、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止され（ステップＳ３０４）、次の判定ステップＳ３０５に進む。
一方、この所定の条件に該当しない場合には（ステップＳ３０３において「Ｎｏ」の場合）、上記のステップ３０４の記した原料ガス注入動作を実行することなく、次の判定ステップＳ３０５に進む。
ここで、燃料電池システム１００の内部が充分冷却されたか否かが判定され（ステップＳ３０５）、冷却不充分であれば（ステップＳ３０５において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ３０２に戻って、ステップＳ３０２以降の動作が繰り返され、冷却充分であれば（ステップＳ３０５において「Ｙｅｓ」の場合）、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作を止めて（ステップＳ３０６）、燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障による特殊停止動作が終了する。
ここで、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の一例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、適宜のタイマー手段（不図示）により燃料電池システム１００の停止時から時間経過をモニターして一定時間経過毎に、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入するように、ステップＳ３０４の弁操作を実行しても良い。
また、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、図４に示すように、水素生成装置１２の内圧下限値（例えば、０．５ｋＰａ）に水素生成装置１２の測定内圧が到達した時点で、ステップＳ３０４における弁操作から原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
水素生成装置１２の温度は、燃料電池１３の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置１２の測定圧力をモニターして、水素生成装置１２の内部圧力が、少なくとも正圧もしくは大気圧（ここでは、０．５ｋＰａ以上）を維持されれば、その結果として、燃料電池１３の内部圧力も少なくとも正圧もしくは大気圧に維持できていると推定され好適である。
更に、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内部ガス温度測定用の第１の温度検知手段３３から得られた温度に基づき、水素生成装置１２の内部ガス温度低下値を取得して、例えば５０℃の温度低下毎に、ステップＳ３０４における弁操作から、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
更に、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、燃料電池１３の内部ガス温度を予測可能な第２の温度検知手段３５から得られた温度に基づき、燃料電池１３の内部ガス温度低下値を取得して、例えば５℃の温度低下毎に、ステップＳ３０４における弁操作から、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
水素生成装置１２の内部ガス温度や燃料電池１３の内部ガス温度を測定することによって、例えば、制御装置１１は、これらの測定温度と内部ガス露点温度との比較を行い得ると共に、水素生成装置１２や燃料電池１３におけるガスの体積減少量を予測し得る。このため、水素生成装置１２の内部ガス温度や燃料電池１３の内部ガス温度を上手く活用することにより、制御装置１１は、水素生成装置１２や燃料電池１３の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧（例えば、０．５ｋＰａ以上）に維持するように、燃料電池システム１００を動作させ得る。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、原料ガス流量計３１が故障した場合であっても、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に適宜原料ガスが注入され、これによりこれらの内部の負圧化が防止される。このため、これらの内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置１２等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。
また、燃料電池システム１００における保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むと、燃料電池システム１００のガス封止部の破損を来たす可能性があるが、こうした燃料電池システム１００のガス封止部の破損も防止できる。
更に、個々の家庭の都市ガス供給源が、原料ガス供給元１０ａに流用される場合には、燃料電池システム１００の内部の負圧促進によって、この都市ガスが燃料電池システム１００に吸い込まれ、家庭用ガス機器への悪影響も懸念されるが、こうした家庭用ガス機器への悪影響も未然に回避できる。
特に、原料ガス流量計３１の故障に起因して水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部への原料ガスによる置換が不可能であり、水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部に多量に存在する水蒸気の結露によって水素生成装置１２やカソード１３ｃの負圧化を招き易い。このことからステップＳ３０４に説明した原料ガス注入による負圧防止効果は、原料ガス流量計３１の故障による特殊停止動作の際には顕著に発揮される。
〔図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例１〕
ここまで、原料ガス流量計３１の故障を想定した燃料電池システム１００の特殊停止動作を説明したが、図３に示した燃料電池システム１００の特殊停止動作の実行は、原料ガス流量計３１の故障という状況に限ったものでは無い。
例えば、加熱用燃焼器１８の失火等の加熱用燃焼器１８の故障に起因して、置換処理後の原料ガスを含んだ可燃性ガスの燃焼排気が実行不可能な場合（置換処理後のガスの後処理不能の場合）に、水素生成装置１２の内部やカソード１３ｃの内部を原料ガスで置換する処理を行うと、未燃の可燃性ガス（原料ガス）がそのまま大気中に放出される事態に陥る。
このため、制御装置１１は、燃焼検知手段３４から得られたデータに基づき加熱用燃焼器１８の燃焼状態に異常が有るか否かをモニターしている。そして、加熱用燃焼器１８において失火等の燃焼異常があれば、制御装置１１は、図２に示した燃料電池システム１００の通常停止動作を実行すること無く、図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作に移るように各種の弁操作を制御する。そうすると、仮に加熱用燃焼器１８に失火等の燃焼異常が発生しても、未燃の可燃性ガスが燃焼処理されること無く、大気中に排出されることを未然に回避できる。同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化も防止される。
〔図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例２〕
またここまで、燃料電池システム１００の停止動作の際に、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される例を説明したが、こうした原料ガス注入によるアノード１３ａ等の内部昇圧技術は、燃料電池システム１００の停止保管中であっても適用可能である。
例えば、燃料電池システム１００の停止保管中に、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（例えば、水素生成装置１２の内圧低下の下限値に到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行されても良い。
＜料電池システムの停止動作例（原料ガス供給元圧遮断による特殊停止）＞
図５は、本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給元圧測定用の第１の圧力検知手段３０から得られた圧力に基づき、図５に示したステップＳ５０１〜ステップＳ５０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断（原料ガス供給不能）による特殊停止を実行するか否かを選択する。
即ち、制御装置１１は、第１の圧力検知手段３０から得られた圧力が所定閾値を越えた場合には、図２に示した燃料電池システム１００の通常停止または図３に示した燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障による特殊停止を実行すると共に、第１の圧力検知手段３０から得られた圧力が所定閾値以下になった場合には、図５に示した燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断による特殊停止を実行する。
なお、この所定閾値とは、少なくとも原料ガス供給元圧により、水素生成装置１２等の内部の負圧化防止に必要な圧力である。ここでは、所定の下限閾値として、図４に示した水素生成装置１２の内圧下限値（０．５ｋＰａ）を想定している。
ここで、図５のフローチャートから理解されるとおり、原料ガス供給元圧遮断による燃料電池システム１００の特殊停止の際には、原料ガス供給自体が不可能なため、カソード１３ｃの内部および水素生成装置１２の内部を原料ガスによって置換するという原料ガスパージ処理が省かれ、かつアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化防止のための原料ガス注入処理が省かれる。そして、これらの処理に替えて、燃料電池システム１００において所定の条件に該当すると、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放するという処理が実行されている。
なお、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置の出入口の封止動作は、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明も省く。
まず、燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、燃料電池１３のアノード１３ａの出入口および燃料電池１３のカソード１３ｃの出入口並びに水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ５０１）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される（ステップＳ５０２）。
ここで、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（後記）に該当するか否かが判定される（ステップＳ５０３）。この所定の条件に該当する場合には（ステップＳ５０３において「Ｙｅｓ」の場合）、例えばアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の過大な負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が、一時的に大気に開放される。そして、こうした大気開放動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止され（ステップＳ５０４）、次の判定ステップＳ５０５に進む。
より詳しくは、カソード１３ｃの出入口が封止された状態において、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と大気とを連通するように一時的に切り替えられ（カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７との間は連通遮断）、カソード１３ｃの内部は、原料供給配管Ｇ１と連通せず、かつ、その出口を介して大気に連通する状態になり（第３の状態）、これにより、カソード１３ｃの内部が大気に開放される。
また、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止された状態において、第２および第３の二方弁２６、２２が一時的に開けられ、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部が原料供給配管Ｇと連通せず、かつ、これらの出口を介して大気に連通する状態になり（第３の状態）、これにより、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部が、加熱用燃焼器１８の排ガス通路（不図示）を介して大気に開放される。
そうすると、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と大気とを連通するように一時的に切り替えられる期間中、負圧状態にあるカソード１３ｃの内部は外部空気を吸い込んで、その結果、カソード１３ｃの内部の負圧状態が適切に解消される。
また、第２および第３の二方弁２６、２２が一時的に開けられる期間中、負圧状態にあるアノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部は、外部空気を吸い込んで、その結果、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧状態が適切に解消される。
ここで、ステップＳ５０３に記した「所定の条件」の一例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、一定の負圧レベルに水素生成装置１２の測定内圧が到達した時点で、ステップＳ５０４における弁操作からアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放しても良い。
ここで、水素生成装置１２の内部の負圧レベルが、燃料電池システム１００の保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えると、燃料電池システム１００の機器故障を来たす可能性がある。このため、水素生成装置１２の負圧レベル（所定の条件における判定数値）は、少なくとも保障耐圧（２０ｋＰａ）よりも低めに設定する必要がある。
こうすると、水素生成装置１２の温度は、燃料電池１３の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置１２の測定圧力をモニターして、水素生成装置１２の内部圧力が、この保障耐圧を超えなければ、その結果として燃料電池１３の内部圧力も保障耐圧を超えないと推定されて好適である。
一方、この所定の条件に該当しない場合には（ステップＳ５０３において「Ｎｏ」の場合）、上記のステップ３０４の記した原料ガス注入動作を実行することなく、次の判定ステップ５０５に進む。
ここで、燃料電池システム１００の内部が充分冷却されたか否かが判定され（ステップＳ５０５）、冷却不充分であれば（ステップＳ５０５において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ５０２に戻って、ステップＳ５０２以降の動作が繰り返され、冷却充分であれば（ステップＳ５０５において「Ｙｅｓ」の場合）、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作が停止して（ステップＳ５０６）、燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作が終了する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、原料ガス供給元圧遮断の場合であっても、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放して、これらの内部の過度の負圧状態が確実に防止される。このため、燃料電池システム１００における保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むことが無く、燃料電池システム１００のガス封止部の破損が防止できる。
更に、個々の家庭の都市ガス供給源が、原料ガス供給元１０ａに流用される場合には、燃料電池システム１００の内部の負圧促進によって、この都市ガスが燃料電池システム１００に吸い込まれ、家庭用ガス機器への悪影響も懸念されるが、こうした家庭用ガス機器への悪影響も未然に回避できる。
なお、以上に述べた燃料電池システムの停止動作を実行すると、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が一旦大気に曝されて、これらの内部の触媒の酸化劣化が懸念されるが、触媒を大気に曝す時間や回数を適正に制限することで、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の触媒の酸化劣化の進行は適正に抑制可能である。
このため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２における大気開放のデメリット（触媒の酸化劣化）は、上記の負圧状態解消のよるメリット（燃料電池システム１００のガス封止部の破損回避）に比較して軽微なものと考えられる。
特に、原料ガス供給元圧遮断に起因して水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部への原料ガスによる置換が不可能であり、水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部に多量に存在する水蒸気の結露によって水素生成装置１２やカソード１３ｃの負圧化が進行し易い。このことからステップＳ５０４に説明した原料ガス開放による負圧解消効果は、原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作に際には顕著に発揮される。
〔図５に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例１〕
ここまで、原料ガス供給元圧遮断を想定した燃料電池システム１００の特殊停止動作を説明したが、図５のステップＳ５０４に示した水素生成装置１２の大気開放動作は、原料ガス供給元圧遮断という状況に限ったものでは無い。
図６は、図５の燃料電池システム特殊停止動作の変形例を示したフローチャートである。図５に示したステップＳ５０３およびステップＳ５０４が各々、ステップＳ６０１およびステップＳ６０２に替えられるが、これ以外の前段および後段のステップの処理内容は、図５に示したステップの処理内容と同じであり、これらの処理内容の図示および説明を省略している。
燃料電池システム１００の停止の際には、高温域および低温域が偏在して共存している。このため、燃料電池システム１００の低温域（ここでは、水素生成装置１２に接続された配管内）に存在する水蒸気が凝縮により結露して、この凝縮水が、燃料電池システム１００の高温域（ここでは、水素生成装置１２の内部）に流れ込み、瞬時に蒸発することがある。そうすると、水素生成装置１２の内部では、凝縮水の蒸発から体積膨張を引き起こして過大な正圧状態に陥り、最悪、燃料電池システム１００の保障耐圧を超える可能性もある。
こうした事態に対応するため、図６によると、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、水素生成装置１２の内圧が所定圧力（例えば、大気圧との差圧に相当する保障耐圧；２０ｋＰａ）以上か否かが判定される（ステップＳ６０１）。
そして、水素生成装置１２の内圧がこの所定圧力に到達した場合（ステップＳ６０１において「Ｙｅｓ」の場合）には、水素生成装置１２の内部を一時的に大気に開放した後、水素生成装置の出入口を封止して（ステップＳ６０２）、後段のステップに進む。
なお、水素生成装置１２の大気開放の弁操作および水素生成装置１２の出入口封止の弁操作は、既に説明したものと同じため、ここでは、これらの説明は省略する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、凝縮水の蒸発によって水素生成装置１２の内部が過大な正圧状態に至っても、燃料電池システム１００の保障耐圧を超えて水素生成装置１２の内圧が上昇することが無く、燃料電池システム１００のガス封止部の破損を防止できる。
〔図５に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例２〕
またここまで、燃料電池システム１００の停止動作の際に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が、一時的に大気に開放される例を説明したが、こうした大気開放によるアノード１３ａ等の内部の負圧解消技術は、燃料電池システム１００の停止保管中であっても適用可能である。
例えば、燃料電池システム１００の停止保管中に、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（例えば、水素生成装置１２の内圧が所定の負圧レベルに到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を一時的に大気に開放させても良い。
〔燃料電池システム１００の故障通報の一態様例〕
なお、以上に述べた原料ガス流量計３１の故障、原料ガス供給元圧遮断および加熱用燃焼器１８の失火等の燃料電池システム１００の各種の故障を、制御装置１１が検知した段階で、これが故障状態に陥ったことや故障の内容（種別）を、使用者やシステム管理センター等に適切に通報する機能を、燃料電池システム１００に付与することが、上記各種の故障を迅速に察知してこの故障を速やかに修復可能という観点から望ましい。そうすれば、燃料電池システム１００の故障状態を短期間に抑えることができるとともに、修復期間や修復費用が削減でき好適である。
このような故障通報の一例としては、制御装置１１は、上記各種の故障によるエラー検知信号を各機器から受け取った場合、燃料電池システム１００の使用者の操作端末（例えばリモコン）の表示部や燃料電池システム１００の本体機器の表示機能部（例えばＬＥＤ）を介して当該故障を使用者に知らせても良い。
また、このような故障通報の他の例としては、制御装置１１は、無線機器（不図示）を有して構成され、上記故障によるエラー検知信号を各機器から受け取った場合、このエラー検知信号を無線機器から発する無線搬送波に載せて、予め登録された使用者の情報携帯端末（例えば携帯電話）や予め登録されたシステム管理センターの監視端末に、当該無線信号を送信しても良い。勿論、システム管理センターに有線回線（電話回線やＬＡＮケーブル回線）を介して故障を通報しても良い。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明に係る燃料電池システムおよびその運転方法によれば、燃料電池システムの、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止に対して適切な対応が図れて、例えば、家庭用の燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。
本発明は、燃料電池システムおよびその運転方法に係り、更に詳しくは、燃料電池システムの停止動作におけるシステム内部の原料ガスの供給制御の改良技術に関する。
従来の燃料電池システムは主として、燃料極で水素リッチな改質ガス（燃料ガス）を消費しかつ酸化剤極で酸素ガスを消費して発電する燃料電池と、酸化剤極に酸素ガスを送るブロアと、原料ガス（例えば、都市ガスや天然ガス）と水蒸気から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する水素生成装置と、燃料極において消費されなかった改質ガス（オフガス）に含有される水蒸気を凝縮する水除去手段と、オフガスを燃焼して得られる燃焼ガスの熱交換により燃料生成装置の改質触媒体を加熱するバーナ（加熱用燃焼器）と、を有している。
こうした燃料電池システムの停止時には、通常、燃料電池システムの内部に不活性ガス（例えば窒素ガス）置換処理を行うことにより空気と燃料ガスからなる混合ガス異常燃焼の発生等が適切に抑制されている。
しかしその一方、窒素ガス置換処理には、窒素ボンベや窒素分離発生装置等の専用の窒素設備が必要であり、燃料電池システムを家庭用定置型分散発電源や電気自動車用電源等の用途として使用する場合に、上記の窒素設備は、燃料電池システムのコスト低減およびサイズコンパクト化の両面に対して制約を与える。
このため、燃料電池システムの停止の際、窒素ガスによって置換処理することに替えて、燃料電池システムの内部を原料ガスによって置換処理する技術がある。
例えば、バイパス経路を経由した脱硫ガス（イオウ成分を除去した原料ガス）を燃料電池に導き、そこを原料ガスにより置換処理する置換技術が知られている（従来例としての特許文献１参照）。
また、燃料電池システムにおける可燃性ガス系内に、水蒸気を導いてこの系内の可燃ガスを置換した後、水素生成装置（燃料改質器）の触媒の温度が充分に低下した時点で、上記の系内に原料ガスを導いて系内の水蒸気を置換するような置換技術も提案されている（従来例としての特許文献２参照）。
特開２００３−２２９１４９号公報 特開２００３−２８２１１４号公報
原料ガスによる置換技術を採用した燃料電池システムの停止動作モードには、燃料電池システムの通常停止モードおよび可燃ガスリークや燃料電池システム内圧異常等による緊急停止モードの他に、例えば原料ガス計量計の故障や原料ガス供給元圧遮断のような原料ガスによる置換動作の不具合に伴った特殊停止モードがある。
ところが、従来例に記載の原料ガスによる置換技術は、燃料電池システムの通常停止モードのみを念頭に置いた技術であって、特殊停止モードの状況に何ら配慮されていない。
このため、特殊停止モード状態にある燃料電池システムを、既存の原料ガスによる置換に倣って停止すると、燃料電池システムの内部（例えば、水素生成装置の内部や燃料電池の内部）に存在する水蒸気の結露によりこれらの内部を急激に負圧化させて、最悪、燃料電池システムの機器破損をもたらす可能性があると、本願発明者等は考えている。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよびその運転方法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、本発明に係る燃料電池システムは、燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、前記燃料開閉手段および前記水素開閉手段並びに前記酸化剤開閉手段の開閉動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガス前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御し、かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御するシステムである。
また、燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、を備えた燃料電池システムの運転方法は、前記燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保ち、かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ運転方法である。
これにより、燃料電池システムの、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法が得られる。
ここで、前記原料ガスによる置換の動作異常の一例として、この異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの計量不能または置換処理後のガスの後処理不能の場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであり、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように燃料電池システムを運転する運転方法である。
このような燃料電池システムおよびその運転方法によれば、例えば原料ガス流量計等の原料ガスの計量不能の場合であっても、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部に適宜原料ガスが注入され、これによりこれらの内部の負圧化が確実に防止される。このため、これらの内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。
また、前記原料ガスによる置換の動作異常の他の例として、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの供給不能である場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであり、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放するように燃料電池システムを運転する運転方法である。
このような燃料電池システムおよびその運転方法によれば、原料ガス供給元圧遮断等の原料ガスの供給不能の場合であっても、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部を大気に開放して、これらの内部の過度の負圧状態が確実に防止される。このため、燃料電池システムにおける保障耐圧を超えて燃料電池システムの内部の負圧化が進むことが無く、燃料電池システムのガス封止部の破損が防止できる。
前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の条件として、前記水素生成装置の温度を検知する第１の温度検知手段を備え、前記制御装置は、前記第１の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
また、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の他の条件として、前記燃料電池の温度を検知する第２の温度検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
水素生成装置の内部ガス温度や燃料電池の内部ガス温度を測定することによって、例えば、制御装置は、これらの測定温度と内部ガス露点温度との比較を行い得ると共に、水素生成装置や燃料電池におけるガスの体積減少量を予測し得る。このため、水素生成装置の内部ガス温度や燃料電池の内部ガス温度を上手く活用することにより、制御装置は、水素生成装置や燃料電池の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に維持するように、燃料電池システムを動作させ得る。
更に、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部への原料ガス注入の第３の条件として、前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第１の圧力検知手段により得られた圧力に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保っても良い。
水素生成装置の温度は、燃料電池の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置の測定圧力をモニターして、水素生成装置の内部圧力が、少なくとも正圧もしくは大気圧を維持されれば、その結果として、燃料電池の内部圧力も少なくとも正圧もしくは大気圧に維持できていると推定され好適である。
また、前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記水素生成装置の出入口を封止した後、前記第１の圧力検知手段により検知された圧力が、所定の閾値を超えた際には、前記水素生成装置の内部を大気に開放するシステムであっても良い。
このような燃料電池システムの構成によれば、燃料電池システムの停止の際に、例えば、低温域に存在した凝縮水が高温域の水素生成装置に流れ込み、凝縮水の蒸発によって水素生成装置の内部が過大な正圧状態に至っても、燃料電池システムの保障耐圧を超えて水素生成装置の内圧が上昇することが無く、燃料電池システムのガス封止部の破損を防止できる。
また、前記水素生成装置を燃焼ガスとの熱交換により加熱する加熱用燃焼器と、前記加熱用燃焼器に前記燃焼ガスを生成するための空気を供給する空気供給手段と、を備え、前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記加熱用燃焼器における燃焼ガス生成を停止させた後、前記空気供給手段を作動して前記水素生成装置を空気との熱交換により冷却させつつ、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
このような燃料電池システムの構成によれば、空気供給手段から送風される空気との熱交換により水素生成装置が速やかに冷却され好適である。
また、前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値以上の場合に、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
一方、前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値未満の場合に、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであっても良い。
こうして、原料ガス供給路の原料ガス供給元圧が、所定の閾値（例えば、水素生成装置の内部の下限圧）を超えているか否かを、制御装置により判定された上で、原料ガスの供給元圧が、この所定の閾値以上の場合に限って、前記燃料極および前記水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部に前記原料ガスを注入して、これらの内部を正圧もしくは大気圧に保つように燃料電池システムは制御され、原料ガスの供給元圧が、この閾値を下回った場合には、前記燃料極および前記水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部に前記原料ガスを注入することなく、これらの内部を大気に開放するように燃料電池システムは制御され、これにより、燃料電池システムの特殊停止が、原料ガスの供給元圧の圧力値に応じて適正に実行される。
また、燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つシステムであっても良い。
こうした構成によれば、燃料電池システムの停止保管中に、制御装置によって、燃料電池システムにおいて所定の条件（例えば、水素生成装置の内圧低下の下限値に到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、燃料極および酸化剤極並びに水素生成装置の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給路の原料ガスを燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部に注入して、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部を少なくとも正圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行され好適である。
また、燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放するシステムであっても良い。
こうした構成によれば、燃料電池システムの停止保管中に、制御装置によって、燃料電池システムにおいて所定の条件（例えば、水素生成装置の内圧が所定の負圧レベルに到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは前記酸化剤極の内部の負圧状態を解消するため、燃料極および水素生成装置並びに／あるいは酸化剤極の内部を一時的に大気に開放でき好適である。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明によれば、原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止を適切に実行可能な燃料電池システムおよびその運転方法が得られる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
燃料電池システム１００は主として、図１に示すように、アノード１３ａ（燃料極）とカソード１３ｃ（酸化剤極）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池１３と、発電原料ガスとしての都市ガスや天然ガスに水を添加してこれを改質させて水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成して、これを燃料電池１３のアノード１３ａに供給する水素生成装置１２と、水素生成装置１２に適宜の改質水を供給する水供給手段（不図示）と、燃料電池１３のアノード１３ａで消費されずに排出された残余の燃料ガス（オフガス）中の水を除去する水除去手段１４と、水を除去して乾燥処理されたオフガスを燃焼することにより水素生成装置１２を加熱する加熱用燃焼器１８と、加熱用燃焼器１８に燃焼用の空気を供給する空気供給手段としての第１のブロア１６と、酸化剤ガス（空気）を燃料電池１３のカソード１３ｃに供給して燃料電池１３の外部に排出する酸化剤ガス供給手段としての第２のブロア１７と、燃料電池１３の内部温度を適正に保つように燃料電池１３の内部に冷却水を導くための冷却水ポンプ１５と、を備えて構成されている。なお、原料供給配管Ｇ１は、水素生成装置１２の内部に原料ガスを導くように構成された原料ガス供給路として機能し、後記のとおり、この内部には、水素生成装置１２に供給される発電原料としての原料ガスと、水素生成装置１２およびアノード１３ａ並びにカソード１３ｃに供給される置換ガスとしての原料ガスと、が流れる。
こうした燃料電池システム１００によれば、燃料電池１３のアノード１３ａに水素生成装置１２から供給される燃料ガスと、燃料電池１３のカソード１３ｃに第２のブロア１７から供給される空気とを燃料電池１３の内部で反応させて発電させ得る。
なお、水素生成装置１２における燃料ガス生成および燃料電池１３における発電は、公知技術を用いたものであり、ここでは、これらの内部構成および燃料ガス生成動作並びに発電動作の詳細な動作説明は省く。
ここで、原料供給配管Ｇ１には、第５の二方弁２１（後記）の上流側において、図１に示すように、都市ガス１３Ａ等の原料供給元弁としての原料ガス供給元１０ａと、原料ガスの供給元圧を測定する第１の圧力検知手段３０と、第１の圧力検知手段の下流に位置して原料ガスの供給量を測定する原料ガス流量計３１と、置換処理用の原料ガスを燃料電池１３や水素生成装置１２に供給する置換ガス供給手段として機能する第１の二方弁２４（開閉弁）の一方と、第１の三方弁２０（切り替え弁）の二方と、が接続されている。原料供給配管Ｇ１と各弁２０、２１、２４との接続構成は後程詳しく述べる。
なお、原料ガス流量計３１は、例えばオリフィス流量計（差圧式流量計）であり、ガス温度およびガス差圧のデータを換算することによりガス流量を測定可能に構成されている。
また、水素生成装置１２による燃料ガス供給系統およびオフガス還流系統は、水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間を繋ぐ配管（燃料ガス配管）に設けられた第２の三方弁２３（切り替え弁）と、アノード１３ａの出口と水除去手段１４の入口との間を繋ぐ配管（オフガス配管）に設けられた第２の二方弁２６（開閉弁）と、水除去手段１４の出口と加熱用燃焼器１８のオフガス入口との間を繋ぐ配管に設けられた第３の二方弁２２（開閉弁）と、備えて構成されている。
この第２の三方弁２３は、上記の燃料ガス配管とオフガス配管とを繋ぐバイパス配管にも接続され、これにより、水素生成装置１２から流出した燃料ガスをアノード１３ａに導くこと無く、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管途中に直送することを可能にしている。
なお、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の二方弁２４は、第３の原料分岐配管Ｇ５（後記）を介して燃料ガス供給系統における第２の三方弁２３とアノード１３ａの入口との間の配管に接続され、これにより、第３の原料分岐配管Ｇ５を介して、原料供給配管Ｇ１からアノード１３ａに原料ガスが供給され得る。
このような燃料ガス供給系統およびオフガス還流系統によれば、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によって水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口とを連通させる場合には、水素生成装置１２から流出した燃料ガスは、アノード１３ａの内部に導かれて、アノード１３ａの内部で発電燃料として使用された後、アノード１３ａの出口からオフガスとして外部に排出される。このオフガスは、開栓状態の第２の二方弁２６を通過した後、水除去手段１４によりオフガス中に含有される水分（水蒸気および微細な水滴等）を除去して乾燥される。乾燥されたオフガスは、開栓状態の第３の二方弁２２を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼される。なお、オフガス燃焼によって生成した熱を水素生成装置１２の加熱に利用しても良い。
一方、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によって水素生成装置の出口をオフガス配管（第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管部分）とを連通させる場合には、水素生成装置１２から流出した可燃性ガス（燃料ガスや原料ガス）は、アノード１３ａを経ることなく、水除去手段１４に直送され、この内部で可燃性ガス中の水分を除去して乾燥された後、加熱用燃焼器１８に送られ燃焼される。
また、第２のブロア１７に連通する酸化剤ガス供給系統は、第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間を繋ぐ配管に設けられた第３の三方弁２５（切り替え弁）と、カソード１３ｃの出口と大気中との間を繋ぐ配管に設けられた第４の三方弁２８（切り替え弁）と、この第４の三方弁２８と加熱用燃焼器１８との間を繋ぐ配管に設けられた第４の二方弁２７（開閉弁）と、備えて構成されている。
なお、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の三方弁２０と、酸化剤ガス供給系統における第３の三方弁２５とが互いに第２の原料分岐配管Ｇ４（後記）を介して接続され、これにより、原料供給配管Ｇ１からカソード１３ｃに原料ガスが供給され得る。
このような酸化剤ガス供給系統によれば、第３の三方弁２５の弁切り替え操作によって第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口とを連通させ、かつ第４の三方弁２８の弁切り替え操作によって、カソード１３ｃの出口と大気とを連通させる場合には、第２のブロア１７から流出した酸化剤ガス（空気）は、適宜の加熱および加湿手段（不図示）により加熱および加湿された後、カソード１３ｃの内部に導かれて、カソード１３ｃの内部で発電酸化剤として使用され、大気中に排出される。
一方、第３の三方弁２５の弁切り替え操作によって、第１の三方弁２０とカソード１３ｃの入口とを連通させ、かつ第４の三方弁２８の弁切り替え操作によって、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通させる場合には、原料供給配管Ｇ１を流れる原料ガスは、第２の原料分岐配管Ｇ４を介してカソード１３ｃの内部に導かれ、カソード１３ｃの内部に対して後程述べるような処理を施した後、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼される。
また、原料ガス供給系統では、例えば都市ガス供給元等の原料ガス供給元１０ａから送出された原料ガスは、第１の圧力検知手段３０および原料ガス流量計３１によってガス供給圧力およびガス供給流量を測定されつつ、適宜の脱硫器（不図示）により原料ガス中の硫黄成分を除かれる。
そして、脱硫された後の原料ガス供給系統には、水素生成装置１２に向けて原料ガスを送る第１の原料ガス供給ルート、カソード１３ｃに向けて原料ガスを送る第２の原料ガス供給ルートおよびアノード１３ａに向けて原料ガスを送る第３の原料ガス供給ルートがある。
第１の原料ガス供給ルートは、原料ガス供給元１０ａの下流側と、水素生成装置１２の入口との間を繋ぐ配管（原料供給配管Ｇ１）に設けられた第５の二方弁２１（開閉弁）を備えて構成され、この原料供給配管Ｇ１を流れる原料ガスは、開栓状態の第５の二方弁２１を通って水素生成装置１２の内部に導かれる。
このような第１の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の発電動作時には、水素生成装置１２の内部では、例えば改質触媒体を使った水蒸気改質反応に基づいて、原料供給配管Ｇ１から送出された原料ガスから水素リッチな燃料ガスが生成される。また、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１から送出された原料ガスが、水素生成装置１２の内部に導かれ、この原料ガスによって、水素生成装置１２の内部に対してガス置換や昇圧といった適宜の処理（後程詳しく説明）が施される。
なお、水素生成装置１２の内部に対し適宜の処理を施して外部に排出された原料ガスを含むガスは、第２の三方弁２３の弁切り替え操作によりアノード１３ａに導かれること無く、水除去手段１４および開栓状態の第３の二方弁２２を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼され適切に後処理される。
第２の原料ガス供給ルートでは、原料ガス流量計３１の下流側に位置する原料供給配管Ｇ１から分岐した第１の原料分岐配管Ｇ２が第１の三方弁２０に接続される一方、この第１の三方弁２０は、原料戻り配管Ｇ３を介して、第１の原料分岐配管Ｇ２の分岐位置より下流であって、第５の二方弁２１の上流に位置する原料供給配管Ｇ１に接続されている。更に、第１の三方弁２０から延びる第２の原料分岐配管Ｇ４は、既に述べたように、酸化剤ガス供給系統の第３の三方弁２５に接続されている。
このような第２の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の三方弁２０から第２の原料分岐配管Ｇ４に流れた原料ガスが、第３の三方弁２５を通ってカソード１３ｃの内部に導かれ、この原料ガスによって、カソード１３ｃの内部に対してガス置換や昇圧といった適宜の処理（後程詳しく説明）が施される。
なお、カソード１３ｃの内部に対し適宜の処理を施して外部に排出された原料ガスを含むガスは、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して加熱用燃焼器１８に送られ、加熱用燃焼器１８の内部で燃焼され適切に後処理される。
第３の原料ガス供給ルートは、第１の原料分岐配管Ｇ２の分岐位置より下流であって、第５の二方弁２１の上流に位置する原料供給配管Ｇ１の途中と、燃料ガス供給系統における第２の三方弁２３とアノード１３ａの入口との間の配管と、を繋ぐ第３の原料分岐配管Ｇ５に設けられた第１の二方弁２４を備えて構成されている。
このような第３の原料ガス供給ルートによれば、燃料電池システム１００の停止の際には、原料供給配管Ｇ１に接続された第１の二方弁２４から第３の原料分岐配管Ｇ３に流れた原料ガスが、アノード１３ａに導かれ、この原料ガスによって、アノード１３ａの内部に対して昇圧（後程詳しく説明）が実行される。
制御装置１１は、燃料電池システム１００の各要素を制御して、燃料電池システム１００の起動、発電および停止の各動作を適切に制御するマイクロプロセッサ等の演算装置により構成されている。
制御装置１１の制御対象例としては、例えば、水素生成装置の出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された水素開閉手段（第３および第５の二方弁２２、２１および第２の三方弁２３）と、アノード１３ａの出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された燃料開閉手段（第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２および第２の三方弁２３）と、カソード１３ｃの出入口を開閉する、電磁開閉弁や電磁切り替え弁により構成された酸化剤開閉手段（第４の二方弁２７および第１、第３および第４の三方弁２０、２５、２８）と、がある。
また、制御装置１１の入力センサ例としては、既に述べた原料ガス流量計３１および第１の圧力検知手段３０の他、水素生成装置１２の内圧を測定する第２の圧力検知手段３２と、水素生成装置１２の内部のガス温度を測定する第１の温度検知手段３３（例えば、熱電対）と、加熱燃焼部１８の燃焼状態を検知する燃焼検知手段３４（例えば、フレームロッド）と、燃料電池１３を冷却する冷却水配管の冷却水入口近傍に配置され、燃料電池１３の冷却水入口近傍を流れる冷却水の温度を測定することにより、アノード１３ａおよびカソード１３ｃを流れるガスの温度を予測可能な第２の温度検知手段３５（例えば、熱電対）と、燃料電池１３を冷却する冷却水配管の冷却水出口近傍に配置され、燃料電池１３の冷却水出口近傍を流れる冷却水の温度を測定することにより、アノード１３ａおよびカソード１３ｃを流れるガスの温度を予測可能な第３の温度検知手段３６（例えば、熱電対）と、がある。
なお、制御装置１１は、原料ガス流量計３１に対するエラー検知手段（不図示）を内蔵しており、これによって、原料ガス流量計３１の故障（例えば、原料ガス流量計３１の配線のショートや断線によるガス温度やガス差圧のデータエラー）の際のエラー検知信号を取得するように構成されている。
そして、後程詳しく説明する燃料電池システムの動作においては、制御装置は、上記の各種入力センサ３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６により得られた検知データに基づき、上記各種の弁２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７の開閉動作を適切に制御している。
なお、本明細書においては、制御装置とは、単独の制御装置だけではなく、複数の制御装置が協働して燃料電池システム１００の動作を制御する制御装置群をも意味する。よって、制御装置１１は、必ずしも単独の制御装置で構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システム１００の動作を制御するように構成されていても良い。
また、図１に示した弁構成は一例に過ぎず、図１の弁構成は、水素生成装置や燃料電池の構成に依存して適宜改変されるものである。
次に、本実施の形態による燃料電池システム１００における停止動作の一例を、図面を参照しつつ説明する。
最初に、燃料電池システム１００における通常停止モードの停止動作例を述べた後、燃料電池システム１００における特殊停止モードの停止動作例を説明する。
<燃料電池システムの停止動作例（通常停止）>
図２は、本実施の形態における燃料電池システムの通常停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給元圧測定用の第１の圧力検知手段３０から正常な圧力信号を受け取り、かつ原料ガス流量計３１に対するエラー検知手段によって何らエラー検知信号を取得して無い場合には、図２に示したステップＳ２０１〜ステップＳ２０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の通常停止を実行する。
まず、燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ２０１）。
より詳しくは、第２、第３および第５の二方弁２６、２２、２１が閉められ、かつ第２の三方弁２３が、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口間の配管と、を連通するように切り替えられ（水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間は連通遮断）、これにより、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が適切に封止される（以下に述べるアノード１３の出入口ａおよび水素生成装置１２の出入口の封止弁操作も同じ。）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される。
併せて、燃料電池システム１００における所定の条件に基づいて（例えば、燃料電池システム１００の停止時から一定時間の経過毎または水素生成装置１２の内圧低下に応じて）、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスが注入され、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよび水素生成装置１２は再び封止される（ステップＳ２０２）。
より詳しくは、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止された状態において、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられた上で（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第１および第５の二方弁２４、２１が一時的に開けられる。そうすると、第１の二方弁２４が開いた期間中、アノード１３ａの内部が、アノード１３ａの入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、アノード１３ａの内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入される。また、第５の二方弁２１が開いた期間中、水素生成装置１２の内部が、水素生成装置１２の入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、水素生成装置１２の内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入される。これにより、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧化が防止される。
続いて、燃料電池システム１００の温度が所定の基準温度まで低下すれば、原料ガス供給元圧により、カソード１３ｃの内部を原料供給配管Ｇ１の原料ガスによって置換するというカソード１３ｃの置換動作が実行される。そして、カソード１３ｃの原料ガスによる置換動作が終了した時点で、カソード１３ｃの出入口が封止される（ステップＳ２０３）。
より詳しくは、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３との間は連通遮断）、第３の三方弁２５が、第２の原料分岐配管Ｇ４とカソード１３ｃの入口とを連通するように切り替えられ（第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間は連通遮断）、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通するように切り替えられる（カソード１３ｃの出口と大気との間は連通遮断）。そうすると、この状態で第４の二方弁２７が開けられれば、カソード１３ｃの内部が、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、第１の原料分岐配管Ｇ２および第２の原料分岐配管Ｇ４を通ってカソード１３ｃに導かれ、これにより、カソード１３ｃの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。そして、カソード１３ｃへの原料ガス圧送によりカソード１３ｃから排出された原料ガスを含む置換処理ガスは、開栓状態の第４の二方弁２７を通過して、適宜の水除去手段（不図示）により水分除去された上で加熱用燃焼器１８に送られそこで燃焼して後処理される。
なお、加熱用燃焼器１８による置換処理ガスの燃焼期間中は、第１のブロア１６から送られる空気による水素生成装置１２の強制空冷は一旦停止する。
そして、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第３の三方弁２５が、第２の原料分岐配管Ｇ４とカソード１３ｃの入口とを連通するように切り替えられ（第２のブロア１７とカソード１３ｃの入口との間は連通遮断）、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７とを連通するように切り替えられ（カソード１３ｃの出口と大気との間は連通遮断）、第４の二方弁２７が閉められ、これによって、カソード１３ｃの出入口は適切に封止される（以下に述べるカソード１３ｃの出入口の封止弁操作も同じ。）。
続いて、ステップＳ２０２において述べた動作と同様に、燃料電池１３は自然冷却される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される。
併せて、燃料電池システム１００の所定の条件に基づいて（例えば、燃料電池システム１００の停止時から一定時間の経過毎または水素生成装置１２の内圧低下に応じて）、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスが注入され、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止される（ステップＳ２０４）。
より詳しくは、カソード１３ｃが封止された状態において、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４とを連通するように、一時的に切り替えられる（第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３との間は一時的連通遮断）。
そうすると、上記の第１の三方弁２０の一時的な切り替え期間中、カソード１３ｃの内部は、カソード１３ｃの入口を介して原料供給配管Ｇ１と連通し、その内部が大気と連通しない状態になる（第２の状態）。その結果、カソード１３ｃの内部に原料ガス供給元圧に基づき原料供給配管Ｇ１の原料ガスが適量注入され、これにより、カソード１３ｃの内部の負圧化が防止される。なお、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部への原料ガス注入弁操作は、ステップＳ２０２において説明した内容と同じため、ここでは、これらの弁操作の説明は省略する。
その後、燃料電池システム１００の温度（水素生成装置１２の温度）が所定の基準温度まで低下すれば、原料ガス供給元圧により、水素生成装置１２の内部を原料供給配管Ｇ１の原料ガスによって置換するという水素生成装置１２の置換動作が実行される。そして、水素生成装置１２の原料ガスによる置換動作が終了した時点で、水素生成装置１２の出入口が再び封止される（ステップＳ２０５）。
より詳しくは、第１の三方弁２０が、第１の原料分岐配管Ｇ２と原料戻り配管Ｇ３とを連通するように切り替えられ（第１の原料分岐配管Ｇ２と第２の原料分岐配管Ｇ４との間は連通遮断）、第２の三方弁２３が、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口との間の配管と、を連通するように切り替えられる（水素生成装置１２の出口とアノード１３ａの入口との間は連通遮断）。そうすると、この状態で第５および第３の二方弁２１、２２が開けられれば、水素生成装置１２の内部が、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、原料供給配管Ｇ１を通って水素生成装置１２に導かれ、これにより、水素生成装置１２の内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。そして、水素生成装置１２への原料ガス圧送により水素生成装置１２から排出された原料ガスを含む置換処理ガスは、水除去手段１４により水分除去された上で、開栓状態の第３の二方弁２２を通って加熱用燃焼器１８に送られそこで燃焼して後処理される。
なお、加熱用燃焼器１８による置換処理ガスの燃焼期間中は、第１のブロア１６から送られる空気による水素生成装置１２の強制空冷は一旦停止する。
その後、燃料電池システム１００の温度（水素生成装置１２の温度）が充分に下がった時点で、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作が停止して（ステップＳ２０６）、燃料電池システム１００の通常停止動作が終了する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、燃料電池システム１００の停止の際に、従来の窒素ガス置換処理に替えて、燃料電池システム１００の内部が原料ガスにより適正に置換可能なため、窒素設備を省けて、燃料電池システム１００のコスト低減およびサイズコンパクト化が図れる。
更に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に適宜原料ガスが注入され、これにより、これらの内部の負圧化が防止される。このため、内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置１２等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。また、燃料電池システム１００における保障耐圧（大気圧との差圧として例えば、２０ｋＰａが想定されている。）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むと、燃料電池システム１００の機器故障を来たす可能性があるが、こうした事態が事前に防止できる。
〔図２に示した燃料電池システムの停止動作（通常停止）の変形例〕
ここまで、燃料電池システム１００の停止動作において、燃料電池１３のアノード１３ａには、水素リッチな燃料ガスを封止する例を述べたが、勿論、このアノード１３ａを原料ガスにより置換しても良い。なおこの場合、第３の原料分岐配管Ｇ５を経由する原料ガスをアノード１３ａに導く第１の経路および、この第３の原料分岐配管Ｇ５を経由せずに、水素生成装置１２を通した原料ガスをアノード１３ａに導く第２の経路の２通りの経路がある。
第１の経路を採用する場合には、アノード１３ａの出入口を開閉する燃料開閉手段は、上記実施形態と同様、第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２と、第２の三方弁２３と、により構成されている。そして、この燃料開閉手段の動作例として、水素生成装置１２の出口と、第２の二方弁２６と水除去手段１４の入口間の配管と、を連通するように第２の三方弁２３が切り替えられ、この状態で第１、第２および第３の二方弁２４、２６、２２が開けられれば、アノード１３ａの内部は、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、第３の原料分岐配管Ｇ５を通ってアノード１３ａに導かれ、これにより、アノード１３ａの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。
第２の経路を採用する場合には、アノード１３ａの出入口を開閉する燃料開閉手段は、第２および第３の二方弁２６、２２と、第２の三方弁２３と、により構成されている。そして、この燃料開閉手段の動作例として、水素生成装置１２の出口と、アノード１３ａの入口と、を連通するように第２の三方弁２３が切り替えられ、この状態で第２および第３の二方弁２６、２２が開けられれば（但し、水素生成装置１２の入口側の第５の二方弁２１も開栓状態）、アノード１３ａの内部は、その出入口を介して原料ガスを通流可能なように原料供給配管Ｇ１（水素生成装置１２を介して）および大気に連通する状態になる（第１の状態）。その結果、原料ガス供給元１０ａから送出した原料ガスは、原料供給配管Ｇ１および水素生成装置１２を通過して（水素生成装置１２を原料ガスにより置換しつつ）、アノード１３ａに導かれ、これにより、アノード１３ａの内部にあるガスが原料ガスに置き換えられる。
また、ここで述べた第２の経路を使用して、水素生成装置１２と燃料電池１３のアノード１３ａとを一括して原料ガス注入を実行しても良い。なお、水素生成装置１２と燃料電池１３のアノード１３ａとを一括的に原料ガス注入する各弁動作についての説明は、既に述べた内容や図２を参照すれば容易に理解できるので、省略する。
<燃料電池システムの停止動作例（原料ガス流量計故障による特殊停止）>
図３は、本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス流量計故障による特殊停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給量測定用の原料ガス流量計３１におけるエラー検知信号を取得した場合には、図３に示したステップＳ３０１〜ステップＳ３０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障（原料ガスの計量不能）による特殊停止を実行する。
ここで、図３のフローチャートから理解されるとおり、原料ガス流量計３１の故障による燃料電池システム１００の特殊停止の際には、原料ガス流量計３１による原料ガス量の把握が不可能なため、カソード１３ｃの内部および水素生成装置１２の内部を原料ガスによって置換するという原料ガスパージ処理が省かれる。
なお、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部昇圧動作（原料ガス注入）は、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明は省く。同様に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置の出入口の封止動作も、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明も省く。
燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、燃料電池１３のアノード１３ａの出入口および燃料電池１３のカソード１３ｃの出入口並びに水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ３０１）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される（ステップＳ３０２）。
ここで、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（後記）に該当するか否かが判定される（ステップＳ３０３）。この所定の条件に該当した場合には（ステップＳ３０３において「Ｙｅｓ」の場合）、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される。そして、こうした内部昇圧動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止され（ステップＳ３０４）、次の判定ステップＳ３０５に進む。
一方、この所定の条件に該当しない場合には（ステップＳ３０３において「Ｎｏ」の場合）、上記のステップ３０４の記した原料ガス注入動作を実行することなく、次の判定ステップＳ３０５に進む。
ここで、燃料電池システム１００の内部が充分冷却されたか否かが判定され（ステップＳ３０５）、冷却不充分であれば（ステップＳ３０５において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ３０２に戻って、ステップＳ３０２以降の動作が繰り返され、冷却充分であれば（ステップＳ３０５において「Ｙｅｓ」の場合）、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作を止めて（ステップＳ３０６）、燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障による特殊停止動作が終了する。
ここで、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の一例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、適宜のタイマー手段（不図示）により燃料電池システム１００の停止時から時間経過をモニターして一定時間経過毎に、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入するように、ステップＳ３０４の弁操作を実行しても良い。
また、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、図４に示すように、水素生成装置１２の内圧下限値（例えば、０．５ｋＰａ）に水素生成装置１２の測定内圧が到達した時点で、ステップＳ３０４における弁操作から原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
水素生成装置１２の温度は、燃料電池１３の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置１２の測定圧力をモニターして、水素生成装置１２の内部圧力が、少なくとも正圧もしくは大気圧（ここでは、０．５ｋＰａ以上）を維持されれば、その結果として、燃料電池１３の内部圧力も少なくとも正圧もしくは大気圧に維持できていると推定され好適である。
更に、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内部ガス温度測定用の第１の温度検知手段３３から得られた温度に基づき、水素生成装置１２の内部ガス温度低下値を取得して、例えば５０℃の温度低下毎に、ステップＳ３０４における弁操作から、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
更に、ステップＳ３０３に記した「所定の条件」の他の例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、燃料電池１３の内部ガス温度を予測可能な第２の温度検知手段３５から得られた温度に基づき、燃料電池１３の内部ガス温度低下値を取得して、例えば５℃の温度低下毎に、ステップＳ３０４における弁操作から、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、都市ガス供給圧（約２ｋＰａ）相当の圧力レベルにまで水素生成装置１２の内部を昇圧しても良い（同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃの適宜の圧力レベルに昇圧される。）。
水素生成装置１２の内部ガス温度や燃料電池１３の内部ガス温度を測定することによって、例えば、制御装置１１は、これらの測定温度と内部ガス露点温度との比較を行い得ると共に、水素生成装置１２や燃料電池１３におけるガスの体積減少量を予測し得る。このため、水素生成装置１２の内部ガス温度や燃料電池１３の内部ガス温度を上手く活用することにより、制御装置１１は、水素生成装置１２や燃料電池１３の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧（例えば、０．５ｋＰａ以上）に維持するように、燃料電池システム１００を動作させ得る。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、原料ガス流量計３１が故障した場合であっても、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に適宜原料ガスが注入され、これによりこれらの内部の負圧化が防止される。このため、これらの内部の負圧化に起因して外部空気が混入することにより、水素生成装置１２等の内部にある触媒を酸化劣化させることが防止される。
また、燃料電池システム１００における保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むと、燃料電池システム１００のガス封止部の破損を来たす可能性があるが、こうした燃料電池システム１００のガス封止部の破損も防止できる。
更に、個々の家庭の都市ガス供給源が、原料ガス供給元１０ａに流用される場合には、燃料電池システム１００の内部の負圧促進によって、この都市ガスが燃料電池システム１００に吸い込まれ、家庭用ガス機器への悪影響も懸念されるが、こうした家庭用ガス機器への悪影響も未然に回避できる。
特に、原料ガス流量計３１の故障に起因して水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部への原料ガスによる置換が不可能であり、水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部に多量に存在する水蒸気の結露によって水素生成装置１２やカソード１３ｃの負圧化を招き易い。このことからステップＳ３０４に説明した原料ガス注入による負圧防止効果は、原料ガス流量計３１の故障による特殊停止動作の際には顕著に発揮される。
〔図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例１〕
ここまで、原料ガス流量計３１の故障を想定した燃料電池システム１００の特殊停止動作を説明したが、図３に示した燃料電池システム１００の特殊停止動作の実行は、原料ガス流量計３１の故障という状況に限ったものでは無い。
例えば、加熱用燃焼器１８の失火等の加熱用燃焼器１８の故障に起因して、置換処理後の原料ガスを含んだ可燃性ガスの燃焼排気が実行不可能な場合（置換処理後のガスの後処理不能の場合）に、水素生成装置１２の内部やカソード１３ｃの内部を原料ガスで置換する処理を行うと、未燃の可燃性ガス（原料ガス）がそのまま大気中に放出される事態に陥る。
このため、制御装置１１は、燃焼検知手段３４から得られたデータに基づき加熱用燃焼器１８の燃焼状態に異常が有るか否かをモニターしている。そして、加熱用燃焼器１８において失火等の燃焼異常があれば、制御装置１１は、図２に示した燃料電池システム１００の通常停止動作を実行すること無く、図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作に移るように各種の弁操作を制御する。そうすると、仮に加熱用燃焼器１８に失火等の燃焼異常が発生しても、未燃の可燃性ガスが燃焼処理されること無く、大気中に排出されることを未然に回避できる。同時に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化も防止される。
〔図３に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例２〕
またここまで、燃料電池システム１００の停止動作の際に、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行される例を説明したが、こうした原料ガス注入によるアノード１３ａ等の内部昇圧技術は、燃料電池システム１００の停止保管中であっても適用可能である。
例えば、燃料電池システム１００の停止保管中に、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（例えば、水素生成装置１２の内圧低下の下限値に到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化を防止するため、原料ガス供給元圧により、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に原料供給配管Ｇ１の原料ガスを注入して、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を少なくとも正圧もしくは大気圧に保てるよう、そこの昇圧動作が実行されても良い。
<燃料電池システムの停止動作例（原料ガス供給元圧遮断による特殊停止）>
図５は、本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作例を示したフローチャートである。
制御装置１１は、原料ガス供給元圧測定用の第１の圧力検知手段３０から得られた圧力に基づき、図５に示したステップＳ５０１〜ステップＳ５０６に対応する各種弁を制御して燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断（原料ガス供給不能）による特殊停止を実行するか否かを選択する。
即ち、制御装置１１は、第１の圧力検知手段３０から得られた圧力が所定閾値を越えた場合には、図２に示した燃料電池システム１００の通常停止または図３に示した燃料電池システム１００の原料ガス流量計３１の故障による特殊停止を実行すると共に、第１の圧力検知手段３０から得られた圧力が所定閾値以下になった場合には、図５に示した燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断による特殊停止を実行する。
なお、この所定閾値とは、少なくとも原料ガス供給元圧により、水素生成装置１２等の内部の負圧化防止に必要な圧力である。ここでは、所定の下限閾値として、図４に示した水素生成装置１２の内圧下限値（０．５ｋＰａ）を想定している。
ここで、図５のフローチャートから理解されるとおり、原料ガス供給元圧遮断による燃料電池システム１００の特殊停止の際には、原料ガス供給自体が不可能なため、カソード１３ｃの内部および水素生成装置１２の内部を原料ガスによって置換するという原料ガスパージ処理が省かれ、かつアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧化防止のための原料ガス注入処理が省かれる。そして、これらの処理に替えて、燃料電池システム１００において所定の条件に該当すると、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放するという処理が実行されている。
なお、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置の出入口の封止動作は、既に述べた動作と同じため、ここでは、これらの詳細な弁操作の説明も省く。
まず、燃料電池１３の発電動作停止および加熱用燃焼器１８の燃焼動作停止等、燃料電池システム１００が停止過程に移行すると、燃料電池１３のアノード１３ａの出入口および燃料電池１３のカソード１３ｃの出入口並びに水素生成装置１２の出入口が封止される（ステップＳ５０１）。
次に、燃料電池１３は、自然冷却（放置）される一方、加熱用燃焼器１８への燃焼用空気供給用の第１のブロア１６から空気が供給され、この空気との熱交換により水素生成装置１２は強制空冷される（ステップＳ５０２）。
ここで、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（後記）に該当するか否かが判定される（ステップＳ５０３）。この所定の条件に該当する場合には（ステップＳ５０３において「Ｙｅｓ」の場合）、例えばアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部に存在する水蒸気結露によるアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の過大な負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が、一時的に大気に開放される。そして、こうした大気開放動作の後、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２は再び封止され（ステップＳ５０４）、次の判定ステップＳ５０５に進む。
より詳しくは、カソード１３ｃの出入口が封止された状態において、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と大気とを連通するように一時的に切り替えられ（カソード１３ｃの出口と第４の二方弁２７との間は連通遮断）、カソード１３ｃの内部は、原料供給配管Ｇ１と連通せず、かつ、その出口を介して大気に連通する状態になり（第３の状態）、これにより、カソード１３ｃの内部が大気に開放される。
また、アノード１３ａの出入口および水素生成装置１２の出入口が封止された状態において、第２および第３の二方弁２６、２２が一時的に開けられ、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部が原料供給配管Ｇと連通せず、かつ、これらの出口を介して大気に連通する状態になり（第３の状態）、これにより、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部が、加熱用燃焼器１８の排ガス通路（不図示）を介して大気に開放される。
そうすると、第４の三方弁２８が、カソード１３ｃの出口と大気とを連通するように一時的に切り替えられる期間中、負圧状態にあるカソード１３ｃの内部は外部空気を吸い込んで、その結果、カソード１３ｃの内部の負圧状態が適切に解消される。
また、第２および第３の二方弁２６、２２が一時的に開けられる期間中、負圧状態にあるアノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部は、外部空気を吸い込んで、その結果、アノード１３ａおよび水素生成装置１２の内部の負圧状態が適切に解消される。
ここで、ステップＳ５０３に記した「所定の条件」の一例として、それに該当した際の燃料電池システム１００の動作としては、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、一定の負圧レベルに水素生成装置１２の測定内圧が到達した時点で、ステップＳ５０４における弁操作からアノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放しても良い。
ここで、水素生成装置１２の内部の負圧レベルが、燃料電池システム１００の保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えると、燃料電池システム１００の機器故障を来たす可能性がある。このため、水素生成装置１２の負圧レベル（所定の条件における判定数値）は、少なくとも保障耐圧（２０ｋＰａ）よりも低めに設定する必要がある。
こうすると、水素生成装置１２の温度は、燃料電池１３の温度よりも急激に低下することから、水素生成装置１２の測定圧力をモニターして、水素生成装置１２の内部圧力が、この保障耐圧を超えなければ、その結果として燃料電池１３の内部圧力も保障耐圧を超えないと推定されて好適である。
一方、この所定の条件に該当しない場合には（ステップＳ５０３において「Ｎｏ」の場合）、上記のステップ３０４の記した原料ガス注入動作を実行することなく、次の判定ステップ５０５に進む。
ここで、燃料電池システム１００の内部が充分冷却されたか否かが判定され（ステップＳ５０５）、冷却不充分であれば（ステップＳ５０５において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ５０２に戻って、ステップＳ５０２以降の動作が繰り返され、冷却充分であれば（ステップＳ５０５において「Ｙｅｓ」の場合）、第１のブロア１６から送られた空気との熱交換による水素生成装置１２の強制空冷動作が停止して（ステップＳ５０６）、燃料電池システム１００の原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作が終了する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、原料ガス供給元圧遮断の場合であっても、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を大気に開放して、これらの内部の過度の負圧状態が確実に防止される。このため、燃料電池システム１００における保障耐圧（例えば、大気圧との差圧として２０ｋＰａ）を超えて燃料電池システム１００の内部の負圧化が進むことが無く、燃料電池システム１００のガス封止部の破損が防止できる。
更に、個々の家庭の都市ガス供給源が、原料ガス供給元１０ａに流用される場合には、燃料電池システム１００の内部の負圧促進によって、この都市ガスが燃料電池システム１００に吸い込まれ、家庭用ガス機器への悪影響も懸念されるが、こうした家庭用ガス機器への悪影響も未然に回避できる。
なお、以上に述べた燃料電池システムの停止動作を実行すると、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が一旦大気に曝されて、これらの内部の触媒の酸化劣化が懸念されるが、触媒を大気に曝す時間や回数を適正に制限することで、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の触媒の酸化劣化の進行は適正に抑制可能である。
このため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２における大気開放のデメリット（触媒の酸化劣化）は、上記の負圧状態解消のよるメリット（燃料電池システム１００のガス封止部の破損回避）に比較して軽微なものと考えられる。
特に、原料ガス供給元圧遮断に起因して水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部への原料ガスによる置換が不可能であり、水素生成装置１２やカソード１３ｃの内部に多量に存在する水蒸気の結露によって水素生成装置１２やカソード１３ｃの負圧化が進行し易い。このことからステップＳ５０４に説明した原料ガス開放による負圧解消効果は、原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作に際には顕著に発揮される。
〔図５に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例１〕
ここまで、原料ガス供給元圧遮断を想定した燃料電池システム１００の特殊停止動作を説明したが、図５のステップＳ５０４に示した水素生成装置１２の大気開放動作は、原料ガス供給元圧遮断という状況に限ったものでは無い。
図６は、図５の燃料電池システム特殊停止動作の変形例を示したフローチャートである。図５に示したステップＳ５０３およびステップＳ５０４が各々、ステップＳ６０１およびステップＳ６０２に替えられるが、これ以外の前段および後段のステップの処理内容は、図５に示したステップの処理内容と同じであり、これらの処理内容の図示および説明を省略している。
燃料電池システム１００の停止の際には、高温域および低温域が偏在して共存している。このため、燃料電池システム１００の低温域（ここでは、水素生成装置１２に接続された配管内）に存在する水蒸気が凝縮により結露して、この凝縮水が、燃料電池システム１００の高温域（ここでは、水素生成装置１２の内部）に流れ込み、瞬時に蒸発することがある。そうすると、水素生成装置１２の内部では、凝縮水の蒸発から体積膨張を引き起こして過大な正圧状態に陥り、最悪、燃料電池システム１００の保障耐圧を超える可能性もある。
こうした事態に対応するため、図６によると、制御装置１１が、水素生成装置１２の内圧測定用の第２の圧力検知手段３２から得られた圧力に基づき、水素生成装置１２の内圧が所定圧力（例えば、大気圧との差圧に相当する保障耐圧；２０ｋＰａ）以上か否かが判定される（ステップＳ６０１）。
そして、水素生成装置１２の内圧がこの所定圧力に到達した場合（ステップＳ６０１において「Ｙｅｓ」の場合）には、水素生成装置１２の内部を一時的に大気に開放した後、水素生成装置の出入口を封止して（ステップＳ６０２）、後段のステップに進む。
なお、水素生成装置１２の大気開放の弁操作および水素生成装置１２の出入口封止の弁操作は、既に説明したものと同じため、ここでは、これらの説明は省略する。
このような燃料電池システムの停止動作によれば、凝縮水の蒸発によって水素生成装置１２の内部が過大な正圧状態に至っても、燃料電池システム１００の保障耐圧を超えて水素生成装置１２の内圧が上昇することが無く、燃料電池システム１００のガス封止部の破損を防止できる。
〔図５に示した燃料電池システムの特殊停止動作の変形例２〕
またここまで、燃料電池システム１００の停止動作の際に、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部が、一時的に大気に開放される例を説明したが、こうした大気開放によるアノード１３ａ等の内部の負圧解消技術は、燃料電池システム１００の停止保管中であっても適用可能である。
例えば、燃料電池システム１００の停止保管中に、制御装置１１によって、燃料電池システム１００において所定の条件（例えば、水素生成装置１２の内圧が所定の負圧レベルに到達）に該当するか否かが判定され、この所定の条件に該当した場合には、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部の負圧状態を解消するため、アノード１３ａおよびカソード１３ｃ並びに水素生成装置１２の内部を一時的に大気に開放させても良い。
〔燃料電池システム１００の故障通報の一態様例〕
なお、以上に述べた原料ガス流量計３１の故障、原料ガス供給元圧遮断および加熱用燃焼器１８の失火等の燃料電池システム１００の各種の故障を、制御装置１１が検知した段階で、これが故障状態に陥ったことや故障の内容（種別）を、使用者やシステム管理センター等に適切に通報する機能を、燃料電池システム１００に付与することが、上記各種の故障を迅速に察知してこの故障を速やかに修復可能という観点から望ましい。そうすれば、燃料電池システム１００の故障状態を短期間に抑えることができるとともに、修復期間や修復費用が削減でき好適である。
このような故障通報の一例としては、制御装置１１は、上記各種の故障によるエラー検知信号を各機器から受け取った場合、燃料電池システム１００の使用者の操作端末（例えばリモコン）の表示部や燃料電池システム１００の本体機器の表示機能部（例えばＬＥＤ）を介して当該故障を使用者に知らせても良い。
また、このような故障通報の他の例としては、制御装置１１は、無線機器（不図示）を有して構成され、上記故障によるエラー検知信号を各機器から受け取った場合、このエラー検知信号を無線機器から発する無線搬送波に載せて、予め登録された使用者の情報携帯端末（例えば携帯電話）や予め登録されたシステム管理センターの監視端末に、当該無線信号を送信しても良い。勿論、システム管理センターに有線回線（電話回線やＬＡＮケーブル回線）を介して故障を通報しても良い。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明に係る燃料電池システムおよびその運転方法によれば、燃料電池システムの原料ガスによる置換動作の不具合に伴う特殊停止に対して適切な対応が図れて、例えば、家庭用の燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成に示したブロック図である。 本実施の形態における燃料電池システムの通常停止動作例を示したフローチャートである。 本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス流量計故障による特殊停止動作例を示したフローチャートである。 水素生成装置の内部の昇圧動作の一例を説明する図である。 本実施の形態における燃料電池システムの原料ガス供給元圧遮断による特殊停止動作例を示したフローチャートである。 図５の燃料電池システム特殊停止動作の変形例を示したフローチャートである。
符号の説明
１０ａ 原料ガス供給元
１１ 制御装置
１２ 水素生成装置
１３ 燃料電池
１３ａ アノード
１３ｃ カソード
１４ 水除去手段
１５ 冷却水ポンプ
１６ 第１のブロア
１７ 第２のブロア
１８ 加熱用燃焼器
２０ 第１の三方弁
２１ 第５の二方弁
２２ 第３の二方弁
２３ 第２の三方弁
２４ 第１の二方弁
２５ 第３の三方弁
２６ 第２の二方弁
２７ 第４の二方弁
２８ 第４の三方弁
３０ 第１の圧力検知手段
３１ 原料ガス計量計
３２ 第２の圧力検知手段
３３ 第１の温度検知手段
３４ 燃焼検知手段
３５ 第２の温度検知手段
３６ 第３の温度検知手段
１００ 燃料電池システム
Ｇ１ 原料供給配管
Ｇ２ 第１の原料分岐配管
Ｇ３ 原料戻り配管
Ｇ４ 第２の原料分岐配管
Ｇ５ 第３の原料分岐配管

Claims (15)

  1. 燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、前記燃料開閉手段および前記水素開閉手段並びに前記酸化剤開閉手段の開閉動作を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御し、かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つように制御する燃料電池システム。
  2. 前記原料ガスによる置換の動作異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの計量不能または置換処理後のガスの後処理不能の場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記原料ガスによる置換の動作異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの供給不能である場合には、前記制御装置は、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放する請求項１記載の燃料電池システム。
  4. 前記水素生成装置の温度を検知する第１の温度検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記第１の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池の温度を検知する第２の温度検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記第２の温度検知手段により得られた温度に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２燃料電池システム。
  6. 前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記第１の圧力検知手段により得られた圧力に基づいて、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２記載の燃料電池システム。
  7. 前記水素生成装置の圧力を検知する第１の圧力検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記水素生成装置の出入口を封止した後、前記第１の圧力検知手段により検知された圧力が、所定の閾値を超えた際には、前記水素生成装置の内部を大気に開放する請求項６記載の燃料電池システム。
  8. 前記水素生成装置を燃焼ガスとの熱交換により加熱する加熱用燃焼器と、前記加熱用燃焼器に前記燃焼ガスを生成するための空気を供給する空気供給手段と、を備え、
    前記制御装置は、燃料電池システムの停止動作において、前記加熱用燃焼器における燃焼ガス生成を停止させた後、前記空気供給手段を作動して前記水素生成装置を空気との熱交換により冷却させつつ、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２記載の燃料電池システム。
  9. 前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値以上の場合に、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２記載の燃料電池システム。
  10. 前記原料ガス供給路内の原料ガスの供給圧を検知する第２の圧力検知手段を備え、
    前記制御装置は、前記第２の圧力検知手段により得られた圧力が所定の閾値未満の場合に、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放する請求項３記載の燃料電池システム。
  11. 燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項２記載の燃料電池システム。
  12. 燃料電池システムの停止保管中において、前記制御装置は、前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を大気に開放する請求項３記載の燃料電池システム。
  13. 燃料極における水素ガスと酸化剤極における酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、原料ガスから前記水素ガスを生成してこれを前記燃料極に供給する水素生成装置と、前記酸化剤極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、少なくとも前記水素生成装置の内部に前記原料ガスを導く原料ガス供給路と、前記燃料極の出入口を開閉する燃料開閉手段と、前記酸化剤極の出入口を開閉する酸化剤開閉手段と、前記水素生成装置の出入口を開閉する水素開閉手段と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
    前記燃料電池システムの停止動作において、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記出入口を介して原料ガスを通流可能なように前記原料ガス供給路および大気に連通する第１の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスにより前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部を置換すると共に、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が、前記入口を介して前記原料ガス供給路と連通し、かつ、大気と連通しない第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保ち、
    かつ、前記原料ガスによる置換の動作異常があれば、前記異常の内容に応じて、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を前記第１の状態にしないで前記第１の状態と違えた状態にして、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ、燃料電池システムの運転方法。
  14. 前記原料ガスによる置換の動作異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの計量不能または置換処理後のガスの後処理不能の場合には、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記第２の状態にして、前記原料ガス供給路の原料ガスを前記燃料極、前記水素生成装置および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部に注入して、前記少なくとも一つの内部を正圧もしくは大気圧に保つ請求項１３記載の燃料電池システムの運転方法。
  15. 前記原料ガスによる置換の動作異常が、前記原料ガス供給路内の前記原料ガスの供給不能である場合には、前記燃料開閉手段、前記水素開閉手段および前記酸化剤開閉手段の少なくとも一つの開閉を、前記水素生成装置、前記燃料極および前記酸化剤極の少なくとも一つの内部が前記原料ガス供給路と連通せず、かつ、前記出口を介して大気に連通する第３の状態にして、前記少なくとも一つの内部を大気に開放する請求項１３記載の燃料電池システムの運転方法。
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