JPWO2010058602A1 - 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

本発明の水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器（１６）と、改質器（１６）を加熱する燃焼器（１０２ａ）と、燃焼器（１０２ａ）に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器（１１７）と、異常を検知する異常検知器（１１０ａ）と、異常検知器（１１０ａ）により異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも改質器（１６）の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器（１１７）を制御する制御器（１１０）と、を備える。

Description

本発明は、水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、水素生成装置の異常を検知した場合に停止処理を行うものに関する。
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。燃料電池システムでは、外部から燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガスを燃料電池に供給して、この供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行うとともに、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に貯え、この湯水を外部への熱供給に有効利用するシステムである。
このような燃料電池システムにおいて、発電時に用いられる水素ガスは、その供給設備が一般的なインフラとして整備がされていないため、例えば都市ガス、ＬＰＧ等の既存のインフラから得られる原料を改質器にて水蒸気改質反応させて、水素を含有する改質ガスを生成し、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成器及び浄化器で充分に低減して、燃料ガスを生成する水素生成装置を、燃料電池に併設することが一般的である。
ところで、水素生成装置の停止処理において、水素生成装置を封止し、改質触媒を加熱するためのバーナに燃焼空気を供給するバーナブロアからの空気を燃料電池の運転時よりも多く供給することで改質触媒を速やかに強制冷却する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）
特開平２−１３２７７０号公報 特開２００５−１６２５８０号公報
ところで、水素生成装置が異常停止すると、その後メンテンス作業が必要な場合があるが、その場合、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度までより早く降温させることが求められる。しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料電池システムの停止処理中における冷却動作は、上記要求に対して何ら考慮されてない。
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、停止処理を実行する場合の状況に応じて水素生成装置の冷却動作が実行される水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、異常を検知する異常検知器と、前記異常検知器により異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御する制御器と、を備える。
これにより、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常停止処理時の方が前記通常停止処理時よりも、前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記通常停止処理時の方が前記異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常停止処理時は、前記水素生成装置の定格運転時の前記燃焼空気供給器の操作量よりも大きい操作量に強制的に増加させてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、前記制御器は、前記異常停止処理時は前記通常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器に前記ガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、前記制御器は、前記異常停止処理時の方が、前記通常停止処理時よりも前記補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるための流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常停止処理時における前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態であって、前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記流量制御器を動作させるように構成されていてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常検知器が機器故障、ガス漏れ異常を検知すると、前記通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常検知器によりメンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりもメンテナンスが必要な第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、水素生成装置の起動性の低下を抑制することが可能になる。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器にガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるための流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時における前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態であって、前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記流量制御器を動作させるように構成されていてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第１の異常は、起動停止処理時及び停止処理時の少なくとも一方における失火異常であってもよい。
さらに、本発明に係る水素生成装置では、前記第２の異常は、機器故障及びガス漏れ異常の少なくともいずれか一方の異常であってもよい。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
これにより、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係する異常が検知され実行される異常停止処理においては、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう前記第１流量制御器を制御してもよい。
これにより、異常停止処理において改質器及び燃料電池を共に通常停止処理時よりも冷却量が増加させる場合に比して、よりエネルギー消費量を低減して、水素生成装置のメンテナンス作業に移行することが可能になる。
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記異常検知器が、メンテナンスが必要な前記水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時または通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、水素生成装置の起動性の低下を抑制することが可能になり、ひいては、燃料電池システムの起動性の低下を抑制することが可能になる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係せず、前記燃料電池に関係する異常が検知された場合は、前記通常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記通常停止処理時の同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常停止処理において改質器及び燃料電池を共に通常停止処理時よりも冷却量が増加させる場合に比して、よりエネルギー消費量を低減して、燃料電池または水素生成装置以外の燃料電池に関係する機器のメンテナンス作業に移行することが可能になる。
さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記異常検知器が、メンテナンスが必要であり、かつ前記水素生成装置には関係せず、前記燃料電池に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時または通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、燃料電池システムの起動性の低下を抑制することが可能になる。
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。
本発明に係る水素生成装置によれば、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量を増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業への移行を迅速化させることが可能になる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態２の水素生成装置における通常停止処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明における異常の区分を示す表である。 図５は、図２に示す水素生成装置における制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図６は、図５に示す異常停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置における制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図１０は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１１は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第２異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図１３は、図１２に示す燃料電池システム１００の他の構成を示す模式図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。 図１５は、本発明の実施の形態８の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。 図１６は、図１２に示す燃料電池システムにおける制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図１７は、図１６に示す異常検知による停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１８は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムにおける貯湯制御の概要を示すフローチャートである。 図１９は、本実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止処理を示すフローチャートである。 図２０は、本発明における燃料電池システムの運転停止を伴う異常の例を示す表である。 図２１は、本実施の形態１０に係る燃料電池システムの異常停止処理を示すフローチャートである。 図２２は、図１２に示す燃料電池システムにおける制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図２３は、図２２に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
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。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
［水素生成装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置１０２は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１６と、改質器１６を加熱する燃焼器１０２ａと、燃焼器１０２ａに燃焼空気を供給する燃焼空気供給器１１７と、異常を検知する異常検知器１１０ａと、異常検知器１１０ａにより異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも改質器１６の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器１１７を制御する制御器１１０と、を備える。
これにより、水素生成装置１０２に異常が発生した場合に、通常の停止処理よりも改質器１６、ひいては水素生成装置１０２の冷却量が増加するため、水素生成装置１０２の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
ここで、上記「通常停止処理」とは、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。通常停止処理として、例えば、水素生成装置１０２で生成した水素を利用する水素利用機器において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理が挙げられる。また、水素利用機器が、水素タンクであり、水素生成装置１０２の運転中に水素タンクの容量が満ちた状態になった場合に実行される停止処理が挙げられる。他には、水素利用機器が燃料電池である場合に、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。また、燃焼空気供給器１１７は、燃焼空気供給経路５６を介して、燃焼器１０２ａに燃料用空気を供給する。
検知器１４０ａは、水素生成装置の状態に関する物理量を検知するセンサであり、例えば、改質器１６の温度検知器、燃焼器１０２ａの着火検知器、燃焼空気供給器１１７から供給される空気流量計、燃焼空気供給器１１７の回転数検知器、原料ガス供給器１１２から供給される原料ガス流量計、水素生成装置１０２の筐体内の可燃ガスセンサ等が例示される。
また、異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、検知器１４０ａの検出値に基づき各種異常を判定する。なお、水素生成装置の異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが異常検知器として機能する。
原料ガス供給器１１２は、水素生成装置１０２に供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースターポンプと流量調整弁との組合せや、流量調整弁単体で構成されている。
水供給器１０５は、蒸発器１５に供給される改質用水の流量を調整する機器であり、例えば、ポンプ等で構成される。
本実施の形態の水素生成装置においては、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御して、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも、改質器１６の冷却量が多くなるよう制御するよう構成されている。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る水素生成装置は、制御器が、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも、改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御する態様の一例を示すものである。
［水素生成装置の構成］
図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図２においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置１０２は、燃焼空気供給器１１７、原料ガス供給器（原料供給器）１１２、水供給器１０５、酸化用空気供給器１１６、制御器１１０、異常判定器１１０ａ、リモコン１２０、ハウジングからなるパッケージ１１１、及び各検知器１４０〜１４５を備えており、使用者がリモコン１２０を操作することにより、水素生成装置１０２の運転開始及び運転停止を行うことができるように構成されている。パッケージ１１１内部には、水素生成装置１０２等の各機器が収納されている。なお、上記異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき各種異常を判定する。
また、水素生成装置１０２は、ここでは、円筒状に形成されており、中心軸を共有する容器１、外筒２、及び内筒３を有している。容器１は、上部に大径部が形成され、その下部に大径部より径の小さな小径部が形成された段付き円筒で構成されている。容器１の下端は、底板５により閉止されており、その上端は、環状の板部材６を介して外筒２と接続されている。なお、容器１の外側には、断熱部材４が容器１を覆うように設けられている。
外筒２及び内筒３の上端は、蓋部材７により閉止されている。一方、外筒２の下端は開放されていて、内筒３の下端は、内筒用底板８により閉止されている。内筒３の内部には、円筒状の輻射筒９が設けられている。
輻射筒９の上端は、蓋部材７により閉止されており、その下端は、開放されている。輻射筒９と内筒３との間に形成された筒状の空間は、燃焼排ガス流路１０を構成する。燃焼排ガス流路１０の下流端近傍（内筒３の上部）には、燃焼排ガス出口１１が設けられている。該燃焼排ガス出口１１には、燃焼排ガス経路５９の上流端が接続されており、その下流端は、パッケージ１１１の外部に開口されている。
輻射筒９の内部には、蓋部材７を貫通して下方に伸びるようにバーナ（燃焼器）１０２ａが配設されている。また、輻射筒９の内部には、着火検知器１４１及びＣＯセンサ１４２が設けられている。着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されていて、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、ここでは、着火検知器１４１として、フレームロッドを使用し、ＣＯセンサ１４２として、ＣＯ濃度センサを使用している。
バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されていて、その上流端は、燃焼空気供給器１１７に接続されている。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
また、原料ガス供給器１１２より原料ガス供給口１２に導入された原料ガスが水素生成装置１０２内部を通過して、水素利用機器１０１をバイパスするバイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料として供給される。これにより、バーナ１０２ａでは、原料ガス供給器１１２から供給された燃焼燃料を、燃焼空気供給器１１７から供給された燃焼空気で燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。
外筒２の上部には、原料ガス供給口１２が設けられていて、該原料ガス供給口１２には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁７１、原料ガス供給器１１２、及び第２開閉弁７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。また、原料ガス供給器１１２は、水素生成装置１０２に供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースターポンプと流量調整弁との組合せや、流量調整弁単体で構成されている。
また、外筒２の上部には、水供給口１３が設けられており、該水供給口１３には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されている。改質用水供給経路５７の上流端には、水供給器１０５が接続されている。水供給器１０５は、改質用水供給経路５７に改質用水を供給し、かつ、改質用水供給経路５７を通流する改質用水の流量を調整する。
外筒２と内筒３との筒状空間の下部は、改質触媒収容空間が構成されていて、該改質触媒収容空間には、改質触媒が充填された改質触媒層１４が形成されている。また、改質触媒収容空間の上方には、原料ガス及び改質用水を予熱する蒸発部１５が構成されている。そして、改質触媒収容空間、改質触媒層１４から改質器１６が構成される。これにより、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から供給された原料ガス（メタン）と、水供給器１０５から供給された改質用水と、を蒸発部１５で予熱し、予熱した原料ガスと改質用水を改質触媒層１４で水蒸気改質反応させることにより、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
また、底板５と内筒用底板８との間には、空間が形成されていて、該空間が緩衝空間部１７を構成する。緩衝空間部１７の底板５の中央部分には、温度検知器１４３が配設されている。
温度検知器１４３は、改質器１６を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を改質器１６の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４３を改質器１６の下流端よりも下方に設け、改質器１６を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、改質器１６の改質触媒層１４の内部に設け、改質器１６の改質触媒層１４を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
また、容器１と外筒２との間には、筒状の空間１８が緩衝空間部１７と連通するように形成されており、該空間１８と緩衝空間部１７が、水素含有ガス流路１９を構成する。これにより、改質器１６を通流した水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から緩衝空間部１７へ流出し、底板５の底壁に当たって反転して、水素含有ガス流路１９を流通する。
水素含有ガス流路１９の上方にある、容器１の大径部と外筒２との筒状空間には軸方向に所定の間隔をおいて、一対の仕切り板２０、２１が配設されていて、該一対の仕切り板２０、２１によって、上記筒状空間が、変成触媒収容空間２２、空気混合部２５、及び酸化触媒収容空間２６に分割されている。
変成触媒収容空間２２には、変成触媒が充填された変成触媒層２３が形成されていて、変成触媒収容空間２２と変成触媒層２３から変成器２４が構成されている。また、仕切り板２０には、変成器２４と空気混合部２５とを連通するように複数の貫通孔２９が設けられており、該貫通孔２９が、変成器２４の出口２９を構成する。これにより、水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入する。そして、水素含有ガスが、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、二酸化炭素と水素が生成され、一酸化炭素を低減させる。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。
空気混合部２５を形成する容器１には、一酸化炭素酸化反応用の空気を供給する空気供給口３０が設けられている。空気供給口３０には、酸化用空気供給路５８の下流端が接続されていて、その上流端は、酸化用空気供給器１１６が接続されている。これにより、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。
また、空気混合部２５における変成器２４の出口２９の上方には、温度検知器１４４が設けられている。温度検知器１４４は、変成器２４を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を変成器２４の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４４を変成器２４の出口２９よりも上方に設け、変成器２４を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、変成器２４の変成触媒層２３の内部に設け、変成器２４の変成触媒層２３を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
酸化触媒収容空間２６には、酸化触媒が充填された酸化触媒層２７が形成されていて、酸化触媒収容空間２６と酸化触媒層２７から浄化器２８が構成されている。また、仕切り板２１には、空気混合部２５と浄化器２８とを連通するように複数の貫通孔３１が設けられており、該貫通孔３１が、浄化器２８の入口３１を構成する。さらに、空気混合部２５における浄化器２８の入口３１の下方には、温度検知器１４５が設けられている。温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を浄化器２８の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４５を浄化器２８の入口３１よりも下方に設け、浄化器２８を通流する前の燃料ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、浄化器２８の酸化触媒層２７の内部に設け、浄化器２８の酸化触媒層２７を通流する燃料ガスの温度を検知するように構成してもよい。
また、酸化触媒収容空間２６を構成する容器１の上部には、燃料ガス出口３２が設けられている。燃料ガス出口３２には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その下流端には、水素利用機器（例えば、燃料電池）１０１が接続されている。燃料ガス供給経路４２の途中には、燃料ガス弁７９が設けられており、その上流側には、バイパス経路４４の上流端が接続されている。バイパス経路４４の下流端は、バーナ１０２ａに接続されている。また、バイパス経路４４の途中には、バイパス弁８０が設けられている。
これにより、仕切り板２１の貫通孔３１（浄化器２８の入口３１）から、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスが、浄化器２８に流入し、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２を通流して、水素利用機器１０１に供給される。
なお、本実施の形態２の水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、上記変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内をくまなく外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
また、パッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、パッケージ１１１内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
さらに、パッケージ１１１内には、制御器１１０が設けられている。制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、水素生成装置１０２に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理し、特に、記憶部から読み出した異常判定プログラムと各検知器１４０〜１４５から入力されたデータ（物理量）とに基づき、水素生成装置１０２の停止を伴う異常が発生しているかを判定する異常判定器１１０ａとしても機能し、異常判定器１１０ａで異常と判定された場合、後述する水素生成装置１０２の異常停止処理が実行される。
ここで、本明細書において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置１０２の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して水素生成装置１０２を制御するように構成されていてもよい。
なお、本実施の形態においては、制御器１１０が、各検知器１４０〜１４５から入力された検出値が異常であるか否かを判定する構成としたが、これに限定されず、各検知器１４０〜１４５がマイコン等の演算器を備えることにより、それぞれが検知する物理量が異常であるか否かを判定する構成としてもよい。
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の起動処理（起動動作）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が水素生成装置１０２を制御することにより遂行される。
まず、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、その弁を開放し、ついで、原料ガス供給器１１２を動作させることで、水素生成装置１０２及びバイパス経路４４を経由して原料ガスがバーナ１０２ａに導入される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。このとき、着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力する。また、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知した一酸化炭素の濃度を制御器１１０に出力する。
そして、バーナ１０２ａで輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。このとき、燃燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
そして、温度検知器１４３で検知される温度に基づき、制御器１１０が、蒸発部１５の温度が水蒸発可能な温度（例えば、１２０℃）になったと判定すると、第２開閉弁７２を開放するとともに、水供給器１０５の動作を開始させ、水素生成装置１０２の改質器１６の蒸発部１５に、原料ガス供給器１１２から原料ガスが、原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、水供給器１０５から改質用水供給経路５７を介して改質用水が供給される。そして、供給された水が予熱部で加熱されて水蒸気になり、加熱された原料ガスとともに、改質触媒層１４を通流する間に、水蒸気と原料ガスが水蒸気改質反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。
次に、改質器１６で生成された水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から流出して、水素含有ガス流路１９を流通する。水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入し、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、一酸化炭素が低減される。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。このとき、温度検知器１４４は、変成器２４の出口２９から流出した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
次に、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。そして、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスは、浄化器２８の入口３１から浄化器２８に流入する。このとき、温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
次に、浄化器２８に流入した水素含有ガスと空気の混合ガスは、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２に供給される。
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されたと判定して、制御器１１０は、水素生成装置１０２の起動処理を終了する。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の運転処理（運転動作）について説明する。
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度になると、燃料ガス弁７９を開放して、燃料ガスを水素生成装置１０２から水素利用機器１０１に供給させる。なお、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されていない間は、燃料ガス弁７９は閉鎖されて、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスは、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給される。なお、上記のように水素生成装置１０２で生成されたガスが、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給されている間は、制御器１１０の制御により、バイパス弁８０が開放されている。また、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されて燃料ガスが水素利用機器１０１に供給される場合、制御器１１０の制御により燃料ガス弁７９が開放されるとともにバイパス弁８０も開放され、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに導入された燃料ガスの燃焼により水素生成装置１０２の温度が一酸化炭素濃度の低い高品質な水素含有ガスの生成のために適切な温度に維持される。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここで言う通常の停止処理とは、水素生成装置１０２の運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。例えば、水素利用機器１０１において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理であり、具体的には、水素利用機器が、水素タンクであり、水素供給運転中に水素タンクの容量が満ちた状態になった場合に実行される停止処理が挙げられる。他には、水素利用機器が燃料電池であり、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、水素生成装置１０２がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、水素生成装置１０２の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。
以下、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について図３に基づき説明する。図３は、本発明の実施の形態２の水素生成装置１０２における通常停止処理の一例を示すフローチャートである。
まず、制御器１１０により停止指令が出力されると、原料ガス供給器１１２としてのブースターポンプの動作を停止するとともに、水供給器１０５は、その動作を停止する。また、酸化用空気供給器１１６は、その動作を停止する。これにより、水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給が停止し、空気混合部２５への酸化用空気の供給が停止する。そして、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止するとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止し（ステップＳ１０１）、水素生成装置１０２内部を外気と遮断する（水素生成装置の封止動作）。
これにより、ステップＳ１０１によりバイパス弁８０が閉止されるまでの間は、バーナ１０２ａの燃焼が継続するが、ステップＳ１０１でバイパス弁８０が閉止され、バーナ１０２ａへの燃料ガスの供給が停止すると、バーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
次に、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、燃焼空気供給器１１７を動作させ、バーナ１０２ａに供給された燃焼空気により改質器１６等の熱を奪い、改質器１６を含む水素生成装置１０２が冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
そして、上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度ｔ１を検知し（ステップＳ１０２）、検知された温度ｔ１が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ１０４）、水素生成装置１０２の冷却動作を完了する。なお、上記待機可能温度は、水素生成装置１０２が待機状態に移行可能な温度であり、例えば、水素生成装置１０２に原料ガスのみを供給しても炭素析出することのない上限温度として定義される。
そして、水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作が完了すると、水素生成装置１０２は、待機状態に移行する（ステップＳ１０５）。なお、この待機状態とは、次の水素生成装置１０２の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して運転開始要求を行うことや、水素利用機器１０１において水素利用が必要になること等が挙げられる。このため、水素生成装置１０２が待機状態にある場合に、以下で説明されるＦＰパージ処理を実行する前に起動要求が発生すると、上記ＦＰパージ処理を実行しないまま、制御器１１０から起動指令が出力され、上記水素生成装置１０２の次の起動処理が行われる。
上記待機状態において、水素生成装置１０２は自然放冷されるが、その際に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度を検知し（ステップＳ１０６）、検知温度が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及びバイパス弁８０は、それぞれの弁を開放し、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され（ステップＳ１０８）、水素生成装置１０２内に設けられた反応器（改質器１６等）に存在する水蒸気等のガスが、原料ガスによりパージされて、水素生成装置１０２内より掃気される（水素生成装置１０２に対するパージ処理（以下、ＦＰ（Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理開始））。掃気されたガスは、バイパス経路４４を介して、バーナ１０２ａに送出され、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ１０９）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記パージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記パージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。なお、本実施の形態２においては、置換ガスとして原料ガスを用い、原料ガス供給器１１２が、改質器１６に置換ガスを供給する置換ガス供給器を構成するが、これに限定されず、例えば、置換ガスとして、窒素ガス等の不活性ガスを用いても構わない。また、そのような場合、窒素ガス等の不活性ガスを貯蔵し、該不活性ガスを改質器１６に供給するガスボンベを置換ガス供給器として、別途設けるようにしてもよい。
そして、制御器１１０は、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ１を計測し（ステップＳ１１０）、この経過時間Ｔ１がＦＰパージ時間Ｊ１以上になると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、原料ガス供給器１１２を停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及びバイパス弁８０を閉止して（ＦＰパージ処理終了）（ステップＳ１１２）、通常の停止処理を終了する。なお、上記パージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
このように、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも水素生成装置１０２の機能を保護する程度の停止処理（例えば、水素生成装置１０２を外気と遮断する封止動作）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
なお、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作が実行するよう構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、上記冷却動作を実行しない形態を採用しても構わない。具体的には、水素生成装置１０２に、原料ガス供給経路４１より分岐し、バーナ１０２ａに直接、原料ガスを燃焼燃料として供給する燃焼燃料供給路が設けられ、水素生成装置１０２の起動処理の昇温工程において、この燃焼燃料供給路を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料を用いて燃焼するよう構成（アシスト燃焼系）されていてもよい。このように構成された水素生成装置１０２の起動処理においては、水素生成装置１０２の昇温工程において、水素生成装置１０２内に原料ガスのみを通流させる必要がないため、上記冷却動作を実行する必要がない。また、上記アシスト燃焼系を採用した形態でなくても、再起動時に水素生成装置１０２に原料ガス及び水を同時に供給する形態を採用すれば、炭素析出する可能性が低減されるので上記冷却動作を実行する必要がない。
また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理においては、ＦＰパージ処理を実行しているが、これを実行しない形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の各検知器１４０〜１４５により、異常が検知されたときの停止処理（以下、異常検知／停止処理という）について説明する。
まず、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２における各検知器により検知される異常（特に、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常）について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明における異常の区分を示す表である。
本発明において、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常は、第１の異常と第２の異常とを含んで規定されている。つまり、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１４０〜１４５が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、水素生成装置１０２が待機状態に移行される異常をいう。この第１の異常としては、例えば、各異常に対応した所定の回復処理を実行することで、当該異常の回復が見込まれる異常が含まれる。
また、第２の異常とは、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、水素生成装置１０２が待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１４０〜１４５によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、水素生成装置１０２が起動処理を開始しない異常をいう。ここで、メンテナンスとは、水素生成装置１０２が設置されている場所にまで、メンテナンス作業員が来て、水素生成装置１０２の異常回復作業や修理等の作業を行うことをいう。
そして、図４に示すように、本実施の形態においては、第１の異常として、バーナ失火異常を規定している。なお、この異常は例示であり、この異常以外の異常を第１の異常と規定してもよい。
バーナ失火異常とは、水素生成装置１０２内で水素生成反応が開始されて以降の水素生成動作中において、着火検知器１４１が、バーナ１０２ａの着火を検知しないことをいう。
従って、本異常は、水素生成装置１０２の起動処理において、バーナ１０２ａの燃焼開始時における着火異常は含まない。バーナ１０２ａが安定に燃焼し、水素生成装置１０２が昇温して、水蒸気改質反応への移行を開始した後の起動処理及び水素利用機器１０１への燃料ガス供給動作中に発生する失火異常を指す。
本異常の具体例としては、次のような場合が想定される。例えば、水素生成装置１０２の起動処理において、改質器１６が改質反応可能な温度（例えば、５００℃）であるとともに、蒸発部１５の温度が水蒸発可能な温度（例えば、１００℃）になった場合に、原料ガス供給器１１２より供給されている原料ガスに加えて、水供給器１０５より水の供給を開始した場合に、蒸発部１５における水蒸発に伴う体積膨張に伴い、バーナ１０２ａに供給されるガスの流量が変動し、燃焼不安定になる。この場合において、着火検知器１４１によりバーナ１０２ａでの失火が検知され、着火検知器１４１からの検知信号に基づいて、異常判定器１１０ａは、バーナ１０２ａの失火異常であると判定する。ここで、本異常を第１の異常として扱う理由は、原料ガス供給器１１２、燃焼空気供給器１１７等のバーナ１０２ａの燃焼に関係する機器の故障のようにメンテで機器交換等を必要とする致命的な異常ではなく、バーナ１０２ａに供給されるガス（燃焼燃料又は空気）の過渡的な流量変動に伴い偶発的に発生した異常である可能性もあるからである。
なお、上記第１の異常であっても、例えば、再起動後に同一の異常が、複数回（例えば、３回）／週、又は連続して２回検知されたような場合には、第２の異常に該当する異常として、当該異常に対応する停止処理を実行する。
また、図４に示すように、本実施の形態においては、第２の異常として、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第２の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第２の異常と規定してもよい。
温度検知器の故障が想定される異常とは、例えば、各温度検知器１４３〜１４５がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常として扱い、当該異常に対応する停止処理を実行する。
ＣＯセンサの故障が想定される異常とは、ＣＯセンサ１４２が、接触燃焼式のセンサである場合、本センサの検出値が電気抵抗の断線を示す値となる異常が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常と規定する。
燃焼空気供給器の故障が想定される異常とは、例えば、燃焼空気供給器１１７の回転数が、制御器１１０からの操作量に対して、許容範囲外（例えば、目標回転数に対応する設定操作量に対して操作量を増加させても所定時間以上、目標回転数に至らない場合）となる異常が挙げられる。このような異常は、モータ劣化により操作量の指令値に対して所望の回転数が得られない場合に起こる可能性があることから、燃焼空気供給器の故障が想定される異常として、本実施の形態においては、当該異常を第２異常と規定する。
可燃性ガス漏れ異常とは、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、パッケージ１１１内に可燃性ガス（原料ガスや燃料ガス等）が漏れて、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常と規定する。
なお、上記で例示したような異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、本発明の異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが本発明の異常検知器として機能する。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図５を参照しながら説明する。
図５は、図２に示す水素生成装置１０２における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
まず、水素生成装置１０２の運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された異常に対応する停止処理（以下、異常停止処理という）が実行される。そして、この停止処理を完了すると、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４に進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０４では、上記異常停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ２０５では、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行し、本プログラムを終了する。なお、上記異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）が実行される。
ここで、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常の一例である温度検知器の故障の場合における異常停止処理について説明する。図６は、図５に示す異常停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。なお、温度検知器の故障は、第２の異常に属するが、以下の異常停止処理は、第２の異常が検知された場合に限らず、水素生成装置１０２の運転停止が必要な異常が検知された場合は、水素生成装置１０２の冷却動作について同様に実行されるよう構成されている。つまり、第１の異常が検知された場合においても、水素生成装置１０２の冷却動作について同様の処理が実行される。
図６に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行する（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）ことで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ４００）。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御により、バーナ１０２ａの燃焼停止後に、バーナ１０２ａへ燃焼空気の供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ４０１）。そして、上記冷却動作は、通常の停止処理の場合と異なり、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する（ステップＳ４０２〜Ｓ４０４）。このため、通常停止処理に比して、異常停止処理の方が、改質器１６をより早く冷却することができる。
そして、水素生成装置１０２の上記冷却動作の継続中において温度検知器１４３の検知温度がパージ温度以下になる（ステップＳ４０５〜ステップＳ４０６）と、通常の停止処理の場合と同様にＦＰパージ処理を実行する（図３のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）（ステップＳ４０７〜ステップＳ４１０）。ＦＰパージ処理が完了すると、燃焼空気供給器１１７を停止させ（ステップＳ４１１）、異常停止処理を完了する。ついで、制御器１１０は、水素生成装置１０２を起動不許可状態に移行する（ステップＳ４１２）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が水素生成装置１０２の起動を開始するように、リモコン１２０を操作しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した水素生成装置１０２の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。すなわち、本実施の形態２においては、各検知器１４１〜１４５により第２の異常が検知された場合においては、制御器１１０は、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作することにより、起動指令が制御器１１０の通信部に送信されても、水素生成装置１０２の起動処理を許可しないように構成されている。
なお、上記異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、水素生成装置１０２の定格運転時における供給量よりも多くなるよう制御することが好ましい。具体的には、異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、水素生成装置１０２の定格運転時の操作量よりも大きくなるよう制御する。これにより、水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。ここで、水素生成装置１０２の定格運転とは、水素生成装置１０２の水素供給運転時において、安定して供給可能な最大水素量を供給している運転として定義される。
ここで、上記異常停止処理と通常の停止処理とを比較すると、異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７によるバーナ１０２ａを含む水素生成装置１０２の冷却動作を継続し、水素生成装置１０２をより速やかに冷却するよう制御する点が異なる。
すなわち、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、異常停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるように制御することで、水素生成装置１０２内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にするものである。また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、異常停止処理の方が、通常停止処理に比して、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間が短いため、異常停止処理の方が、通常停止処理に比して、ＦＰパージ処理が早く実行される。
一方、通常の停止処理は、異常停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が少なくなるよう制御されるため、待機状態に移行してからの経過時間によっては、起動処理開始時において水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギー及び時間が削減され、水素生成装置１０２の起動性が向上する可能性がある。
なお、上述の本実施の形態の水素生成装置１０２においては、異常停止処理時においてＦＰパージ処理が完了するまで水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作が実行されたが、本例に限定されるものではなく、異常停止処理時の方が、通常の停止処理時よりも水素生成装置１０２の冷却量が増加するのであればいかなる形態であっても構わない。
また、本実施の形態２においては、異常停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作時間を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量が多くなるように燃焼空気供給器１１７を制御してもよい。具体的には、異常停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量が、通常停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における上記操作量よりも大きくなるよう制御器１１０が燃焼空気供給器１１７を制御することで実現される。
また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２においては、異常停止処理は、第１の異常が検知された場合や第２の異常が検知された場合に限らず、水素生成装置の運転を停止することが必要な異常が検知された場合には、通常の停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が多くなる停止処理が実行される形態を採用した。しかしながら、停止処理完了後にメンテナンス作業を必要としない第１の異常が検知された際の異常停止処理については、通常の停止処理と同様の水素生成装置１０２の冷却動作を実行する形態を採用しても構わない。これにより、第１の異常が検知された場合の異常停止処理においては、メンテナンス作業への移行性を向上させるための水素生成装置１０２の冷却動作が実行されない。従って、次回起動時において、水素生成装置１０２を構成する機器（例えば、改質器１６）を昇温するのに必要なエネルギー及び時間が削減され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る水素生成装置は、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、を備え、異常停止処理時に、燃焼器の燃焼動作が停止している状態において燃焼空気供給器より供給される空気により改質器を冷却する冷却工程において、制御器が、ポンプを動作させるように構成されている態様の一例を示すものである。
図７は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
図７に示すように、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置１０２は、実施の形態２に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、燃焼排ガス経路５９の途中に熱交換器１２１及び熱交換器１２１で熱回収した熱媒体を貯える蓄熱器１２３を備える点が異なる。より具体的には、熱交換器１２１の一次流路１２１ａと燃焼排ガス経路５９を接続し、また、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂに熱媒体を通流するように、熱媒体経路６０を接続する。熱媒体経路６０の途中に、熱媒体経路６０内の水を通流させるためのポンプ１２２を配設する。そして、バーナ１０２ａから排出された燃焼排ガスが、熱交換器１２１の一次流路１２１ａを通流する間に、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂを通流する水と熱交換して、冷却されるように構成する。
次に、本実施の形態の水素生成装置１０２は、運転停止時において、次のように動作する。まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２において、バーナ１０２ａの燃焼を停止する。なお、燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後にバーナ１０２ａより供給される空気によりバーナ１０２ａ内に残留する可燃性ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼空気供給器１１７により供給される空気による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中、ポンプ１２２を動作させて、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介した熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。これにより、水素生成装置１０２より熱回収し、燃焼排ガス経路５９を介して水素生成装置１０２外部（パッケージ１１１外部）に排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができる。なお、上記熱回収動作において熱回収した熱媒体を蓄熱器１２３に戻す形態を採用してもいいし、熱媒体経路６０より分岐した経路に設けた放熱器（図示せず）を通過させる形態を採用しても構わない。なお、この場合、上記放熱器は、フィン等を用いた自然放冷でなく、ファンによる空冷、循環水による水冷等に例示される能動的に冷却動作を実行する放熱器が採用される。
また、本実施の形態３の水素生成装置１０２においても、実施の形態２と同様に、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。
また、上記のバーナ１０２ａの燃焼停止時における燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作期間とは、例えば、通常の停止処理においてバーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで動作させる冷却動作期間、または異常停止処理おいてバーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度がパージ温度以下になるまで動作させる冷却動作期間が例示されるが、水素生成装置１０２の運転停止時に、バーナ１０２ａの燃焼が停止した後に燃焼空気供給器１１７による供給される空気により冷却する冷却動作期間であれば、上記例に限定されるものではない。
また、水素生成装置１０２は、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも冷却量が多くなるよう制御されるが、その際に、水素生成装置１０２の冷却動作期間中におけるバーナ１０２ａに供給される燃焼空気量（燃焼空気供給器１１７の操作量）を通常停止処理時よりも多くなるよう制御した場合、燃焼排ガス流路１０を通流する空気により回収される熱量が多くなり、燃焼排ガス経路５９より水素生成装置１０２の外部に排気される排空気の温度が上昇する。このため、制御器１１０は、通常停止処理を行うよりも異常停止処理を行うときの方が、熱交換器１１２の二次流路１１２ｂを通流する熱媒体の流量を多くするようにポンプ１２２を制御することが好ましい。すなわち、制御器１１０は、通常停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量よりも異常停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量の方が多くなるように、冷却器１２１を制御することが好ましい。
このように構成された本実施の形態３に係る水素生成装置１０２であっても、実施の形態２に係る水素生成装置１０２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中において燃焼排ガス経路５９より排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができ、より安全に水素生成装置１０２の停止を行うことができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る水素生成装置は、改質器にガスを供給するガス供給器を備え、水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された改質器内の圧力低下に伴いガス供給器より改質器に前記ガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、制御器が、異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するようガス供給器を制御する態様の一例を示すものである。
まず、本実施の形態の水素生成装置１０２は、停止処理時において、水素生成装置１０２の可燃ガス経路の入口及び出口を閉止して、改質器１６を含むガス経路を閉空間とするための封止動作が実行されるが、その後、水素生成装置１０２の温度低下に伴い内力が低下し、ひいては水素生成装置１０２内が過剰に負圧になり、構成部材にダメージを与える可能性がある。そこで、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２の内圧が水素生成装置１０２の耐負圧限界値よりも大きい所定の圧力閾値Ｐ１以下である場合に、水素生成装置１０２内にガスを補給する補圧処理を実施するよう構成されている。
そして、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２においては、異常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作において、通常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作よりも単位時間当たりの冷却量を増加させるように構成されている。従って、通常停止処理時よりも水素生成装置１０２（改質器１６）の温度の低下速度が速く、圧力低下も速くなるため、制御器１１０は、上記補圧処理の頻度を通常停止処理における補圧処理の頻度よりも増加させるように構成されている。以下に、その詳細について説明する。
まず、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の構成は、図２に示す実施の形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成である。また、通常停止処理については、実施の形態２と同様に水素生成装置１０２の冷却動作が実行される（図３参照）とともに、さらに、補圧処理が実行される。なお、補圧処理については後述する。
また、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理における冷却動作は、実施の形態１に係る水素生成装置１０２の冷却動作（図３のステップＳ１００〜Ｓ１０５参照）と同じである。
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の補圧処理について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置１０２において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。
図８に示されるように、停止処理開始後、水素生成装置１０２の封止動作が実行される（ステップＳ９００）。具体的には、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２の少なくともいずれか一方が閉止されるとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０が閉止される。
次に、上記封止動作により閉空間となる水素生成装置１０２を含むガス経路内に設けられた圧力検知器（図示せず）で検知された圧力値が、上記所定の圧力閾値Ｐ１（例えば、大気圧に対して−５ｋＰａ）以下である場合（ステップＳ９０１でＹｅｓ）に、制御器１１０は、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止したまま、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放させ、原料ガス供給器１１２を制御して、原料ガス供給経路４１より原料ガスを補給させる（ステップＳ９０２）。そして、制御器１１０は、圧力が大気圧以上になった場合に、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２を含むガス経路へのガスの供給を停止させ、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し、補圧処理を終了する。
そして、制御器１１０は、上記補圧動作実行後もステップＳ９０１を定期的（例えば、３０ｓｅｃ毎）に実行し、ガス経路内の圧力が、補圧が必要なレベルにまで低下すれば適宜上記補圧処理を実行する。
なお、上記補圧動作の実行を判断する際に、上記ガス経路内の圧力値を直接検知する圧力検知器の検知圧力値を用いたが、この圧力値と相関する上記ガス経路内の温度検知器（例えば、温度検知器１４３等）の検知温度、時計部で計測された上記圧力値と相関する停止処理開始後の経過時間に基づき上記補圧処理を実行する形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２における異常停止処理について説明する。上記異常停止処理は、実施の形態２に係る水素生成装置１０２の冷却動作と同様のフロー（図６参照）で実施されるが、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気の流量が、通常の停止処理の水素生成装置の冷却動作の場合よりも大きくなるように制御される。具体的には、制御器１１０が、燃焼空気供給器１１７の操作量を、通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量よりも大きい所定の操作量となるように制御する。
上記のように異常停止処理時において、通常の停止処理よりも水素生成装置１０２の冷却速度が上昇するよう冷却動作を実行するので、水素生成装置１０２の温度の低下が通常の停止処理時よりも迅速化され、水素生成装置１０２を含むガス経路内が、補圧が必要なレベルにまで低下する頻度が上昇する。従って、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の異常停止処理においては、通常の停止処理よりも高い頻度で上記補圧動作を実行することにより、水素生成装置１０２内の過剰な負圧化が抑制され、水素生成装置１０２が保護される。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置は、制御器が、異常検知器によりメンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも、メンテナンスが必要な第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置１０２は、図２に示される実施の形態２に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、その停止処理（特に、水素生成装置１０２の冷却動作）が、実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理と異なる。以下、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２の停止処理について、詳細に説明する。
図９は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置１０２における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
図９に示すように、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２では、まず、水素生成装置１０２の運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４ａに進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５ａに進む。
ステップＳ２０４ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第１異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し（ステップＳ２０４）、本プログラムを終了する。なお、上記第１異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）も実行される。
また、ステップＳ２０５ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第２異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行する（ステップＳ２０５）。なお、上記第２異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）も実行される。
ここで、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２は、第１異常停止処理よりも第２異常停止処理の方が燃料電池の冷却量が多くなるように制御されることを特徴とする。冷却量については、冷却量検知器により検知し、第１異常停止処理では、上記冷却量検知器で検知される冷却量が第１の閾値以上になると上記冷却動作を停止するよう構成され、第２異常停止処理では、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上になると、上記冷却動作を停止するよう構成されることを特徴とする。冷却量検知器としては、例えば、水素生成装置１０２の温度を検知する温度検知器（例えば、温度検知器１４３〜１４５）、冷却動作を開始してからの冷却動作時間を計測する計時器等が挙げられる。又、第１異常停止処理においては、第１の閾値が０、つまり、水素生成装置１０２の冷却動作を実行しなくても構わない。
ここで、第１の異常の一例であるバーナ失火異常の場合における第１異常停止処理について説明する。図１０は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
水素生成装置１０２の水素生成動作中において着火検知器１４１の検出値に基づき異常判定器１１０ａが失火異常と判定した場合、図１０に示すように、図３に基づき説明した通常の停止処理のフローと同様の停止処理が実行される。具体的には、水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行することで、バーナ１０２ａの燃焼動作が停止される（ステップＳ３００）。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。次に、バーナ１０２ａの燃焼動作が停止した後において、燃焼空気供給器よりバーナ１０２ａへ燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ３０１）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になるまで継続し（ステップＳ３０２、ステップＳ３０３）、上記冷却量検知器の一例である温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度以下になると、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７を停止し、水素生成装置１０２の冷却動作を完了する（ステップＳ３０４）。ここで、ステップＳ３０４における待機可能温度は、水素生成装置１０２の冷却動作の停止を判断する上記第１の閾値の一例である。
そして、水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作が完了すると、水素生成装置１０２は、待機状態に移行する（ステップＳ３０５）。そして、待機状態に移行後も、通常の停止処理の場合と同様に、水素生成装置１０２の温度低下に伴いＦＰパージ処理を実行する（図２のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）（ステップＳ３０６〜Ｓ３１１）。なお、待機状態移行後は、起動要求が発生すると、例え、上記ＦＰパージ処理の実行前であっても制御器１１０より起動指令が出力され、起動処理が実行される。
次に、図１１を参照しながら、第２の異常の一例である温度検知器の故障の場合における第２異常停止処理について説明する。図１１は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第２異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
図１１に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行する（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）ことで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ４００）。
燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御により、バーナ１０２ａでの燃焼停止した後において、バーナ１０２ａへ燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ４０１）。そして、上記冷却動作は、通常の停止処理や第１異常停止処理の場合と異なり、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する（ステップＳ４０２〜Ｓ４０４）。
そして、水素生成装置１０２の上記冷却動作の継続中において温度検知器１４３の検知温度がパージ温度以下になると、通常の停止処理の場合と同様にＦＰパージ処理を実行する（ステップＳ４０５〜Ｓ４１０）。ＦＰパージ処理が完了すると、燃焼空気供給器１１７を停止させ（ステップＳ４１１）、ＦＰ冷却動作を完了する。ついで、制御器１１０は、起動不許可状態に移行する（ステップＳ４１２）。ここで、起動不許可状態とは、上述の起動要求が発生しても、燃料電池システムの起動が許可され、制御器１１０により起動指令が出力されることのない状態を言う。例えば、使用者が水素生成装置１０２の起動を開始するように、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して、運転開始要求を行っても、制御器１１０が、上述した水素生成装置１０２の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。また、パージ温度は、水素生成装置１０２の冷却動作の停止を判断する上記第２の閾値の一例である。
なお、本実施の形態５においては、第２異常停止処理においてＦＰパージ処理を実行するよう構成されているが、異常判定器１１０ａで検知された異常が、ガス漏れ系の異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）である場合は、ＦＰパージ処理中に可燃ガスである原料ガスが水素生成装置１０２のパッケージ１１１内に漏洩する可能性があり危険であるため、本パージ処理を実行しないように構成されることが好ましい。その際には、パージ温度に代えて待機温度よりも低い冷却停止温度を設定し、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度が、上記冷却停止温度以下になるまで、水素生成装置１０２の冷却動作を継続するよう構成されてもよく、また、水素生成装置１０２の封止動作を行ってからの時間を計測し、改質器１６の温度が冷却停止温度以下となる時間を予め実験等で求めておき、当該時間を経過するまで、水素生成装置１０２の冷却動作を継続するよう構成されてもよい。
また、上記第１異常停止処理及び第２異常停止処理においては、冷却量検知器として温度検知器１４３が用いられたが、水素生成装置１０２の冷却動作による冷却量の増加を検知可能な温度検知器であれば、本例に限定されず、水素生成装置１０２内の所定の箇所に設けられた他の温度検知器でも構わないし、冷却動作の継続時間を計測するための計時器等の他の機器であっても構わない。又、待機可能温度、パージ温度は、それぞれ、第１の閾値及び第２の閾値の一例であり、本例に限定されるものではなく、水素生成装置１０２の構成及び設計思想により適宜設定される。
ここで、上記第２異常停止処理と第１異常停止処理とを比較すると、第２異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、第１異常停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７によるバーナ１０２ａを含む水素生成装置１０２の冷却動作を継続し、水素生成装置１０２をより速やかに冷却するよう制御する点が異なる。
すなわち、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２では、第２異常停止処理は、第１異常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなるよう制御することで、水素生成装置１０２（改質器１６）の温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にするものである。
一方、第１異常停止処理は、第２異常停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が少なくなるよう制御されるため、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６の温度）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
なお、本実施の形態５においては、第２異常停止処理は、第１異常停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作時間を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、燃焼空気供給器１１７の操作量を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御してもよい。
また、本実施の形態５においては、第１の異常が検知された場合において、待機状態に移行後は、制御器１１０は、次の起動要求（例えば、リモコン１２０を介した使用者による起動要求信号）が発生してから、起動処理を行うように構成したが、これに限定されず、制御器１１０は、図９の待機状態に移行後、次の起動要求の発生を待たず自動的に起動処理を行ってもよい。
さらに、本実施の形態５においては、第１の異常が検知された場合において、水素生成装置１０２の冷却動作が実行するよう構成されているが、これに限定されるものではなく、実施の形態２の通常停止処理と同様に、上記冷却動作を実行しない形態を採用しても構わない。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置は、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、熱交換器を介して熱回収した熱媒体を貯える蓄熱器とを備え、制御器が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時に燃焼器の燃焼動作が停止している状態で燃焼空気供給器を動作させ、改質器を冷却する冷却工程において、ポンプを動作させるように構成されている態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置１０２は、実施の形態３に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、その停止処理（特に、水素生成装置１０２の冷却動作）が、実施の形態３に係る水素生成装置１０２の停止処理と異なる。
より具体的には、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様の異常停止処理を行うが、以下の点が異なる。すなわち、制御器１１０は、第１異常停止処理時には、バーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで動作させる冷却動作期間の間、ポンプ１２２を制御して、熱交換器１２１の二次流路１２２ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介して熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。一方、第２異常停止処理時には、制御器１１０は、バーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度がパージ温度以下になるまで動作させる冷却動作期間の間、ポンプ１２２を制御して、熱交換器１２１の二次流路１２２ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介して熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。
なお、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２では、第２異常停止処理時の方が第１異常停止処理時よりも冷却量が多くなるよう制御されるが、その際に、水素生成装置１０２(改質器１６)の冷却動作期間中におけるバーナ１０２ａに供給される燃焼空気量（燃焼空気供給器１１７の操作量）を第１異常停止処理時よりも多くなるよう制御した場合、燃焼排ガス流路１０を通流する空気により回収される熱量が多くなり、燃焼排ガス経路５９より水素生成装置１０２の外部に排気される排空気の温度が上昇する。このため、制御器１１０は、通常停止処理を行うよりも異常停止処理を行うときの方が、熱交換器１１２の二次流路１１２ｂを通流する熱媒体の流量を多くするようにポンプ１２２を制御することが好ましい。すなわち、制御器１１０は、第１異常停止処理を行うときの熱交換器１１２による排空気からの熱回収量よりも第２異常停止処理を行うときの熱交換器１１２による排空気からの熱回収量の方が多くなるように、熱交換器１１２を通過する熱媒体の流量を制御することが好ましい。
このように構成された本実施の形態６に係る水素生成装置１０２であっても、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中において燃焼排ガス経路５９より排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができ、より安全に水素生成装置１０２の停止を行うことができる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る水素生成装置は、改質器にガスを供給するガス供給器を備え、水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された改質器内の圧力低下に伴いガス供給器より改質器にガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、制御器が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するようガス供給器を制御する態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態７に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、実施の形態４に係る水素生成装置１０２と同様の補圧処理を行うように構成されている点が、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と異なる。そして、本実施の形態７に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様に、異常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作において、第２異常停止処理の方が、第１停止処理よりも、単位時間当たりの冷却量を増加させるように構成されている。従って、第２異常停止処理の方が、第１異常停止処理時よりも水素生成装置１０２（改質器１６）の温度の低下速度が速く、圧力低下も速くなるため、第２異常停止処理時における補圧処理の頻度を第１異常停止処理時における補圧処理の頻度よりも増加させるように構成されている。これにより、水素生成装置１０２のガス流路（改質器１６）内の過剰な負圧化が抑制され、水素生成装置１０２が保護される。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムは、実施の形態２に係る水素生成装置１０２を備える。なお、本実施の形態８においては、実施の形態２に係る水素生成装置１０２を備える燃料電池システムとしたが、実施の形態１に係る水素生成装置１０２と燃料電池を備える燃料電池システムであれば、本発明の作用効果を奏することは明白である。
以下、本実施の形態８に係る燃料電池システムについて詳細に説明する。
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１２において、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
図１２に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、水素生成装置１０２、酸化剤ガス供給器１０３、冷却水タンク１０４、凝縮水タンク１０５、熱交換器（放熱器）１０６、第１ポンプ（第１流量制御器）１０７、第２ポンプ（第２送出器）１０８、貯湯タンク１０９、制御器１１０、異常判定器１１０ａ、ハウジングからなるパッケージ１１１、及び各検知器１４０〜１４５を備えている。パッケージ１１１は、本実施の形態においては、鉛直方向に長く延びるように形成されており、該パッケージ１１１内部には、燃料電池１０１等の各機器が配設されている。なお、上記異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき各種異常を判定する。
水素生成装置１０２は、改質器１６、変成器２４、浄化器２８（図２参照）、及びバーナ１０２ａを有していて、水素生成装置１０２の改質器１６の原料ガス供給口１２（図２参照）には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁７１、ブースターポンプ１１２ａ、流量調整弁１１２ｂ、及び第２開閉弁７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。ブースターポンプ１１２ａは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスを昇圧するように構成され、流量調整弁１１２ｂは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの流量を調整するように構成されていて、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成する。なお、ここでは、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成したが、これに限定されず、ブースターポンプ１１２ａのみで、原料ガス供給器１１２を構成してもよい。すなわち、ブースターポンプ１１２ａが、原料ガスの昇圧及び流量調整を行うように構成してもよい。
バーナ（燃焼器）１０２ａには、オフ燃料ガス経路４３の下流端が接続されており、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスがオフ燃料ガスとして、バーナ１０２ａに供給されるように構成されている。また、バーナ１０２ａには、カソードパージガス排出経路５０の下流端が接続されており、後述する燃料電池システム１００の起動処理時又は運転停止時に行われる燃料電池１０１のカソードパージ処理によって、掃気された酸化剤ガス流路１０１ｂに存在するガス（以下、カソードパージガスという）が、バーナ１０２ａに供給される。さらに、バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されており、その上流端には、燃焼空気供給器１１７が接続されている。
これにより、バーナ１０２ａは、図示されない流路を通じて供給された原料ガス（または、燃料電池１０１からオフ燃料ガス経路４３を介して供給されたオフ燃料ガス、または、燃料電池１０１からカソードパージガス排出経路５０を介して供給されたカソードパージガス）を燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給された燃焼空気によって燃焼させる。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
また、水素生成装置１０２の改質器１６の水供給口１３（図２参照）には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されており、その上流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの下部に接続されている。また、改質用水供給経路５７の途中には、改質用水供給経路５７を通流する改質用水（凝縮水）の流量を調整する第３ポンプ１１３が設けられている。なお、本実施の形態においては、第２凝縮水タンク１０５Ｂから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に凝縮水を供給する構成としたが、これに限定されず、第１凝縮水タンク１０５Ａから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に供給する構成としてもよく、また、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられた凝縮水を冷却水タンク１０４に供給し、冷却水タンク１０４に貯えられている冷却水の一部を水素生成装置１０２の改質器１６に供給する構成としてもよい。
さらに、水素生成装置１０２の浄化器２８には、酸化用空気供給路５８の上流端が接続されており、その下流端は、酸化用空気供給器１１６に接続されている。酸化用空気供給器１１６は、浄化器での酸化反応に用いられる空気を供給するように構成されている。なお、酸化用空気供給器１１６としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
そして、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給される原料ガス（メタン）と、第１凝縮水タンク１０５Ａから供給される凝縮水と、を改質反応させることにより、水素リッチな水素含有ガス（改質ガス）を生成する。また、変成器２４では、改質器１６で生成された改質ガスを、変成反応させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる。浄化器２８では、変成器２４で一酸化炭素が低減された改質ガス中の一酸化炭素を、酸化用空気供給器１１６から酸化用空気供給路５８を介して供給された酸化用空気と反応させることにより、一酸化炭素が１０ｐｐｍ以下にまで低減された燃料ガスが生成される。なお、本実施の形態においては、原料ガスとしてメタンを使用しているが、これに限定されず、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等に例示されるような少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスを使用することができる。また、本実施の形態８の燃料電池システム１００における水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
また、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図２参照）には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その途中には、三方弁からなる第１切替器７３が設けられ、また、燃料ガス供給経路４２の下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。具体的には、燃料ガス供給経路４２は、第１燃料ガス供給経路４２ａと第２燃料ガス供給経路４２ｂから構成されていて、第１燃料ガス供給経路４２ａの上流端は、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２と接続されていて、その下流端は、第１切替器７３の第１ポート７３ａと接続されている。また、第２燃料ガス供給経路４２ｂの上流端は、第１切替器７３の第３ポート７３ｃに接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。なお、第１切替器７３の第２ポート７３ｂには、燃料ガスバイパス経路４４の上流端が接続され、その下流端は、オフ燃料ガス経路４３の途中に接続されている。
また、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの下流端には、オフ燃料ガス経路４３の上流端が接続されており、その下流端は、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より上流側には、オフ燃料ガス経路４３を通流する燃料ガス等の通流を許可／阻止するための第４開閉弁７５が設けられている。また、オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より下流側には、第１凝縮器１１４が設けられていて、オフ燃料ガス経路４３と第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａとが接続されている。第１凝縮器１１４は、水蒸気を凝縮して水に液化することにより、未反応の燃料ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、オフ燃料ガス経路４３の第１凝縮器１１４の下流側には、鉛直方向に延びるように形成された第１凝縮水経路４５の上流端が接続されていて、第１凝縮水経路４５の下流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの上部（ここでは、上端面）に接続されている。さらに、オフガス燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４の接続点よりも下流側には、第７開閉弁７８が設けられている。
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給され、燃料ガス流路１０１ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路１０１ａを通流する間に、各セルのアノード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフガスとしてオフ燃料ガス経路４３に流入する。オフ燃料ガス経路４３に流入した余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４で分離された余剰の燃料ガスは、オフガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、第１凝縮水経路４５を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
酸化剤ガス供給器１０３は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガス（ここでは、空気）を供給することができるように構成されていて、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。酸化剤ガス供給器１０３には、酸化剤ガス供給経路４６の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに接続されている。
第３開閉弁７４は、酸化剤ガス供給経路４６を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
また、第３開閉弁７４の下流の酸化剤ガス供給経路４６には、パージガス供給経路４９の下流端が接続されていて、その上流端は、原料ガス供給経路４１の流量調整弁１１２ｂと第２開閉弁７２との間の部分に接続されている。パージガス供給経路４９は、パージガス又は補圧ガスとしての原料ガスが通流するように構成されていて、その途中には、第６開閉弁７７が設けられている。第６開閉弁７７は、パージガス供給経路４９を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂの下流端には、オフ酸化剤ガス経路４７の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池システム１００の外部に開口されている。オフ酸化剤ガス経路４７の途中には、オフ酸化剤ガス経路４７を開閉する第５開閉弁７６が設けられている。オフ酸化剤ガス経路４７の上流端と第５開閉弁７６との間には、カソードパージガス排出経路５０の上流端が接続されており、その下流端は、上述したように、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。また、カソードパージガス排出経路５０には、第９開閉弁８１が設けられている。
また、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６より下流側には、第２凝縮器１１５が設けられていて、オフ酸化剤ガス経路４７と第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａとが接続されている。第２凝縮器１１５は、オフ酸化剤ガス経路４７を流れるオフ酸化剤ガス中の水蒸気を凝縮して水に液化することにより、燃料電池１０１で使用されなかった余剰のオフ酸化剤ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、第２凝縮器１１５の下流側のオフ酸化剤ガス経路４７には、鉛直下方向に延び、第１凝縮水タンク１０５Ａに接続されている。
これにより、酸化剤ガス供給器１０３から、酸化剤ガス供給経路４６を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１０１ｂを通流する間に、各セルのカソード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、上記電気化学反応で生成された水とともにオフ酸化剤ガス経路４７に流入する。オフ酸化剤ガス経路４７に流入した余剰の酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５より排出された余剰の酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに導入後、第１凝縮水タンク１０５Ａに設けられた排気口より排出され、最終的に燃料電池システム１００外（パッケージ１１１外）に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。なお、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給された水は、所定量以上貯まると第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給されるよう構成されている。
そして、燃料電池１０１では、燃料ガス流路１０１ａから各セルのアノードに供給された燃料ガスと、酸化剤ガス流路１０１ｂから各セルのカソードに供給された酸化剤ガスとが、電気化学的に反応して電気と熱が発生する。燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガス経路４３を通流して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられる。
また、燃料電池１０１には、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却するための冷却水（第１熱媒体）が通流する冷却水流路１０１ｃが設けられている。冷却水流路１０１ｃの上流端には、冷却水供給経路５１の下流端が接続されており、その上流端は、冷却水を貯えるための冷却水タンク１０４の下部に接続されている。また、冷却水流路１０１ｃの下流端には、冷却水排出経路５２の上流端が接続されており、その下流端は、冷却水タンク１０４の下端面に接続されている。
冷却水経路（第１熱媒体経路）の適所、例えば、燃料電池１０１内の冷却水流路１０１ｃ以外の冷却水経路に、熱交換器１０６が設けられ、冷却水供給経路５１と熱交換器１０６の一次流路１０６ａとが接続される。本実施の形態では、熱交換器１０６は、その一例として冷却水供給経路５１に設けられている。また、熱交換器１０６は、一次流路１０６ａを通流する冷却水と、後述する二次流路１０６ｂを通流する貯湯水（第２熱媒体）と、の間で熱交換することができるように構成されている。なお、冷却水供給経路５１、熱交換器１０６の一次流路１０６ａ、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃ、及び冷却水排出経路５２から、冷却水経路（第１熱媒体経路）が構成される。
また、冷却水排出経路５２の上流端近傍には、温度検知器１３７が設けられている。温度検知器１３７は、冷却水経路を通流する冷却水の温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。また、本実施の形態においては、温度検知器１４７を熱交換器１０６よりも下流の冷却水供給経路５１に設け、熱交換器１０６を通過後の燃料電池１０１に流入する冷却水の温度を検知するように構成されている。なお、冷却水の温度を検知する温度検知器は、上記構成に限定されず、温度検知器１３７及び温度検知器１４７のいずれか一方でも構わないし、冷却水経路（第１熱媒体経路）上であればいずれの箇所に設けても構わない。
さらに、冷却水経路（ここでは、冷却水供給経路５１）の適所には、冷却水経路を通流する冷却水の流量を調整するための第１ポンプ（第１流量制御器）１０７が設けられている。なお、本発明の第１流量制御器として、ここでは、流量調節が可能なポンプを用いているが、これに限定されず、例えば、図１３に示すような構成としてもよい。図１３は、図１２に示す燃料電池システム１００の他の構成を示す模式図である。なお、図１３においては、一部を省略している。
図１３に示すように、冷却水経路（ここでは、冷却水排出経路５２）より分岐し、熱交換器１０６をバイパスする熱交バイパス経路２０８を設け、燃料電池１０１を通過後の冷却水が熱交バイパス経路２０８と熱交換器１０６とのそれぞれに流入する流量を調整する流量調整器（例えば、混合弁２０９）と、ポンプとを組合せて、熱交換器１０６に通流する冷却水の流量調整を行う構成を本発明の第１流量制御器として採用してもよい。
これにより、冷却水供給経路５１を通流する冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。冷却された冷却水は、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。そして、燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水タンク１０４に供給される。
貯湯タンク１０９は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されていて、貯湯タンク１０９の下部には、市水を供給するための水供給路５３が接続されており、貯湯タンク１０９の上部には、貯湯水を利用者に供給するための貯湯水供給路５４が接続されている。また、貯湯水供給路５４には、貯湯水を利用する熱負荷が接続されている（図示せず）。熱負荷としては、例えば、給湯機器、暖房機器や空調機器が挙げられる。
また、貯湯タンク１０９の下端面には、貯湯水経路５５の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１０９の上部に接続されている。貯湯水経路５５には、上流側から順に第２ポンプ（第２送出器）１０８、第１凝縮器１１４、第２凝縮器１１５、及び熱交換器１０６が設けられていて、貯湯水経路５５は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂ、及び熱交換器１０６の二次流路１０６ｂとそれぞれ接続されている。
これにより、貯湯水経路５５を通流する貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂを通流する間に、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流するオフ燃料ガスと熱交換して加熱され、ついで、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する酸化剤ガスと熱交換して加熱される。そして、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流した貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して加熱される。加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上端部に供給される。このような構成により、貯湯タンク１０９は、下部には市水温度に近い温度の低い水が貯えられ、熱交換器１０６等により高温化した熱媒体が上部に貯えられる、いわゆる積層沸き上げ型の貯湯タンクとなる。
また、燃料電池システム１００は、貯湯水経路５５には熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度を検知する温度検知器１４６と、温度検知器１４６よりも下流側の貯湯水経路５５には、貯湯タンク１０９をバイパスして第１凝縮器１１４よりも上流の貯湯水経路５５に接続する貯湯バイパス経路２０７と、熱交換器１０６を通過後の貯湯水の流入先を貯湯タンク１０９と貯湯バイパス経路２０７との間で切り替える切替器２０６とを備える。
また、燃料電池１０１には、適宜な配線により、インバータ１１８が電気的に接続されていて、燃料電池１０１が発電した直流電流を交流電流に変換し、燃料電池システム１００外の電力負荷に電力を供給するように構成されている。また、インバータ１１８より出力された電流が流れる電路には、系統連系点を介して、系統電源が接続されている（いずれも図示せず）。すなわち、燃料電池１０１の出力電力と系統電源からの電力が、系統連系点で系統連系されている。
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内全体に外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
燃料電池システム１００のパッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理するが、特に、記憶部から読み出した異常判定プログラムと各検知器１４０〜１４５から入力された検出値とに基づき、燃料電池システム１００の停止を伴う異常が発生しているかを判定する異常判定器１１０ａとしても機能し、異常判定器１１０ａで異常と判定された場合、後述する燃料電池システム１００の異常停止処理が実行される。
ここで、本明細書において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して燃料電池システム１００を制御するように構成されていてもよい。
なお、本実施の形態においては、異常判定器１１０ａが、各検知器１４０〜１４５から入力された検出値に基づき異常であるか否かを判定する構成としたが、これに限定されず、各検知器１４０〜１４５がマイコン等の演算器を備えることにより、それぞれが検知する物理量に基づき異常であるか否かを判定する構成としてもよい。
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の起動処理（起動動作）について、図１２を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
まず、起動処理開始時においては、原料ガス及び酸化剤ガス酸化剤ガス供給経路４６を通流しないように、第３開閉弁７４、第５開閉弁７６、及び第６開閉弁７７は、それぞれの弁を閉止した状態を維持する。また、一酸化炭素が充分に低減されていない燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給されないように、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、かつ、第３ポート７３ｃを遮断する。ついで、第１開閉弁７１は、その弁を開放し、原料ガス供給経路４１に原料ガスが供給される。
次に、第２開閉弁７２が、その弁を開放する。これにより、原料ガスが、水素生成装置１０２をバイパスして、原料ガス供給器１１２から図示されない流路を介してバーナ１０２ａに供給される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介してバーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、水素生成装置１０２内に設けられた燃焼排ガス流路１０（図２参照）を通流し、改質器１６、変成器２４、浄化器２８を加熱した後、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）の外部に排出される。このとき、燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に、原料ガスが、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、第１凝縮水タンク１０５Ａから改質用水供給経路５７を介して改質用水（凝縮水）が供給される。そして、供給された水が加熱されて水蒸気になり、原料ガスと水蒸気が反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素生成装置１０２の変成器２４及び浄化器２８を通過し、一酸化炭素が低減された、燃料ガスとして水素生成装置１０２より送出される。送出された燃料ガスは、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図２参照）から第１燃料ガス供給経路４２ａに導入される。
第１燃料ガス供給経路４２ａに導入された燃料ガスは、第１燃料ガス供給経路４２ａ、燃料ガスバイパス経路４４、及びオフ燃料ガス経路４３（正確には、燃料ガスバイパス経路４４とオフ燃料ガス経路４３との合流部よりも下流側のオフ燃料ガス経路４３）を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに燃料ガスが供給されるようになると、原料ガス供給器１１２からバーナ１０２ａへの水素生成装置１０２をバイパスした直接的な原料ガスの供給が停止される。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３（図２参照）が、所定の温度（例えば、５００℃）になると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は、その弁を開放し、原料ガスが、パージガス供給経路４９及び酸化剤ガス供給経路４６（正確には、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４よりも下流側の経路）を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給され、燃料電池システム１００の停止期間中に燃料ガス流路１０１ａより電解質を介して酸化剤ガス流路１０１ｂに侵入した水素が、原料ガスによってパージされる（燃料電池システム１００の起動処理時におけるカソードパージ処理）。カソードパージ処理によって、掃気されたカソードパージガス及び原料ガスは、カソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給され、燃焼される。そして、少なくともカソードパージ処理開始前に酸化剤ガス流路１０１ｂ内に封入されたガスをバーナ１０２ａに送出させるのに必要な量以上の原料ガスを供給すると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は閉止し、カソードパージ処理を終了する。
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５（図２参照）が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、発電処理（発電動作）に移行する。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の発電処理（発電動作）について説明する。
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が検知した温度が、それぞれ所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃内の所定温度、変成器２４が、２００〜２５０℃内の所定温度、浄化器２８が１３０〜１７０℃内の所定温度）になると、変成器２４及び浄化器２８で一酸化炭素が充分に低減されたと判断して、発電処理開始信号を出力する。
すると、第３開閉弁７４、第４開閉弁７５、及び第５開閉弁７６は、それぞれの弁を開放する。また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第３ポート７３ｃと連通させ、かつ、第２ポート７３ｂを遮断するとともに、酸化剤ガス供給器１０３の動作を開始させる。
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、第１燃料ガス供給経路４２ａ及び第２燃料ガス供給経路４２ｂ（すなわち、燃料ガス供給経路４２）を通流して、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１０３から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給経路４６を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。
そして、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ及び酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ、各セルのアノードとカソードに供給され、電気化学的に反応して水が生成し、電気と熱が発生する。発生した電気は、インバータ１１８によって、直流電流から交流電流に変換され、燃料電池システム１００外の電力負荷に供給される。
燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてオフ燃料ガス経路４３に供給される。オフ燃料ガス経路４３に供給された余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４を通過した余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、オフ燃料ガス経路４３を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、酸化剤ガス経路４７に供給される。オフ酸化剤ガス経路４７に供給された余剰のオフ酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５を通過した余剰の酸化剤ガスは、第１凝縮水タンク１０５Ａの排気口を介して、最終的に燃料電池システム１００外に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。
さらに、第１ポンプ１０７を動作させることで、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃには、冷却水タンク１０４から冷却水経路（正確には、冷却水供給経路５１）を介して、冷却水が供給される。具体的には、冷却水は、冷却水タンク１０４から冷却水供給経路５１を通流して、熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給される。熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給された冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。そして、冷却された冷却水は、冷却水供給経路５１を通流して、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水排出経路５２を通流して、冷却水タンク１０４に供給される。
一方、貯湯タンク１０９の下部（ここでは、下端面）から貯湯水経路５５に供給された貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ及び第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、それぞれ、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａ及び第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する余剰の燃料ガス及び酸化剤ガスと熱交換して、加熱される。加熱された貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂに供給され、該熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して、さらに加熱される。そして、加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上部に供給され、貯湯水供給路５４から熱負荷に供給される。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここで言う通常の停止処理とは、燃料電池システム１００の発電運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常検知／停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。例えば、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のないレベルにまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になることで実行される停止処理等である。
まず、本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、燃料電池システム１００の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。制御器１１０が停止処理を出力する場合としては、例えば、使用者の操作によりリモコン１２０によって停止指令が入力されたとき、または電力負荷の電力需要が所定の閾値以下になった（図示されない負荷電力検知器で検出される負荷電力の電力需要が所定の閾値以下となった）ときに、停止信号を出力する。また、燃料電池１０１の発電の停止は、インバータ１１８の出力をゼロにするとともに、インバータ１１８の出口側の電路を電気的に切り離すことによって行われる。
以下、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に基づき説明する。図１４Ａは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図１４Ｂは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図１５は、本発明の実施の形態８の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。
まず、酸化剤ガス供給器１０３の動作を停止し、酸化剤ガス流路１０１ｂへの酸化剤ガスの供給を停止するとともに（ステップＳ５００）、第３開閉弁７４及び第５開閉弁７６を閉鎖し、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂを外気と遮断する（ステップＳ５０１）。
また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、第３ポート７３ｃを遮断するとともに、第４開閉弁７５は、その弁を閉止する（ステップＳ５０２）。これにより、第１切替器７３の第３ポート７３ｃと第４開閉弁７５との間の流路、すなわち、第２燃料ガス供給経路４２ｂ、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ、及びオフ燃料ガス経路４３の第４開閉弁７５までの流路に、燃料ガスが閉じ込められ、外部から燃料ガス流路１０１ａに空気等の混入が抑制され、アノードの劣化を抑制することができる。
また、ブースターポンプ１１２ａ、第３ポンプ１１３及び酸化用空気供給器１１６が停止して、水素生成装置１０２に、原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止される（ステップＳ５０３）。さらに、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及び第７開閉弁７８は、その弁を閉止する（ステップＳ５０４）。
これにより、水素生成装置１０２への原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止し、水素生成装置１０２から燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａへの燃料ガスの供給が停止する。これに伴い、燃料電池１０１からのバーナ１０２ａへのオフガスの供給が停止し、バーナ１０２ａでの燃焼が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。そして、上記一連の動作により燃料電池１０１へ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給は停止されるので発電も停止する。一方、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、燃焼空気供給器１１７により供給される空気により、水素生成装置１０２は空冷され、水素生成装置１０２の温度が時間経過とともに温度低下する。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度（ステップＳ５０５）がカソードパージ温度以下になると（ステップＳ５０６でＹｅｓ）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７、及び第９開閉弁８１を開放するとともに（ステップＳ５０７）、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放し、ブースターポンプ１１２ａの動作を開始する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の開始）（ステップＳ５０８）。ここで、カソードパージ温度とは、停止処理時におけるカソードパージ処理時の水素生成装置１０２の温度上昇を加算しても改質器１６に使用される触媒の耐熱温度未満になる温度（例えば、６００℃）として定義される。なお、停止処理時におけるカソードパージ処理開始時には、水素生成装置１０２の改質器１６内部は、停止直後に当該内部空間に封止された原料ガスと水蒸気とが残存した状態であるため、停止処理時におけるカソードパージ処理時に原料から炭素が析出する可能性は低くなる。
これにより、原料ガス（パージガス）が、原料ガス供給経路４１からパージガス供給経路４９を通流して、酸化剤ガス供給経路４６（正確には、パージガス供給経路４９と酸化剤ガス供給経路４６との合流部よりも下流側の酸化剤ガス供給経路４６）を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。そして、酸化剤ガス流路１０１ｂに存在する酸化剤ガスは、パージガスによりパージされ、オフ酸化剤ガス経路４７（正確には、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６の上流側の経路）及びカソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに供給された酸化剤ガス及び原料ガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ５０９）。
そして、上記停止処理時におけるカソードパージ処理が開始されてからの経過時間Ｔ２の測定を行い（ステップＳ５１０）、本経過時間Ｔ２がカソードパージ時間Ｊ２以上になると（ステップＳ５１１でＹｅｓ）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し（ステップＳ５１２）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７、及び第９開閉弁８１を閉止する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の終了）（ステップＳ５１３）。なお、上記カソードパージ時間は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂ内の酸化剤ガスが少なくとも酸化剤ガス流路１０１ｂから掃気されるのに必要な時間として定義される。
これにより、第３開閉弁７４、第６開閉弁７７、第５開閉弁７６及び第９開閉弁８１により形成される閉流路、すなわち、パージガス供給経路４９の第６開閉弁７７から下流側の経路、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４から下流側の経路、酸化剤ガス流路１０１ｂ、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６及びカソードパージガス排出経路５０の第９開閉弁８１までの流路（以下、パージガス封止流路）に、パージガスが閉じ込められ、外部から酸化剤ガス流路１０１ｂに空気等の混入が抑制される。
一方、燃焼空気供給器１１７は、カソードパージ処理におけるバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａに燃焼空気を供給する。これにより、燃焼排ガス経路５９（図２参照）を流れる燃焼空気により水素生成装１０２の改質器１６等も冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
そして、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理が終了した後の上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度を検知し（ステップＳ５１４）、検知された温度が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ５１５でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ５１６）、水素生成装置１０２の冷却処理を完了する。
一方、燃料電池システム１００の停止処理において、上述の一連の停止処理だけでなく、燃料電池１０１の冷却系統において、所定の冷却動作（排熱回収動作）が並行して実行される。具体的には、図１５に示すように、燃料電池１０１の発電を停止した後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を実行して（ステップＳ６００）、貯湯水は、熱交換器１０６で冷却水と熱交換して、燃料電池１０１が保有している余熱を回収する。
そして、制御器１１０は、改質器１６に設けられた温度検知器１４３で検知される温度が、カソードパージ温度以下になり、停止処理時におけるカソードパージ処理が開始される場合に（ステップＳ６０１）、第１ポンプ１０７の動作を停止させる（ステップＳ６０２）。そして、停止処理時におけるカソードパージ処理が完了すると（ステップＳ６０３）、第１ポンプ１０７の動作を再開し（ステップＳ６０４）、図１４ＢのステップＳ５１５で改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下にまで低下したことを確認し（ステップＳ６０５）、図１４ＢのステップＳ５１６で燃焼用空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作を停止する際に、併せて第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させる（ステップＳ６０６）。
そして、上記水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作及びこの冷却動作に伴い実行される上記燃料電池の冷却動作が完了すると、燃料電池システム１００は、待機状態に移行する（図１４ＢのステップＳ５１７、図１５のステップＳ６０７）。なお、この待機状態とは、次の燃料電池システム１００の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、電力負荷の電力需要が燃料電池システムの発電出力の下限以上になることや、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して発電開始要求を行うことが挙げられる。
上記待機状態において、水素生成装置１０２は、燃焼用空気供給器１１７が停止しているため自然放冷されるが、その際に、図１４Ｂに示すように、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度ｔ１を再度検知し（ステップＳ５１８）、検知した温度ｔ１が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ５１９）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及び第７開閉弁７８は、それぞれの弁を開放し、ブースターポンプ１１２ａが起動する（水素生成装置１０２に対するパージ処理（ＦＰ（Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理）の開始）（ステップＳ５２０）。
これにより、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され、水素生成装置１０２内に設けられた改質器１６等の反応器に存在する水蒸気等のガスが原料ガスによりパージされ、水素生成装置１０２より掃気され、バーナ１０２ａに送出される。バーナ１０２ａに送出されたガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ５２１）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記ＦＰパージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記ＦＰパージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。
そして、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ３を計測し（ステップＳ５２２）、この経過時間Ｔ３がＦＰパージ時間Ｊ３以上になると（ステップＳ５２３）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及び第７開閉弁７８を閉止する（ＦＰパージ処理の終了）（ステップＳ５２４）。なお、上記ＦＰパージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
このように、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも燃料電池１０１の機能を保護する程度の停止処理（例えば、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに、次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、燃料電池１０１等の機器温度が周囲温度（外気温度）よりも高く、燃料電池１０１を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、燃料電池システム１００の起動性が向上する。
なお、本実施の形態８の燃料電池システム１００の通常の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作、ＦＰパージ処理、燃料電池１０１のカソードパージ処理、及燃料電池１０１の排熱回収動作を実行するよう構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成装置（改質器）の冷却動作、ＦＰパージ処理、燃料電池のカソードパージ処理、及び燃料電池の排熱回収動作の少なくともいずれか一つを実行しない形態を採用しても構わないし、水素生成装置（改質器）の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作のそれぞれの停止タイミングを上記フローと異なるタイミングで停止する形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき、異常を検知する工程とその後の停止処理（以下、異常検知／停止処理という）について説明する。
まず、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２に関係する燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常については、実施の形態２と同様に図４に示す異常が挙げられる。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図１６を参照しながら説明する。
図１６は、図１２に示す燃料電池システム１００における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。フローとしては、実施の形態２の水素生成装置１０２における異常検知／停止処理プログラム（図５参照）と同様である。
まず、燃料電池システム１００の発電運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された異常に対応する停止処理（以下、異常停止処理という）が実行される。そして、この停止処理を完了すると、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４に進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０４では、上記異常停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ２０５では、燃料電池システム１００は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行し、本プログラムを終了する。なお、上記異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作、燃料電池１０１の排熱回収動作等）が実行される。
ここで、図１７を参照しながら、燃料電池システム１００の停止を伴う異常の一例である温度検知器１３７が故障した場合における異常停止処理について説明する。図１７は、図１６に示す異常検知による停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。なお、温度検知器１３７の故障は、第２の異常に属するが、以下の異常停止処理は、第２の異常が検知された場合に限らず、燃料電池システム１００の運転停止が必要な異常が検知された場合は、燃料電池１０１の排熱回収動作、及び水素生成装置１０２の冷却動作について同様に実行されるよう構成されている。つまり、第１の異常が検知された場合においても、燃料電池システム１００の冷却動作について同様の処理が実行される。
図１７に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、水素生成装置１０２に対する停止動作として、まず、原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）を実行することで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ７００）。一方、燃料電池１０１については発電を停止し（ステップＳ７１２）、発電停止後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を行い、燃料電池１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を実行する（ステップＳ７１２）。また、燃料電池１０１に対する停止動作として、酸化剤ガス供給器１０３等が停止され、各開閉弁が閉止される（図１４ＡのステップＳ５００〜Ｓ５０４参照）（ステップＳ７０１）。これにより、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止し、また、燃料電池１０１の発電が停止する。
一方、バーナ１０２ａでの燃焼停止後において、燃焼空気供給器１１７により供給された空気より水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０２）。そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（図１４Ａ及び図１４ＢのステップＳ５０６〜ステップＳ５１３参照）（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
そして、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても（ステップＳ７０６）、通常の停止処理とは異なり、燃焼空気供給器１１７の動作を継続させ（ステップＳ７０７）、また、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続させる（ステップＳ７１５）。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（図３のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）を開始する（ステップＳ７０９）。その後、ＦＰパージ処理が完了する（ステップＳ７１０）と、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させ（ステップＳ７１１、ステップＳ７１６）、異常停止処理を完了し、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が燃料電池システム１００の運転を開始するように、リモコン１２０を操作して起動指令を入力しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した燃料電池システム１００の起動を許可せず、起動を出力しない状態にすることをいう。すなわち、本実施の形態８においては、制御器１１０は、使用者等が誤ってリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作することにより、起動指令が制御器１１０の通信部に送信されても、制御器１１０が燃料電池システム１００の起動を許可しないように構成されている。なお、上記異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、燃料電池システム１００の定格運転時における供給量よりも多くなるよう制御することが好ましい。具体的には、異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、燃料電池システム１００の定格運転時の操作量よりも大きくなるよう制御する。これにより、燃料電池システム１００を構成する機器である水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。ここで、燃料電池システム１００の定格運転とは、燃料電池システム１００の発電運転時において、安定して出力可能な最大出力で発電している運転として定義される。
なお、本実施の形態８の燃料電池システム１００の上記異常停止処理においては、カソードパージ処理が実行されているが、これを実行しない形態を採用しても構わない。また、本実施の形態８の燃料電池システム１００の上記異常停止処理においては、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作と燃料電池１０１の排熱回収動作とを実行するよう構成されているが、異常停止処理において、通常の停止処理よりも水素生成装置（改質器１６）の冷却量が多くなるよう設定されていれば、水素生成装置の冷却動作及び燃料電池の排熱回収動作のそれぞれの停止タイミングは、図１７に示すフローに限定されるものではない。
また、通常停止処理及び異常停止処理における燃料電池１０１の排熱回収動作においては、この動作と並行して図１８に示す貯湯水温度の制御が実行される。図１８は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００における貯湯制御の概要を示すフローチャートである。
貯湯水温度の制御は、貯湯タンク１０９内には貯湯下限温度（例えば、６０℃）以上の温水が貯えられるよう制御するものである。具体的には、図１８に示すように、温度検知器１４６により熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度ｔ３を検知し（ステップＳ８００）、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度以上である場合には（ステップＳ８０１でＹｅｓ）、制御器１１０は、貯湯タンク１０９側に貯湯水が流入するように切替器２０６を制御する（ステップＳ８０２）。一方、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度未満である場合には（ステップＳ８０１でＮｏ）、制御器１１０は、貯湯バイパス経路２０７側になるよう切替器２０６を制御する（ステップＳ８０３）。
ここで、異常停止処理と通常の停止処理を比較すると、異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作を実行し、水素生成装置１０２及び燃料電池１０１をより速やかに冷却する。
このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御することで、燃料電池システム１００内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にする。
なお、本実施の形態８においては、異常停止処理では、通常停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作時間及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作時間を多くなるように制御することで、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量及び熱交換器１０６を通過する冷却水及び貯湯水の少なくともいずれか一方の通流量が多くなるように制御する形態を採用しても構わない。具体的には、燃焼空気供給器１１７の操作量が通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作時に比して大きくなるよう制御し、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の少なくともいずれか一方の操作量が、通常の停止処理の燃料電池１０１の排熱回収動作時に比して大きくなるよう制御することで、実現される。
また、熱交換器１０６を通流する冷却水量及び貯湯水量を増加させるために、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の操作量を通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作時よりも増加させる形態を採用できるが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、第１流量調整器が、第１ポンプ１０７と、燃料電池１０１を通過後の冷却水が熱交バイパス経路２０８と熱交換器１０６とのそれぞれに流入する流量を調整する流量調整器（例えば、混合弁２０９）と、で構成される場合、混合弁２０９を制御して、熱交換器１０６側に流入する冷却水量を増加させる形態を採用しても構わない。なお、この場合、制御器１１０は、上記混合弁２０９の制御とともに、第１ポンプ１０７の操作量を維持または増加させるように、第１ポンプ１０７を制御する。
また、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００においては、異常停止処理は、第１の異常が検知された場合や第２の異常が検知された場合に限らず、燃料電池システムの発電運転を停止することが必要な異常が検知された場合には、通常の停止処理に比して、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなる停止処理が実行される形態を採用した。しかしながら、停止処理完了後にメンテナンス作業を必要としない第１の異常が検知された際の異常停止処理については、通常の停止処理と同様の燃料電池１０１の排熱回収動作及び水素生成装置１０２の冷却動作を実行する形態を採用しても構わない。これにより、第１の異常が検知された場合の異常停止処理においては、メンテナンス作業への移行性を向上させるための燃料電池１０１の排熱回収動作や水素生成装置１０２の冷却動作が実行されない。従って、次回起動時において、燃料電池システム１００を構成する機器（例えば、水素生成装置１０２、燃料電池１０１等）を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、燃料電池システム１００の起動性が向上する
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムは、燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、制御器が、異常検知器により水素生成装置に関係する異常が検知され実行される異常停止処理においては、通常停止処理時よりも改質器の冷却量が増加するよう燃焼空気供給器を制御するとともに、燃料電池の冷却量は通常停止時と同等になるよう第１流量制御器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常を指す。例えば、原料ガス流量の異常、改質器の温度異常、バーナの燃焼異常等が例示される。また、「水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常を指す。例えば、冷却水の温度異常、酸化剤ガスの流量異常、冷却水タンクの水位異常、凝縮水タンクの水位異常等が例示される。
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常を検知後（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常が検知された場合）の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、制御器１１０は、水素生成装置１０２の冷却動作については、上述した実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様に行い、一方、燃料電池１０１の排熱回収動作については、通常の停止処理と同様に行う。以下、図１９を参照しながら説明する。
図１９は、本実施の形態９に係る燃料電池システム１００の異常停止処理を示すフローチャートである。
図１９に示すように、異常判定器１１０ａが、水素生成装置１０２に関係する燃料電池システム１００の停止を伴う異常と判定した場合、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２の停止動作及び燃料電池１０２の停止動作が行われる（ステップＳ７００〜ステップＳ７０２）。その際に、バーナ１０２ａの燃焼停止後において、燃焼空気供給器１１７により供給される空気により水素生成装置１０２の冷却動作が実行される（ステップＳ７０３）。また、燃料電池１０２の発電停止後に、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は動作が実行され、燃料電池１０１の排熱回収動作が実行される（ステップＳ７１２）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
その後、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても（ステップＳ７０６）、燃焼空気供給器１１７の動作を継続させる（ステップＳ７０７）。
一方、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は、改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下すると、その動作を停止させる（ステップＳ７１６）。すなわち、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（ステップＳ７０９、Ｓ７１０）を行い、燃焼空気供給器１１７の動作を停止し（ステップＳ７１１）、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。なお、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、燃料電池１０１の排熱回収動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、発電停止後の燃料電池１０１の冷却量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。また、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作もＦＰパージが完了するまで継続されているが、通常の停止処理時よりも冷却量が多くなるよう設定されていればこれに限定されるものではない。
すなわち、本実施の形態９に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置に関する異常検知に伴う異常停止処理においては、燃料電池１０１は、通常の停止処理時と同等の冷却量になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８を停止させて、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する点が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
このように本実施の形態９に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う水素生成装置１０２内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、燃料電池システム１００の燃料電池１０１については、冷却動作を、燃料電池の冷却量が通常停止処理と同等になるように第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８が制御され、メンテナンス作業の必要のない燃料電池１０１の冷却量が抑制されるので、第１ポンプ及び第２ポンプの動作に消費されるエネルギーが抑制される。 （実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システムは、燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、制御器が、異常検知器により水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常が検知された場合は、通常停止処理時よりも燃料電池の冷却量が増加するよう第１流量制御器を制御するとともに、改質器の冷却量は異常停止処理時の冷却量より少なくなるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常を指す。例えば、冷却水の温度異常、酸化剤ガスの流量異常、冷却水タンクの水位異常、凝縮水タンクの水位異常等が例示される。
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知し（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常以外の燃料電池１０１に関係する異常を検知した場合）、該異常検知後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、制御器１１０は、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知した場合に、燃料電池１０１の排熱回収動作については、上述した実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様に通常の停止処理時よりも排熱回収量が多くなるよう排熱回収動作を行い、一方、水素生成装置１０２の冷却動作については、通常の停止処理時の冷却量と同等になるよう実行する。
まず、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常について、図２０を参照しながら説明する。図２０は、本発明における燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常の例を示す表である。
本発明において、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常には、水素生成装置１０２に関係する異常以外の燃料電池１０１に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と水素生成装置１０２以外の燃料電池１０１に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）とを含んで規定されている。つまり、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１３１〜１４０が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、燃料電池システムが待機状態に移行される異常をいう。
また、第２の異常とは、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、燃料電池システムが待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１３１〜１４０によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、燃料電池システムが起動処理を開始しない異常をいう。ここで、メンテナンスとは、燃料電池システム１００が設置されている場所にまで、メンテナンス作業員が来て、燃料電池システム１００の異常回復作業や修理等の作業を行うことをいう。
そして、図２０に示すように、本実施の形態においては、第１の異常として、冷却水温度異常と第１ポンプ異常を規定している。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第１の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第１の異常と規定してもよい。
冷却水温度異常とは、冷却水供給経路５１から燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃの上流端に供給される冷却水、又は冷却水流路１０１ｃの下流端から冷却水排出経路５２に排出される冷却水の温度を温度検知器（ここでは、冷却水流路１０１ｃの下流端から冷却水排出経路５２に排出される冷却水の温度を検知する温度検知器１３７）が検知し、検知した温度が過昇温又は過降温したような場合の異常をいう。
また、第１ポンプ異常とは、第１ポンプ１０７が、正常に作動しないことをいう。例えば、第１ポンプ１０７にゴミが混入したために、第１ポンプ１０７は、第１ポンプ１０７の操作量下限以上で作動するが、第１ポンプ１０７の動作を検知する回転検知器（図示せず）で、ポンプの回転動作や往復動作に伴うパルス出力が所定時間出力されない場合、つまり、ポンプの動作が所定時間検出されない場合、制御器１１０は、第１ポンプ１０７の操作量を増加させる信号を出力する。そして、第１ポンプ１０７から、この信号に基づいても、パルス出力がないような場合、制御器１１０は、第１ポンプ１０７が異常であると判定し、当該異常は、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常と判定される。ここで、本異常を第１の異常として扱う理由は、第１ポンプ１０７のメンテで交換等を必要とする致命的な異常ではなく、ゴミ噛み等の所定の回復処理を実行することで回復可能な異常である可能性もあるからである。なお、上記第１の異常であっても、例えば、同一の異常が、複数回（例えば、３回）／週、又は連続して２回検知されたような場合には、制御器１１０は、第２の異常として判定する場合がある。
また、図２０に示すように、本実施の形態においては、第２の異常として、機器の異常（例えば、冷却水タンク水位検知器の故障、凝縮水タンク水位検知器の故障、流量検知器の故障、冷却水経路に設けられた温度検知器の故障、電圧変換器の故障、換気ファンの故障）、ガス漏れ異常（例えば、燃料ガス流路のガス漏れ異常、酸化剤ガス流路のガス漏れ異常、可燃性ガス漏れ異常）、及び制御器の温度上昇異常が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第２の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第２の異常と規定してもよい。
冷却水タンク水位検知器の故障が想定される異常としては、例えば、冷却水タンク１０４より水抜き動作を実行した場合に、水位検知器１３６で検知される冷却水タンク１０４の水位が、異常判定時間を経過しても所定の閾値以下にならない異常をいう。このような異常は、フロート式の水位センサでフロートが上側に固着した場合に、起こる可能性があることから水位検知器１３５の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
凝縮水タンク水位検知器の故障が想定される異常としては、例えば、第１凝縮水タンク１０５Ａより水抜き動作を実行した場合に、水位検知器１３５で検知される第１凝縮水タンク１０５Ａの水位が、異常判定時間を経過しても所定の閾値以下となる異常が挙げられる。このような異常は、フロート式の水位センサでフロートが上側に固着した場合に、起こる可能性があることから、水位検知器１３６の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常は第２の異常と判定する。
流量検知器の故障が想定される異常としては、例えば、酸化剤ガス供給器１０３の操作量に対して第２流量検知器１３４で検知される酸化剤ガスの流量が許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常、または、第１ポンプ１０７の操作量に対して第３流量検知器１３８で検知される流量が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常が挙げられる。このような異常は、流量検知器内にゴミ詰まりの場合に起こる可能性があることから、流量検知器の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常は第２の異常と判定する。
電圧変換器（インバータ１１８）の故障が想定される異常としては、例えば、温度検知器１３９が検知した制御器１１０の制御基板等の温度が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以上）となる異常が挙げられる。このような異常は、例えば、電圧変換器の回路内でショートが発生した場合に起こる可能性があることから、電圧変換器の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
冷却水経路に設けられた温度検知器の故障が想定される異常としては、例えば、温度検知器１３７、１４１がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
燃料ガス流路のガス漏れ異常とは、例えば、上述したように、燃料電池システム１００の停止処理時から発電開始されるまでの間において、第１切替器７３の第３ポート７３ｃと第４開閉弁７５が閉止され、第２燃料ガス供給経路４２ｂ、燃料ガス流路１０１ａ、及びオフ燃料ガス経路４３に燃料ガスが閉じ込められた状態にあるときに、第１圧力検知器１３１で検知される上記封止された燃料ガス経路内の圧力が、所定の閾値以下となる異常をいう。このような異常は、例えば、燃料電池１０１が破損し、燃料ガス流路１０１ａから燃料ガスが漏れ出たような場合や第１切替器７３及び／又は第４開閉弁７５が故障して、燃料ガスを閉止することができなくなったような場合に起こる可能性があり、これらの場合に燃料電池システム１００の停止後に運転を再開しても運転を継続することは困難であることから、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
酸化剤ガス流路のガス漏れ異常とは、例えば、上述したように、燃料電池システム１００の停止処理時から発電開始される迄の間において、第３開閉弁７４と第５開閉弁７６が閉止され、パージガス流路に原料ガスが閉じ込められた状態にあるときに、第２圧力検知器１３３で検知される上記封止された酸化剤ガス経路内の圧力が、所定の閾値以下となる異常をいう。このような異常は、例えば、燃料電池１０１が破損し、酸化剤ガス流路１０１ｂから原料ガスが漏れ出たような場合や第３開閉弁７４及び／又は第５開閉弁７６が故障して、原料ガスを閉止することができなくなったような場合に起こる可能性があり、これらの場合に燃料電池システム１００の停止後に運転を再開しても運転を継続することは困難であることから、制御器１１０は、第２の異常と判定する。
可燃性ガス濃度異常とは、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）内に可燃性ガスが漏れて、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。制御器１１０は、当該異常を第２の異常として判定する。
換気ファンの故障が想定される異常としては、例えば、制御器１１０が、換気ファン１１９の動作開始信号を出力後、換気ファン１１９のファン回転数を検知する回転検知器（図示せず）により回転が検知できない時間が所定時間以上継続する異常が挙げられる。このような異常は、例えば、換気ファン１１９にゴミ詰まりが発生した場合に起こる可能性があることから、換気ファン１１９の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
制御器１１０の温度上昇異常としては、温度検知器１３９が検知した制御器１１０の制御基板等の温度が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常が挙げられ、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
なお、上記で例示したような異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、本発明の異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが本発明の異常検知器として機能する。
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００において、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知した場合の異常停止処理について、図２１を参照しながら説明する。
図２１は、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の異常停止処理を示すフローチャートである。
図２１に示すように、異常判定器１１０ａが、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常と判定した場合、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２の停止動作及び燃料電池１０２の停止動作が行われる（ステップＳ７００〜ステップＳ７０３）。一方、燃料電池１０１については発電を停止し（ステップＳ７１２ａ）、発電停止後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を行い、燃料電池１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を継続する（ステップＳ７１２）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
その後、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下すると（ステップＳ７０６）、燃焼空気供給器１１７の動作を停止させる（ステップＳ７０７ａ）。すなわち、水素生成装置１０２の冷却動作を停止する。
一方、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は、改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続させる（ステップＳ７１５）。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、自然放冷により、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（ステップＳ７０９、Ｓ７１０）を行い、ＦＰパージ処理が終了すると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止し（ステップＳ７１６）、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。なお、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、改質器１０１の冷却動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、燃焼器の燃焼停止後の改質器１０１の冷却量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。また、燃料電池１０１の排熱回収動作も、ＦＰパージ処理が完了するまで継続されているが、通常の停止処理時よりも排熱回収量が多くなるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。
すなわち、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常を検知して実行される異常停止処理においては、改質器１６の冷却量を通常の停止処理時と同等の冷却量になると、燃焼空気供給器１１７を停止させて、水素生成装置１０２の冷却動作を停止する点実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
このように本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う燃料電池システム１００内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。一方、水素生成装置１０２については、改質器１６の冷却を通常の停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７が制御され、メンテナンス作業の必要のない水素生成装置１０２の冷却量が抑制されるので、燃焼空気供給器１１７の動作により消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システムは、制御器が、異常検知器がメンテナンスが不要な水素生成装置に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、水素生成装置及び燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器及び第１流量制御器を制御し、異常検知器がメンテナンスが必要な水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、通常停止処理時よりも改質器の冷却量が増加するよう燃焼空気供給器を制御するとともに、燃料電池の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する第１の異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常のうちメンテナンスが不要な異常を指す。例えば、バーナの失火異常が挙げられる。「水素生成装置に関係する第２の異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常のうちメンテナンスが必要な異常を指す。例えば、機器の故障（温度検知器故障、ＣＯセンサ故障）、ガス漏れ異常等が例示される。
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１４０〜１４５の検知値に基づき異常を検知（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常を検知した場合）及びその後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
まず、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常（特に、水素生成装置１０２に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常）としては、実施の形態８と同様に図４に示す異常が挙げられる。
本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、水素生成装置１０２に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と水素生成装置１０２に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）とを含んで規定されている。つまり、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１４０〜１４５が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、燃料電池システムが待機状態に移行される異常をいう。
また、第２の異常とは、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、燃料電池システムが待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１４０〜１４５によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、燃料電池システムが起動処理を開始しない異常をいう。
次に、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図２２を参照しながら説明する。
図２２は、図１２に示す燃料電池システム１００における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
図２２に示すように、まず、燃料電池システム１００の発電運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４ａに進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５ａに進む。
ステップＳ２０４ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第１異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し（ステップＳ２０４）、本プログラムを終了する。なお、上記第１異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作等）も実行される。
また、ステップＳ２０５ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第２異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行する（ステップＳ２０５）。なお、上記第２異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作等）も実行される。
ここで、図２３を参照しながら、第１の異常の一例であるバーナ１０２ａの失火異常の場合における第１異常停止処理について説明する。図２３は、図２２に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
図２３に示すように、燃料電池システム１００の発電運転中において着火検知器１４１の検出値に基づき異常判定器１１０ａが失火異常と判定した場合、また、燃料電池１０１に対する停止動作として、酸化剤ガス供給器１０３等が停止され、各開閉弁が閉止される（ステップＳ７００）。水素生成装置１０２に対する停止動作として、まず、原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行することで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ７０１）。これにより、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止し、また、燃料電池１０１の発電が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
次に、燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御によりバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、バーナ１０２ａへの燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０２）。そして、上記冷却動作により水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。
停止処理におけるカソードパージ処理が完了し（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後において、燃焼空気供給器１１７を動作させ、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０６）。温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下になると（ステップＳ７０７）、燃焼空気供給器１１７を停止させて、ＦＰ冷却動作を停止し（ステップＳ７１１）、燃料電池システム１００を待機状態に移行させる（ステップＳ７１８）。
一方、燃料電池１０１側の停止動作としては、酸化剤ガス供給器１０３の動作を停止し、燃料電池１０１の発電を停止（ステップＳ７１２ａ）した後において、図２３に示すように、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８を動作させ、燃料電池（ＦＣ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ））１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を実行する（ステップＳ７１２）。そして、カソードパージ処理が実行される際に、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
また、カソードパージ処理が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開し、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。そして、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止し、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１６）。
なお、本実施の形態１１においては、第１異常停止処理として、通常の停止処理と同様の停止動作が実行されたが、通常の停止処理と共通した停止動作（改質器１０６の冷却動作及び燃料電池１０１からの排熱回収動作）以外の部分においては、異常内容によっては当該異常に対応する異常回復処理を付加するよう構成されていても構わない。
また、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、改質器１０１の冷却動作及び燃料電池からの排熱回収動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、改質器１０１の冷却量及び燃料電池からの排熱回収量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。
一方、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の第２異常停止処理は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様の処理が行われる。すなわち、水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理においては、改質器１６の冷却量が通常の停止処理時よりも増加するよう燃焼空気供給器１１７が制御され、燃料電池１０１の排熱回収量が、通常の停止処理と同等になると第１ポンプ及び第２ポンプを停止させて、排熱回収動作が停止される。
このように本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００では、第２異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う水素生成装置１０２内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、燃料電池システム１００の燃料電池１０１については、冷却動作を通常の停止処理と同様に、改質器の温度ｔ１が待機可能温度以下になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８が制御され、メンテナンス作業の必要のない燃料電池１０１の冷却量が抑制されるので、第１ポンプ及び第２ポンプの動作に消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理及び第１異常停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システムは、制御器が、異常検知器がメンテナンスが不要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、水素生成装置及び燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器及び第１流量制御器を制御し、異常検知器が、メンテナンスが必要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、通常停止処理時よりも燃料電池の冷却量が増加するよう第１流量制御器を制御するとともに、改質器の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「メンテナンスが不要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第１の異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常のうちメンテナンスが不要な異常を指す。例えば、冷却水の温度異常等が例示される。また、「メンテナンスが必要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第２の異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常のうちメンテナンスが必要な異常を指す。例えば、冷却水タンク、凝縮水タンクの水位異常、冷却水温度検知器の故障、酸化剤ガス漏れ異常等が例示される。
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知し（すなわち、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常を検知した場合）、該異常検知後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
まず、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、実施の形態１０に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）と、を含んで規定されている（図２０参照）。
そして、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００では、実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と同様に、図２２に示す燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）を行う。このとき、第２の異常を検知した場合の第２異常停止処理（ステップＳ２０５ａ）が、上記実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、第２異常停止処理は、燃料電池１０１の冷却量が多くなるように第１ポンプ１０７が制御され、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量は、通常停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７が制御される。なお、第１異常停止処理（ステップＳ２０４ａ）については、実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う（図２３参照）。
一方、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００における第２異常停止処理（ステップＳ２０５ａ）については、実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様の処理を行う（図２１参照）。
このように本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００では、第２異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う燃料電池システム１００内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、水素生成装置１０２については、改質器１６の冷却量が通常停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７を制御することで、メンテナンス作業の必要のない水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が抑制されるので、燃焼空気供給器１１７で消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理及び第１異常停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
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。したがって、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。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムは、運転時に異常が生じた場合、水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業への移行を迅速化させることが可能になるため、燃料電池の技術分野で有用である。
１ 容器
２ 外筒
３ 内筒
４ 断熱部材
５ 底板
６ 板部材
７ 蓋部材
８ 内筒用底板
９ 輻射筒
１０ 燃焼排ガス流路
１１ 燃焼排ガス出口
１２ 原料ガス供給口
１３ 水供給口
１４ 改質触媒層
１５ 予熱部
１６ 改質器
１７ 緩衝空間部
１８ 空間
１９ 水素含有ガス流路
２０ 仕切り板
２１ 仕切り板
２２ 変成触媒収容空間
２３ 変成触媒層
２４ 変成器
２５ 空気混合部
２６ 酸化触媒収容空間
２７ 酸化触媒層
２８ 浄化器
２９ 出口（貫通孔）
３０ 空気供給口
３１ 入口（貫通孔）
３２ 燃料ガス出口
４１ 原料ガス供給経路
４２ 燃料ガス供給経路
４２ａ 第１燃料ガス供給経路
４２ｂ 第２燃料ガス供給経路
４３ オフ燃料ガス経路
４４ 燃料ガスバイパス経路
４５ 第１凝縮水経路
４６ 酸化剤ガス供給経路
４７ 酸化剤ガス排出経路
４８ 第２凝縮水経路
４９ パージガス供給経路
５０ カソードパージガス排出経路
５１ 冷却水供給経路
５２ 冷却水排出経路
５３ 水供給路
５４ 貯湯水供給路
５５ 貯湯水経路
５６ 燃焼空気供給経路
５７ 改質用水供給経路
５８ 選択酸化用空気供給路
５９ 燃焼排ガス経路
６１ 吸気口
６２ 排気口
７１ 第１開閉弁
７２ 第２開閉弁
７３ 第１切替器
７３ａ 第１ポート
７３ｂ 第２ポート
７３ｃ 第３ポート
７４ 第３開閉弁
７５ 第４開閉弁
７６ 第５開閉弁
７７ 第６開閉弁
７８ 第７開閉弁
１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池
１０１ａ 燃料ガス流路
１０１ｂ 酸化剤ガス流路
１０１ｃ 冷却水流路
１０２ 水素生成装置
１０２ａ バーナ（燃焼器）
１０３ 酸化剤ガス供給器
１０４ 冷却水タンク
１０５ 凝縮水タンク
１０６ 熱交換器（放熱器）
１０７ 第１ポンプ（第１送出器）
１０８ 第２ポンプ（第２送出器）
１０９ 貯湯タンク
１１０ 制御器
１１１ パッケージ
１１２ 原料ガス供給器（原料供給器）
１１２ａ ブースターポンプ
１１２ｂ 流量調整弁
１１３ 第３ポンプ
１１４ 第１凝縮器
１１４ａ 一次流路
１１４ｂ 二次流路
１１５ 第２凝縮器
１１５ａ 一次流路
１１５ｂ 二次流路
１１６ 選択酸化用空気供給器
１１７ 燃焼空気供給器
１１８ インバータ
１１９ 換気ファン
１２０ リモコン（操作器）
１２０ａ 表示部
１２０ｂ キー操作部
１２１ 放熱器（冷却器）
１２２ ポンプ
１２３ 蓄熱器
１４０ 可燃性ガスセンサ
１４１ 着火検知器
１４２ ＣＯセンサ
１４３ 温度検知器
１４４ 温度検知器
１４５ 温度検知器
１４６ 温度検知器
２０６ 切替器
２０７ バイパス経路
本発明は、水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、水素生成装置の異常を検知した場合に停止処理を行うものに関する。
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。燃料電池システムでは、外部から燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガスを燃料電池に供給して、この供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行うとともに、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に貯え、この湯水を外部への熱供給に有効利用するシステムである。
このような燃料電池システムにおいて、発電時に用いられる水素ガスは、その供給設備が一般的なインフラとして整備がされていないため、例えば都市ガス、ＬＰＧ等の既存のインフラから得られる原料を改質器にて水蒸気改質反応させて、水素を含有する改質ガスを生成し、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成器及び浄化器で充分に低減して、燃料ガスを生成する水素生成装置を、燃料電池に併設することが一般的である。
ところで、水素生成装置の停止処理において、水素生成装置を封止し、改質触媒を加熱するためのバーナに燃焼空気を供給するバーナブロアからの空気を燃料電池の運転時よりも多く供給することで改質触媒を速やかに強制冷却する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）
特開平２−１３２７７０号公報 特開２００５−１６２５８０号公報
ところで、水素生成装置が異常停止すると、その後メンテンス作業が必要な場合があるが、その場合、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度までより早く降温させることが求められる。しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料電池システムの停止処理中における冷却動作は、上記要求に対して何ら考慮されてない。
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、停止処理を実行する場合の状況に応じて水素生成装置の冷却動作が実行される水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、異常を検知する異常検知器と、前記異常検知器により異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御する制御器と、を備える。
これにより、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常停止処理時の方が前記通常停止処理時よりも、前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記通常停止処理時の方が前記異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常停止処理時は、前記水素生成装置の定格運転時の前記燃焼空気供給器の操作量よりも大きい操作量に強制的に増加させてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、前記制御器は、前記異常停止処理時は前記通常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器に前記ガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、前記制御器は、前記異常停止処理時の方が、前記通常停止処理時よりも前記補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるための流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常停止処理時における前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態であって、前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記流量制御器を動作させるように構成されていてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常検知器が機器故障、ガス漏れ異常を検知すると、前記通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記異常検知器によりメンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりもメンテナンスが必要な第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、水素生成装置の起動性の低下を抑制することが可能になる。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器にガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御してもよい。
また、本発明に係る水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるための流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時における前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態であって、前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記流量制御器を動作させるように構成されていてもよい。
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第１の異常は、起動停止処理時及び停止処理時の少なくとも一方における失火異常であってもよい。
さらに、本発明に係る水素生成装置では、前記第２の異常は、機器故障及びガス漏れ異常の少なくともいずれか一方の異常であってもよい。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
これにより、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係する異常が検知され実行される異常停止処理においては、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう前記第１流量制御器を制御してもよい。
これにより、異常停止処理において改質器及び燃料電池を共に通常停止処理時よりも冷却量が増加させる場合に比して、よりエネルギー消費量を低減して、水素生成装置のメンテナンス作業に移行することが可能になる。
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記異常検知器が、メンテナンスが必要な前記水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時または通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、水素生成装置の起動性の低下を抑制することが可能になり、ひいては、燃料電池システムの起動性の低下を抑制することが可能になる。
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係せず、前記燃料電池に関係する異常が検知された場合は、前記通常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記通常停止処理時の同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常停止処理において改質器及び燃料電池を共に通常停止処理時よりも冷却量が増加させる場合に比して、よりエネルギー消費量を低減して、燃料電池または水素生成装置以外の燃料電池に関係する機器のメンテナンス作業に移行することが可能になる。
さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記異常検知器が、メンテナンスが必要であり、かつ前記水素生成装置には関係せず、前記燃料電池に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時または通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
これにより、異常の内容に応じて適切に冷却動作を実行し、メンテナンス作業への移行を迅速化させるとともに、燃料電池システムの起動性の低下を抑制することが可能になる。
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。
本発明に係る水素生成装置によれば、運転時に異常が生じた場合、通常の停止処理よりも水素生成装置の冷却量を増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業への移行を迅速化させることが可能になる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態２の水素生成装置における通常停止処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明における異常の区分を示す表である。 図５は、図２に示す水素生成装置における制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図６は、図５に示す異常停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置における制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図１０は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１１は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第２異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図１３は、図１２に示す燃料電池システム１００の他の構成を示す模式図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。 図１５は、本発明の実施の形態８の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。 図１６は、図１２に示す燃料電池システムにおける制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図１７は、図１６に示す異常検知による停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。 図１８は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムにおける貯湯制御の概要を示すフローチャートである。 図１９は、本実施の形態９に係る燃料電池システムの異常停止処理を示すフローチャートである。 図２０は、本発明における燃料電池システムの運転停止を伴う異常の例を示す表である。 図２１は、本実施の形態１０に係る燃料電池システムの異常停止処理を示すフローチャートである。 図２２は、図１２に示す燃料電池システムにおける制御器の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。 図２３は、図２２に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
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。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
［水素生成装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置１０２は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１６と、改質器１６を加熱する燃焼器１０２ａと、燃焼器１０２ａに燃焼空気を供給する燃焼空気供給器１１７と、異常を検知する異常検知器１１０ａと、異常検知器１１０ａにより異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも改質器１６の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器１１７を制御する制御器１１０と、を備える。
これにより、水素生成装置１０２に異常が発生した場合に、通常の停止処理よりも改質器１６、ひいては水素生成装置１０２の冷却量が増加するため、水素生成装置１０２の低温化が促進され、メンテナンス作業により速やかに移行することができる。
ここで、上記「通常停止処理」とは、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。通常停止処理として、例えば、水素生成装置１０２で生成した水素を利用する水素利用機器において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理が挙げられる。また、水素利用機器が、水素タンクであり、水素生成装置１０２の運転中に水素タンクの容量が満ちた状態になった場合に実行される停止処理が挙げられる。他には、水素利用機器が燃料電池である場合に、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。また、燃焼空気供給器１１７は、燃焼空気供給経路５６を介して、燃焼器１０２ａに燃料用空気を供給する。
検知器１４０ａは、水素生成装置の状態に関する物理量を検知するセンサであり、例えば、改質器１６の温度検知器、燃焼器１０２ａの着火検知器、燃焼空気供給器１１７から供給される空気流量計、燃焼空気供給器１１７の回転数検知器、原料ガス供給器１１２から供給される原料ガス流量計、水素生成装置１０２の筐体内の可燃ガスセンサ等が例示される。
また、異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、検知器１４０ａの検出値に基づき各種異常を判定する。なお、水素生成装置の異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが異常検知器として機能する。
原料ガス供給器１１２は、水素生成装置１０２に供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースターポンプと流量調整弁との組合せや、流量調整弁単体で構成されている。
水供給器１０５は、蒸発器１５に供給される改質用水の流量を調整する機器であり、例えば、ポンプ等で構成される。
本実施の形態の水素生成装置においては、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御して、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも、改質器１６の冷却量が多くなるよう制御するよう構成されている。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る水素生成装置は、制御器が、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも、改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御する態様の一例を示すものである。
［水素生成装置の構成］
図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図２においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置１０２は、燃焼空気供給器１１７、原料ガス供給器（原料供給器）１１２、水供給器１０５、酸化用空気供給器１１６、制御器１１０、異常判定器１１０ａ、リモコン１２０、ハウジングからなるパッケージ１１１、及び各検知器１４０〜１４５を備えており、使用者がリモコン１２０を操作することにより、水素生成装置１０２の運転開始及び運転停止を行うことができるように構成されている。パッケージ１１１内部には、水素生成装置１０２等の各機器が収納されている。なお、上記異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき各種異常を判定する。
また、水素生成装置１０２は、ここでは、円筒状に形成されており、中心軸を共有する容器１、外筒２、及び内筒３を有している。容器１は、上部に大径部が形成され、その下部に大径部より径の小さな小径部が形成された段付き円筒で構成されている。容器１の下端は、底板５により閉止されており、その上端は、環状の板部材６を介して外筒２と接続されている。なお、容器１の外側には、断熱部材４が容器１を覆うように設けられている。
外筒２及び内筒３の上端は、蓋部材７により閉止されている。一方、外筒２の下端は開放されていて、内筒３の下端は、内筒用底板８により閉止されている。内筒３の内部には、円筒状の輻射筒９が設けられている。
輻射筒９の上端は、蓋部材７により閉止されており、その下端は、開放されている。輻射筒９と内筒３との間に形成された筒状の空間は、燃焼排ガス流路１０を構成する。燃焼排ガス流路１０の下流端近傍（内筒３の上部）には、燃焼排ガス出口１１が設けられている。該燃焼排ガス出口１１には、燃焼排ガス経路５９の上流端が接続されており、その下流端は、パッケージ１１１の外部に開口されている。
輻射筒９の内部には、蓋部材７を貫通して下方に伸びるようにバーナ（燃焼器）１０２ａが配設されている。また、輻射筒９の内部には、着火検知器１４１及びＣＯセンサ１４２が設けられている。着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されていて、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、ここでは、着火検知器１４１として、フレームロッドを使用し、ＣＯセンサ１４２として、ＣＯ濃度センサを使用している。
バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されていて、その上流端は、燃焼空気供給器１１７に接続されている。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
また、原料ガス供給器１１２より原料ガス供給口１２に導入された原料ガスが水素生成装置１０２内部を通過して、水素利用機器１０１をバイパスするバイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料として供給される。これにより、バーナ１０２ａでは、原料ガス供給器１１２から供給された燃焼燃料を、燃焼空気供給器１１７から供給された燃焼空気で燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。
外筒２の上部には、原料ガス供給口１２が設けられていて、該原料ガス供給口１２には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁７１、原料ガス供給器１１２、及び第２開閉弁７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。また、原料ガス供給器１１２は、水素生成装置１０２に供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースターポンプと流量調整弁との組合せや、流量調整弁単体で構成されている。
また、外筒２の上部には、水供給口１３が設けられており、該水供給口１３には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されている。改質用水供給経路５７の上流端には、水供給器１０５が接続されている。水供給器１０５は、改質用水供給経路５７に改質用水を供給し、かつ、改質用水供給経路５７を通流する改質用水の流量を調整する。
外筒２と内筒３との筒状空間の下部は、改質触媒収容空間が構成されていて、該改質触媒収容空間には、改質触媒が充填された改質触媒層１４が形成されている。また、改質触媒収容空間の上方には、原料ガス及び改質用水を予熱する蒸発部１５が構成されている。そして、改質触媒収容空間、改質触媒層１４から改質器１６が構成される。これにより、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から供給された原料ガス（メタン）と、水供給器１０５から供給された改質用水と、を蒸発部１５で予熱し、予熱した原料ガスと改質用水を改質触媒層１４で水蒸気改質反応させることにより、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
また、底板５と内筒用底板８との間には、空間が形成されていて、該空間が緩衝空間部１７を構成する。緩衝空間部１７の底板５の中央部分には、温度検知器１４３が配設されている。
温度検知器１４３は、改質器１６を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を改質器１６の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４３を改質器１６の下流端よりも下方に設け、改質器１６を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、改質器１６の改質触媒層１４の内部に設け、改質器１６の改質触媒層１４を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
また、容器１と外筒２との間には、筒状の空間１８が緩衝空間部１７と連通するように形成されており、該空間１８と緩衝空間部１７が、水素含有ガス流路１９を構成する。これにより、改質器１６を通流した水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から緩衝空間部１７へ流出し、底板５の底壁に当たって反転して、水素含有ガス流路１９を流通する。
水素含有ガス流路１９の上方にある、容器１の大径部と外筒２との筒状空間には軸方向に所定の間隔をおいて、一対の仕切り板２０、２１が配設されていて、該一対の仕切り板２０、２１によって、上記筒状空間が、変成触媒収容空間２２、空気混合部２５、及び酸化触媒収容空間２６に分割されている。
変成触媒収容空間２２には、変成触媒が充填された変成触媒層２３が形成されていて、変成触媒収容空間２２と変成触媒層２３から変成器２４が構成されている。また、仕切り板２０には、変成器２４と空気混合部２５とを連通するように複数の貫通孔２９が設けられており、該貫通孔２９が、変成器２４の出口２９を構成する。これにより、水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入する。そして、水素含有ガスが、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、二酸化炭素と水素が生成され、一酸化炭素を低減させる。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。
空気混合部２５を形成する容器１には、一酸化炭素酸化反応用の空気を供給する空気供給口３０が設けられている。空気供給口３０には、酸化用空気供給路５８の下流端が接続されていて、その上流端は、酸化用空気供給器１１６が接続されている。これにより、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。
また、空気混合部２５における変成器２４の出口２９の上方には、温度検知器１４４が設けられている。温度検知器１４４は、変成器２４を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を変成器２４の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４４を変成器２４の出口２９よりも上方に設け、変成器２４を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、変成器２４の変成触媒層２３の内部に設け、変成器２４の変成触媒層２３を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
酸化触媒収容空間２６には、酸化触媒が充填された酸化触媒層２７が形成されていて、酸化触媒収容空間２６と酸化触媒層２７から浄化器２８が構成されている。また、仕切り板２１には、空気混合部２５と浄化器２８とを連通するように複数の貫通孔３１が設けられており、該貫通孔３１が、浄化器２８の入口３１を構成する。さらに、空気混合部２５における浄化器２８の入口３１の下方には、温度検知器１４５が設けられている。温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を浄化器２８の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４５を浄化器２８の入口３１よりも下方に設け、浄化器２８を通流する前の燃料ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、浄化器２８の酸化触媒層２７の内部に設け、浄化器２８の酸化触媒層２７を通流する燃料ガスの温度を検知するように構成してもよい。
また、酸化触媒収容空間２６を構成する容器１の上部には、燃料ガス出口３２が設けられている。燃料ガス出口３２には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その下流端には、水素利用機器（例えば、燃料電池）１０１が接続されている。燃料ガス供給経路４２の途中には、燃料ガス弁７９が設けられており、その上流側には、バイパス経路４４の上流端が接続されている。バイパス経路４４の下流端は、バーナ１０２ａに接続されている。また、バイパス経路４４の途中には、バイパス弁８０が設けられている。
これにより、仕切り板２１の貫通孔３１（浄化器２８の入口３１）から、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスが、浄化器２８に流入し、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２を通流して、水素利用機器１０１に供給される。
なお、本実施の形態２の水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、上記変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内をくまなく外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
また、パッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、パッケージ１１１内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
さらに、パッケージ１１１内には、制御器１１０が設けられている。制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、水素生成装置１０２に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理し、特に、記憶部から読み出した異常判定プログラムと各検知器１４０〜１４５から入力されたデータ（物理量）とに基づき、水素生成装置１０２の停止を伴う異常が発生しているかを判定する異常判定器１１０ａとしても機能し、異常判定器１１０ａで異常と判定された場合、後述する水素生成装置１０２の異常停止処理が実行される。
ここで、本明細書において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置１０２の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して水素生成装置１０２を制御するように構成されていてもよい。
なお、本実施の形態においては、制御器１１０が、各検知器１４０〜１４５から入力された検出値が異常であるか否かを判定する構成としたが、これに限定されず、各検知器１４０〜１４５がマイコン等の演算器を備えることにより、それぞれが検知する物理量が異常であるか否かを判定する構成としてもよい。
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の起動処理（起動動作）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が水素生成装置１０２を制御することにより遂行される。
まず、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、その弁を開放し、ついで、原料ガス供給器１１２を動作させることで、水素生成装置１０２及びバイパス経路４４を経由して原料ガスがバーナ１０２ａに導入される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。このとき、着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力する。また、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知した一酸化炭素の濃度を制御器１１０に出力する。
そして、バーナ１０２ａで輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。このとき、燃燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
そして、温度検知器１４３で検知される温度に基づき、制御器１１０が、蒸発部１５の温度が水蒸発可能な温度（例えば、１２０℃）になったと判定すると、第２開閉弁７２を開放するとともに、水供給器１０５の動作を開始させ、水素生成装置１０２の改質器１６の蒸発部１５に、原料ガス供給器１１２から原料ガスが、原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、水供給器１０５から改質用水供給経路５７を介して改質用水が供給される。そして、供給された水が予熱部で加熱されて水蒸気になり、加熱された原料ガスとともに、改質触媒層１４を通流する間に、水蒸気と原料ガスが水蒸気改質反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。
次に、改質器１６で生成された水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から流出して、水素含有ガス流路１９を流通する。水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入し、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、一酸化炭素が低減される。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。このとき、温度検知器１４４は、変成器２４の出口２９から流出した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
次に、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。そして、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスは、浄化器２８の入口３１から浄化器２８に流入する。このとき、温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
次に、浄化器２８に流入した水素含有ガスと空気の混合ガスは、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２に供給される。
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されたと判定して、制御器１１０は、水素生成装置１０２の起動処理を終了する。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の運転処理（運転動作）について説明する。
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度になると、燃料ガス弁７９を開放して、燃料ガスを水素生成装置１０２から水素利用機器１０１に供給させる。なお、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されていない間は、燃料ガス弁７９は閉鎖されて、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスは、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給される。なお、上記のように水素生成装置１０２で生成されたガスが、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給されている間は、制御器１１０の制御により、バイパス弁８０が開放されている。また、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されて燃料ガスが水素利用機器１０１に供給される場合、制御器１１０の制御により燃料ガス弁７９が開放されるとともにバイパス弁８０も開放され、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに導入された燃料ガスの燃焼により水素生成装置１０２の温度が一酸化炭素濃度の低い高品質な水素含有ガスの生成のために適切な温度に維持される。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここで言う通常の停止処理とは、水素生成装置１０２の運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。例えば、水素利用機器１０１において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理であり、具体的には、水素利用機器が、水素タンクであり、水素供給運転中に水素タンクの容量が満ちた状態になった場合に実行される停止処理が挙げられる。他には、水素利用機器が燃料電池であり、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、水素生成装置１０２がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、水素生成装置１０２の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。
以下、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について図３に基づき説明する。図３は、本発明の実施の形態２の水素生成装置１０２における通常停止処理の一例を示すフローチャートである。
まず、制御器１１０により停止指令が出力されると、原料ガス供給器１１２としてのブースターポンプの動作を停止するとともに、水供給器１０５は、その動作を停止する。また、酸化用空気供給器１１６は、その動作を停止する。これにより、水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給が停止し、空気混合部２５への酸化用空気の供給が停止する。そして、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止するとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止し（ステップＳ１０１）、水素生成装置１０２内部を外気と遮断する（水素生成装置の封止動作）。
これにより、ステップＳ１０１によりバイパス弁８０が閉止されるまでの間は、バーナ１０２ａの燃焼が継続するが、ステップＳ１０１でバイパス弁８０が閉止され、バーナ１０２ａへの燃料ガスの供給が停止すると、バーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
次に、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、燃焼空気供給器１１７を動作させ、バーナ１０２ａに供給された燃焼空気により改質器１６等の熱を奪い、改質器１６を含む水素生成装置１０２が冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
そして、上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度ｔ１を検知し（ステップＳ１０２）、検知された温度ｔ１が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ１０４）、水素生成装置１０２の冷却動作を完了する。なお、上記待機可能温度は、水素生成装置１０２が待機状態に移行可能な温度であり、例えば、水素生成装置１０２に原料ガスのみを供給しても炭素析出することのない上限温度として定義される。
そして、水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作が完了すると、水素生成装置１０２は、待機状態に移行する（ステップＳ１０５）。なお、この待機状態とは、次の水素生成装置１０２の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して運転開始要求を行うことや、水素利用機器１０１において水素利用が必要になること等が挙げられる。このため、水素生成装置１０２が待機状態にある場合に、以下で説明されるＦＰパージ処理を実行する前に起動要求が発生すると、上記ＦＰパージ処理を実行しないまま、制御器１１０から起動指令が出力され、上記水素生成装置１０２の次の起動処理が行われる。
上記待機状態において、水素生成装置１０２は自然放冷されるが、その際に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度を検知し（ステップＳ１０６）、検知温度が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及びバイパス弁８０は、それぞれの弁を開放し、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され（ステップＳ１０８）、水素生成装置１０２内に設けられた反応器（改質器１６等）に存在する水蒸気等のガスが、原料ガスによりパージされて、水素生成装置１０２内より掃気される（水素生成装置１０２に対するパージ処理（以下、ＦＰ（Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理開始））。掃気されたガスは、バイパス経路４４を介して、バーナ１０２ａに送出され、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ１０９）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記パージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記パージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。なお、本実施の形態２においては、置換ガスとして原料ガスを用い、原料ガス供給器１１２が、改質器１６に置換ガスを供給する置換ガス供給器を構成するが、これに限定されず、例えば、置換ガスとして、窒素ガス等の不活性ガスを用いても構わない。また、そのような場合、窒素ガス等の不活性ガスを貯蔵し、該不活性ガスを改質器１６に供給するガスボンベを置換ガス供給器として、別途設けるようにしてもよい。
そして、制御器１１０は、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ１を計測し（ステップＳ１１０）、この経過時間Ｔ１がＦＰパージ時間Ｊ１以上になると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、原料ガス供給器１１２を停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及びバイパス弁８０を閉止して（ＦＰパージ処理終了）（ステップＳ１１２）、通常の停止処理を終了する。なお、上記パージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
このように、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも水素生成装置１０２の機能を保護する程度の停止処理（例えば、水素生成装置１０２を外気と遮断する封止動作）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
なお、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作が実行するよう構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、上記冷却動作を実行しない形態を採用しても構わない。具体的には、水素生成装置１０２に、原料ガス供給経路４１より分岐し、バーナ１０２ａに直接、原料ガスを燃焼燃料として供給する燃焼燃料供給路が設けられ、水素生成装置１０２の起動処理の昇温工程において、この燃焼燃料供給路を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料を用いて燃焼するよう構成（アシスト燃焼系）されていてもよい。このように構成された水素生成装置１０２の起動処理においては、水素生成装置１０２の昇温工程において、水素生成装置１０２内に原料ガスのみを通流させる必要がないため、上記冷却動作を実行する必要がない。また、上記アシスト燃焼系を採用した形態でなくても、再起動時に水素生成装置１０２に原料ガス及び水を同時に供給する形態を採用すれば、炭素析出する可能性が低減されるので上記冷却動作を実行する必要がない。
また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理においては、ＦＰパージ処理を実行しているが、これを実行しない形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の各検知器１４０〜１４５により、異常が検知されたときの停止処理（以下、異常検知／停止処理という）について説明する。
まず、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２における各検知器により検知される異常（特に、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常）について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明における異常の区分を示す表である。
本発明において、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常は、第１の異常と第２の異常とを含んで規定されている。つまり、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１４０〜１４５が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、水素生成装置１０２が待機状態に移行される異常をいう。この第１の異常としては、例えば、各異常に対応した所定の回復処理を実行することで、当該異常の回復が見込まれる異常が含まれる。
また、第２の異常とは、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、水素生成装置１０２が待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１４０〜１４５によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、水素生成装置１０２が起動処理を開始しない異常をいう。ここで、メンテナンスとは、水素生成装置１０２が設置されている場所にまで、メンテナンス作業員が来て、水素生成装置１０２の異常回復作業や修理等の作業を行うことをいう。
そして、図４に示すように、本実施の形態においては、第１の異常として、バーナ失火異常を規定している。なお、この異常は例示であり、この異常以外の異常を第１の異常と規定してもよい。
バーナ失火異常とは、水素生成装置１０２内で水素生成反応が開始されて以降の水素生成動作中において、着火検知器１４１が、バーナ１０２ａの着火を検知しないことをいう。
従って、本異常は、水素生成装置１０２の起動処理において、バーナ１０２ａの燃焼開始時における着火異常は含まない。バーナ１０２ａが安定に燃焼し、水素生成装置１０２が昇温して、水蒸気改質反応への移行を開始した後の起動処理及び水素利用機器１０１への燃料ガス供給動作中に発生する失火異常を指す。
本異常の具体例としては、次のような場合が想定される。例えば、水素生成装置１０２の起動処理において、改質器１６が改質反応可能な温度（例えば、５００℃）であるとともに、蒸発部１５の温度が水蒸発可能な温度（例えば、１００℃）になった場合に、原料ガス供給器１１２より供給されている原料ガスに加えて、水供給器１０５より水の供給を開始した場合に、蒸発部１５における水蒸発に伴う体積膨張に伴い、バーナ１０２ａに供給されるガスの流量が変動し、燃焼不安定になる。この場合において、着火検知器１４１によりバーナ１０２ａでの失火が検知され、着火検知器１４１からの検知信号に基づいて、異常判定器１１０ａは、バーナ１０２ａの失火異常であると判定する。ここで、本異常を第１の異常として扱う理由は、原料ガス供給器１１２、燃焼空気供給器１１７等のバーナ１０２ａの燃焼に関係する機器の故障のようにメンテで機器交換等を必要とする致命的な異常ではなく、バーナ１０２ａに供給されるガス（燃焼燃料又は空気）の過渡的な流量変動に伴い偶発的に発生した異常である可能性もあるからである。
なお、上記第１の異常であっても、例えば、再起動後に同一の異常が、複数回（例えば、３回）／週、又は連続して２回検知されたような場合には、第２の異常に該当する異常として、当該異常に対応する停止処理を実行する。
また、図４に示すように、本実施の形態においては、第２の異常として、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第２の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第２の異常と規定してもよい。
温度検知器の故障が想定される異常とは、例えば、各温度検知器１４３〜１４５がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常として扱い、当該異常に対応する停止処理を実行する。
ＣＯセンサの故障が想定される異常とは、ＣＯセンサ１４２が、接触燃焼式のセンサである場合、本センサの検出値が電気抵抗の断線を示す値となる異常が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常と規定する。
燃焼空気供給器の故障が想定される異常とは、例えば、燃焼空気供給器１１７の回転数が、制御器１１０からの操作量に対して、許容範囲外（例えば、目標回転数に対応する設定操作量に対して操作量を増加させても所定時間以上、目標回転数に至らない場合）となる異常が挙げられる。このような異常は、モータ劣化により操作量の指令値に対して所望の回転数が得られない場合に起こる可能性があることから、燃焼空気供給器の故障が想定される異常として、本実施の形態においては、当該異常を第２異常と規定する。
可燃性ガス漏れ異常とは、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、パッケージ１１１内に可燃性ガス（原料ガスや燃料ガス等）が漏れて、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常を第２の異常と規定する。
なお、上記で例示したような異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、本発明の異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが本発明の異常検知器として機能する。
次に、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図５を参照しながら説明する。
図５は、図２に示す水素生成装置１０２における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
まず、水素生成装置１０２の運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された異常に対応する停止処理（以下、異常停止処理という）が実行される。そして、この停止処理を完了すると、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４に進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０４では、上記異常停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ２０５では、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行し、本プログラムを終了する。なお、上記異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）が実行される。
ここで、水素生成装置１０２の運転停止を伴う異常の一例である温度検知器の故障の場合における異常停止処理について説明する。図６は、図５に示す異常停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。なお、温度検知器の故障は、第２の異常に属するが、以下の異常停止処理は、第２の異常が検知された場合に限らず、水素生成装置１０２の運転停止が必要な異常が検知された場合は、水素生成装置１０２の冷却動作について同様に実行されるよう構成されている。つまり、第１の異常が検知された場合においても、水素生成装置１０２の冷却動作について同様の処理が実行される。
図６に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行する（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）ことで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ４００）。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御により、バーナ１０２ａの燃焼停止後に、バーナ１０２ａへ燃焼空気の供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ４０１）。そして、上記冷却動作は、通常の停止処理の場合と異なり、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する（ステップＳ４０２〜Ｓ４０４）。このため、通常停止処理に比して、異常停止処理の方が、改質器１６をより早く冷却することができる。
そして、水素生成装置１０２の上記冷却動作の継続中において温度検知器１４３の検知温度がパージ温度以下になる（ステップＳ４０５〜ステップＳ４０６）と、通常の停止処理の場合と同様にＦＰパージ処理を実行する（図３のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）（ステップＳ４０７〜ステップＳ４１０）。ＦＰパージ処理が完了すると、燃焼空気供給器１１７を停止させ（ステップＳ４１１）、異常停止処理を完了する。ついで、制御器１１０は、水素生成装置１０２を起動不許可状態に移行する（ステップＳ４１２）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が水素生成装置１０２の起動を開始するように、リモコン１２０を操作しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した水素生成装置１０２の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。すなわち、本実施の形態２においては、各検知器１４１〜１４５により第２の異常が検知された場合においては、制御器１１０は、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作することにより、起動指令が制御器１１０の通信部に送信されても、水素生成装置１０２の起動処理を許可しないように構成されている。
なお、上記異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、水素生成装置１０２の定格運転時における供給量よりも多くなるよう制御することが好ましい。具体的には、異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、水素生成装置１０２の定格運転時の操作量よりも大きくなるよう制御する。これにより、水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。ここで、水素生成装置１０２の定格運転とは、水素生成装置１０２の水素供給運転時において、安定して供給可能な最大水素量を供給している運転として定義される。
ここで、上記異常停止処理と通常の停止処理とを比較すると、異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７によるバーナ１０２ａを含む水素生成装置１０２の冷却動作を継続し、水素生成装置１０２をより速やかに冷却するよう制御する点が異なる。
すなわち、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、異常停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるように制御することで、水素生成装置１０２内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にするものである。また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、異常停止処理の方が、通常停止処理に比して、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間が短いため、異常停止処理の方が、通常停止処理に比して、ＦＰパージ処理が早く実行される。
一方、通常の停止処理は、異常停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が少なくなるよう制御されるため、待機状態に移行してからの経過時間によっては、起動処理開始時において水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギー及び時間が削減され、水素生成装置１０２の起動性が向上する可能性がある。
なお、上述の本実施の形態の水素生成装置１０２においては、異常停止処理時においてＦＰパージ処理が完了するまで水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作が実行されたが、本例に限定されるものではなく、異常停止処理時の方が、通常の停止処理時よりも水素生成装置１０２の冷却量が増加するのであればいかなる形態であっても構わない。
また、本実施の形態２においては、異常停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作時間を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量が多くなるように燃焼空気供給器１１７を制御してもよい。具体的には、異常停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量が、通常停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における上記操作量よりも大きくなるよう制御器１１０が燃焼空気供給器１１７を制御することで実現される。
また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２においては、異常停止処理は、第１の異常が検知された場合や第２の異常が検知された場合に限らず、水素生成装置の運転を停止することが必要な異常が検知された場合には、通常の停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が多くなる停止処理が実行される形態を採用した。しかしながら、停止処理完了後にメンテナンス作業を必要としない第１の異常が検知された際の異常停止処理については、通常の停止処理と同様の水素生成装置１０２の冷却動作を実行する形態を採用しても構わない。これにより、第１の異常が検知された場合の異常停止処理においては、メンテナンス作業への移行性を向上させるための水素生成装置１０２の冷却動作が実行されない。従って、次回起動時において、水素生成装置１０２を構成する機器（例えば、改質器１６）を昇温するのに必要なエネルギー及び時間が削減され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る水素生成装置は、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、を備え、異常停止処理時に、燃焼器の燃焼動作が停止している状態において燃焼空気供給器より供給される空気により改質器を冷却する冷却工程において、制御器が、ポンプを動作させるように構成されている態様の一例を示すものである。
図７は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
図７に示すように、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置１０２は、実施の形態２に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、燃焼排ガス経路５９の途中に熱交換器１２１及び熱交換器１２１で熱回収した熱媒体を貯える蓄熱器１２３を備える点が異なる。より具体的には、熱交換器１２１の一次流路１２１ａと燃焼排ガス経路５９を接続し、また、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂに熱媒体を通流するように、熱媒体経路６０を接続する。熱媒体経路６０の途中に、熱媒体経路６０内の水を通流させるためのポンプ１２２を配設する。そして、バーナ１０２ａから排出された燃焼排ガスが、熱交換器１２１の一次流路１２１ａを通流する間に、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂを通流する水と熱交換して、冷却されるように構成する。
次に、本実施の形態の水素生成装置１０２は、運転停止時において、次のように動作する。まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２において、バーナ１０２ａの燃焼を停止する。なお、燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後にバーナ１０２ａより供給される空気によりバーナ１０２ａ内に残留する可燃性ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼空気供給器１１７により供給される空気による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中、ポンプ１２２を動作させて、熱交換器１２１の二次流路１２１ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介した熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。これにより、水素生成装置１０２より熱回収し、燃焼排ガス経路５９を介して水素生成装置１０２外部（パッケージ１１１外部）に排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができる。なお、上記熱回収動作において熱回収した熱媒体を蓄熱器１２３に戻す形態を採用してもいいし、熱媒体経路６０より分岐した経路に設けた放熱器（図示せず）を通過させる形態を採用しても構わない。なお、この場合、上記放熱器は、フィン等を用いた自然放冷でなく、ファンによる空冷、循環水による水冷等に例示される能動的に冷却動作を実行する放熱器が採用される。
また、本実施の形態３の水素生成装置１０２においても、実施の形態２と同様に、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。
また、上記のバーナ１０２ａの燃焼停止時における燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作期間とは、例えば、通常の停止処理においてバーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで動作させる冷却動作期間、または異常停止処理おいてバーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度がパージ温度以下になるまで動作させる冷却動作期間が例示されるが、水素生成装置１０２の運転停止時に、バーナ１０２ａの燃焼が停止した後に燃焼空気供給器１１７による供給される空気により冷却する冷却動作期間であれば、上記例に限定されるものではない。
また、水素生成装置１０２は、異常停止処理時の方が通常停止処理時よりも冷却量が多くなるよう制御されるが、その際に、水素生成装置１０２の冷却動作期間中におけるバーナ１０２ａに供給される燃焼空気量（燃焼空気供給器１１７の操作量）を通常停止処理時よりも多くなるよう制御した場合、燃焼排ガス流路１０を通流する空気により回収される熱量が多くなり、燃焼排ガス経路５９より水素生成装置１０２の外部に排気される排空気の温度が上昇する。このため、制御器１１０は、通常停止処理を行うよりも異常停止処理を行うときの方が、熱交換器１１２の二次流路１１２ｂを通流する熱媒体の流量を多くするようにポンプ１２２を制御することが好ましい。すなわち、制御器１１０は、通常停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量よりも異常停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量の方が多くなるように、冷却器１２１を制御することが好ましい。
このように構成された本実施の形態３に係る水素生成装置１０２であっても、実施の形態２に係る水素生成装置１０２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中において燃焼排ガス経路５９より排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができ、より安全に水素生成装置１０２の停止を行うことができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る水素生成装置は、改質器にガスを供給するガス供給器を備え、水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された改質器内の圧力低下に伴いガス供給器より改質器に前記ガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、制御器が、異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するようガス供給器を制御する態様の一例を示すものである。
まず、本実施の形態の水素生成装置１０２は、停止処理時において、水素生成装置１０２の可燃ガス経路の入口及び出口を閉止して、改質器１６を含むガス経路を閉空間とするための封止動作が実行されるが、その後、水素生成装置１０２の温度低下に伴い内力が低下し、ひいては水素生成装置１０２内が過剰に負圧になり、構成部材にダメージを与える可能性がある。そこで、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２の内圧が水素生成装置１０２の耐負圧限界値よりも大きい所定の圧力閾値Ｐ１以下である場合に、水素生成装置１０２内にガスを補給する補圧処理を実施するよう構成されている。
そして、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２においては、異常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作において、通常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作よりも単位時間当たりの冷却量を増加させるように構成されている。従って、通常停止処理時よりも水素生成装置１０２（改質器１６）の温度の低下速度が速く、圧力低下も速くなるため、制御器１１０は、上記補圧処理の頻度を通常停止処理における補圧処理の頻度よりも増加させるように構成されている。以下に、その詳細について説明する。
まず、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の構成は、図２に示す実施の形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成である。また、通常停止処理については、実施の形態２と同様に水素生成装置１０２の冷却動作が実行される（図３参照）とともに、さらに、補圧処理が実行される。なお、補圧処理については後述する。
また、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理における冷却動作は、実施の形態１に係る水素生成装置１０２の冷却動作（図３のステップＳ１００〜Ｓ１０５参照）と同じである。
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の補圧処理について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置１０２において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。
図８に示されるように、停止処理開始後、水素生成装置１０２の封止動作が実行される（ステップＳ９００）。具体的には、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２の少なくともいずれか一方が閉止されるとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０が閉止される。
次に、上記封止動作により閉空間となる水素生成装置１０２を含むガス経路内に設けられた圧力検知器（図示せず）で検知された圧力値が、上記所定の圧力閾値Ｐ１（例えば、大気圧に対して−５ｋＰａ）以下である場合（ステップＳ９０１でＹｅｓ）に、制御器１１０は、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止したまま、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放させ、原料ガス供給器１１２を制御して、原料ガス供給経路４１より原料ガスを補給させる（ステップＳ９０２）。そして、制御器１１０は、圧力が大気圧以上になった場合に、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２を含むガス経路へのガスの供給を停止させ、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し、補圧処理を終了する。
そして、制御器１１０は、上記補圧動作実行後もステップＳ９０１を定期的（例えば、３０ｓｅｃ毎）に実行し、ガス経路内の圧力が、補圧が必要なレベルにまで低下すれば適宜上記補圧処理を実行する。
なお、上記補圧動作の実行を判断する際に、上記ガス経路内の圧力値を直接検知する圧力検知器の検知圧力値を用いたが、この圧力値と相関する上記ガス経路内の温度検知器（例えば、温度検知器１４３等）の検知温度、時計部で計測された上記圧力値と相関する停止処理開始後の経過時間に基づき上記補圧処理を実行する形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２における異常停止処理について説明する。上記異常停止処理は、実施の形態２に係る水素生成装置１０２の冷却動作と同様のフロー（図６参照）で実施されるが、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気の流量が、通常の停止処理の水素生成装置の冷却動作の場合よりも大きくなるように制御される。具体的には、制御器１１０が、燃焼空気供給器１１７の操作量を、通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量よりも大きい所定の操作量となるように制御する。
上記のように異常停止処理時において、通常の停止処理よりも水素生成装置１０２の冷却速度が上昇するよう冷却動作を実行するので、水素生成装置１０２の温度の低下が通常の停止処理時よりも迅速化され、水素生成装置１０２を含むガス経路内が、補圧が必要なレベルにまで低下する頻度が上昇する。従って、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の異常停止処理においては、通常の停止処理よりも高い頻度で上記補圧動作を実行することにより、水素生成装置１０２内の過剰な負圧化が抑制され、水素生成装置１０２が保護される。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置は、制御器が、異常検知器によりメンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも、メンテナンスが必要な第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置１０２は、図２に示される実施の形態２に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、その停止処理（特に、水素生成装置１０２の冷却動作）が、実施の形態２に係る水素生成装置１０２の停止処理と異なる。以下、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２の停止処理について、詳細に説明する。
図９は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置１０２における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
図９に示すように、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２では、まず、水素生成装置１０２の運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４ａに進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５ａに進む。
ステップＳ２０４ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第１異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し（ステップＳ２０４）、本プログラムを終了する。なお、上記第１異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）も実行される。
また、ステップＳ２０５ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第２異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行する（ステップＳ２０５）。なお、上記第２異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作等）も実行される。
ここで、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２は、第１異常停止処理よりも第２異常停止処理の方が燃料電池の冷却量が多くなるように制御されることを特徴とする。冷却量については、冷却量検知器により検知し、第１異常停止処理では、上記冷却量検知器で検知される冷却量が第１の閾値以上になると上記冷却動作を停止するよう構成され、第２異常停止処理では、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上になると、上記冷却動作を停止するよう構成されることを特徴とする。冷却量検知器としては、例えば、水素生成装置１０２の温度を検知する温度検知器（例えば、温度検知器１４３〜１４５）、冷却動作を開始してからの冷却動作時間を計測する計時器等が挙げられる。又、第１異常停止処理においては、第１の閾値が０、つまり、水素生成装置１０２の冷却動作を実行しなくても構わない。
ここで、第１の異常の一例であるバーナ失火異常の場合における第１異常停止処理について説明する。図１０は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
水素生成装置１０２の水素生成動作中において着火検知器１４１の検出値に基づき異常判定器１１０ａが失火異常と判定した場合、図１０に示すように、図３に基づき説明した通常の停止処理のフローと同様の停止処理が実行される。具体的には、水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行することで、バーナ１０２ａの燃焼動作が停止される（ステップＳ３００）。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。次に、バーナ１０２ａの燃焼動作が停止した後において、燃焼空気供給器よりバーナ１０２ａへ燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ３０１）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になるまで継続し（ステップＳ３０２、ステップＳ３０３）、上記冷却量検知器の一例である温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度以下になると、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７を停止し、水素生成装置１０２の冷却動作を完了する（ステップＳ３０４）。ここで、ステップＳ３０４における待機可能温度は、水素生成装置１０２の冷却動作の停止を判断する上記第１の閾値の一例である。
そして、水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作が完了すると、水素生成装置１０２は、待機状態に移行する（ステップＳ３０５）。そして、待機状態に移行後も、通常の停止処理の場合と同様に、水素生成装置１０２の温度低下に伴いＦＰパージ処理を実行する（図２のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）（ステップＳ３０６〜Ｓ３１１）。なお、待機状態移行後は、起動要求が発生すると、例え、上記ＦＰパージ処理の実行前であっても制御器１１０より起動指令が出力され、起動処理が実行される。
次に、図１１を参照しながら、第２の異常の一例である温度検知器の故障の場合における第２異常停止処理について説明する。図１１は、図９に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第２異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
図１１に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行する（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）ことで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ４００）。
燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御により、バーナ１０２ａでの燃焼停止した後において、バーナ１０２ａへ燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ４０１）。そして、上記冷却動作は、通常の停止処理や第１異常停止処理の場合と異なり、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する（ステップＳ４０２〜Ｓ４０４）。
そして、水素生成装置１０２の上記冷却動作の継続中において温度検知器１４３の検知温度がパージ温度以下になると、通常の停止処理の場合と同様にＦＰパージ処理を実行する（ステップＳ４０５〜Ｓ４１０）。ＦＰパージ処理が完了すると、燃焼空気供給器１１７を停止させ（ステップＳ４１１）、ＦＰ冷却動作を完了する。ついで、制御器１１０は、起動不許可状態に移行する（ステップＳ４１２）。ここで、起動不許可状態とは、上述の起動要求が発生しても、燃料電池システムの起動が許可され、制御器１１０により起動指令が出力されることのない状態を言う。例えば、使用者が水素生成装置１０２の起動を開始するように、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して、運転開始要求を行っても、制御器１１０が、上述した水素生成装置１０２の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。また、パージ温度は、水素生成装置１０２の冷却動作の停止を判断する上記第２の閾値の一例である。
なお、本実施の形態５においては、第２異常停止処理においてＦＰパージ処理を実行するよう構成されているが、異常判定器１１０ａで検知された異常が、ガス漏れ系の異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）である場合は、ＦＰパージ処理中に可燃ガスである原料ガスが水素生成装置１０２のパッケージ１１１内に漏洩する可能性があり危険であるため、本パージ処理を実行しないように構成されることが好ましい。その際には、パージ温度に代えて待機温度よりも低い冷却停止温度を設定し、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度が、上記冷却停止温度以下になるまで、水素生成装置１０２の冷却動作を継続するよう構成されてもよく、また、水素生成装置１０２の封止動作を行ってからの時間を計測し、改質器１６の温度が冷却停止温度以下となる時間を予め実験等で求めておき、当該時間を経過するまで、水素生成装置１０２の冷却動作を継続するよう構成されてもよい。
また、上記第１異常停止処理及び第２異常停止処理においては、冷却量検知器として温度検知器１４３が用いられたが、水素生成装置１０２の冷却動作による冷却量の増加を検知可能な温度検知器であれば、本例に限定されず、水素生成装置１０２内の所定の箇所に設けられた他の温度検知器でも構わないし、冷却動作の継続時間を計測するための計時器等の他の機器であっても構わない。又、待機可能温度、パージ温度は、それぞれ、第１の閾値及び第２の閾値の一例であり、本例に限定されるものではなく、水素生成装置１０２の構成及び設計思想により適宜設定される。
ここで、上記第２異常停止処理と第１異常停止処理とを比較すると、第２異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、第１異常停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７によるバーナ１０２ａを含む水素生成装置１０２の冷却動作を継続し、水素生成装置１０２をより速やかに冷却するよう制御する点が異なる。
すなわち、本実施の形態５に係る水素生成装置１０２では、第２異常停止処理は、第１異常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなるよう制御することで、水素生成装置１０２（改質器１６）の温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にするものである。
一方、第１異常停止処理は、第２異常停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が少なくなるよう制御されるため、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６の温度）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
なお、本実施の形態５においては、第２異常停止処理は、第１異常停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作時間を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、燃焼空気供給器１１７の操作量を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御してもよい。
また、本実施の形態５においては、第１の異常が検知された場合において、待機状態に移行後は、制御器１１０は、次の起動要求（例えば、リモコン１２０を介した使用者による起動要求信号）が発生してから、起動処理を行うように構成したが、これに限定されず、制御器１１０は、図９の待機状態に移行後、次の起動要求の発生を待たず自動的に起動処理を行ってもよい。
さらに、本実施の形態５においては、第１の異常が検知された場合において、水素生成装置１０２の冷却動作が実行するよう構成されているが、これに限定されるものではなく、実施の形態２の通常停止処理と同様に、上記冷却動作を実行しない形態を採用しても構わない。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置は、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、熱交換器を介して熱回収した熱媒体を貯える蓄熱器とを備え、制御器が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時に燃焼器の燃焼動作が停止している状態で燃焼空気供給器を動作させ、改質器を冷却する冷却工程において、ポンプを動作させるように構成されている態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態６に係る水素生成装置１０２は、実施の形態３に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、その停止処理（特に、水素生成装置１０２の冷却動作）が、実施の形態３に係る水素生成装置１０２の停止処理と異なる。
より具体的には、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様の異常停止処理を行うが、以下の点が異なる。すなわち、制御器１１０は、第１異常停止処理時には、バーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで動作させる冷却動作期間の間、ポンプ１２２を制御して、熱交換器１２１の二次流路１２２ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介して熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。一方、第２異常停止処理時には、制御器１１０は、バーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度がパージ温度以下になるまで動作させる冷却動作期間の間、ポンプ１２２を制御して、熱交換器１２１の二次流路１２２ｂに熱媒体を通流させ、熱交換器１２１を介して熱媒体による熱回収動作を実行するように制御する。
なお、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２では、第２異常停止処理時の方が第１異常停止処理時よりも冷却量が多くなるよう制御されるが、その際に、水素生成装置１０２(改質器１６)の冷却動作期間中におけるバーナ１０２ａに供給される燃焼空気量（燃焼空気供給器１１７の操作量）を第１異常停止処理時よりも多くなるよう制御した場合、燃焼排ガス流路１０を通流する空気により回収される熱量が多くなり、燃焼排ガス経路５９より水素生成装置１０２の外部に排気される排空気の温度が上昇する。このため、制御器１１０は、通常停止処理を行うよりも異常停止処理を行うときの方が、熱交換器１１２の二次流路１１２ｂを通流する熱媒体の流量を多くするようにポンプ１２２を制御することが好ましい。すなわち、制御器１１０は、第１異常停止処理を行うときの熱交換器１１２による排空気からの熱回収量よりも第２異常停止処理を行うときの熱交換器１１２による排空気からの熱回収量の方が多くなるように、熱交換器１１２を通過する熱媒体の流量を制御することが好ましい。
このように構成された本実施の形態６に係る水素生成装置１０２であっても、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作期間中において燃焼排ガス経路５９より排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができ、より安全に水素生成装置１０２の停止を行うことができる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る水素生成装置は、改質器にガスを供給するガス供給器を備え、水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された改質器内の圧力低下に伴いガス供給器より改質器にガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、制御器が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するようガス供給器を制御する態様の一例を示すものである。
本発明の実施の形態７に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、実施の形態４に係る水素生成装置１０２と同様の補圧処理を行うように構成されている点が、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と異なる。そして、本実施の形態７に係る水素生成装置１０２は、実施の形態５に係る水素生成装置１０２と同様に、異常停止処理時における水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作において、第２異常停止処理の方が、第１停止処理よりも、単位時間当たりの冷却量を増加させるように構成されている。従って、第２異常停止処理の方が、第１異常停止処理時よりも水素生成装置１０２（改質器１６）の温度の低下速度が速く、圧力低下も速くなるため、第２異常停止処理時における補圧処理の頻度を第１異常停止処理時における補圧処理の頻度よりも増加させるように構成されている。これにより、水素生成装置１０２のガス流路（改質器１６）内の過剰な負圧化が抑制され、水素生成装置１０２が保護される。
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムは、実施の形態２に係る水素生成装置１０２を備える。なお、本実施の形態８においては、実施の形態２に係る水素生成装置１０２を備える燃料電池システムとしたが、実施の形態１に係る水素生成装置１０２と燃料電池を備える燃料電池システムであれば、本発明の作用効果を奏することは明白である。
以下、本実施の形態８に係る燃料電池システムについて詳細に説明する。
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１２において、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
図１２に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、水素生成装置１０２、酸化剤ガス供給器１０３、冷却水タンク１０４、凝縮水タンク１０５、熱交換器（放熱器）１０６、第１ポンプ（第１流量制御器）１０７、第２ポンプ（第２送出器）１０８、貯湯タンク１０９、制御器１１０、異常判定器１１０ａ、ハウジングからなるパッケージ１１１、及び各検知器１４０〜１４５を備えている。パッケージ１１１は、本実施の形態においては、鉛直方向に長く延びるように形成されており、該パッケージ１１１内部には、燃料電池１０１等の各機器が配設されている。なお、上記異常判定器１１０ａは、本発明の異常検知器を構成するものであり、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき各種異常を判定する。
水素生成装置１０２は、改質器１６、変成器２４、浄化器２８（図２参照）、及びバーナ１０２ａを有していて、水素生成装置１０２の改質器１６の原料ガス供給口１２（図２参照）には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁７１、ブースターポンプ１１２ａ、流量調整弁１１２ｂ、及び第２開閉弁７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。ブースターポンプ１１２ａは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスを昇圧するように構成され、流量調整弁１１２ｂは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの流量を調整するように構成されていて、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成する。なお、ここでは、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成したが、これに限定されず、ブースターポンプ１１２ａのみで、原料ガス供給器１１２を構成してもよい。すなわち、ブースターポンプ１１２ａが、原料ガスの昇圧及び流量調整を行うように構成してもよい。
バーナ（燃焼器）１０２ａには、オフ燃料ガス経路４３の下流端が接続されており、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスがオフ燃料ガスとして、バーナ１０２ａに供給されるように構成されている。また、バーナ１０２ａには、カソードパージガス排出経路５０の下流端が接続されており、後述する燃料電池システム１００の起動処理時又は運転停止時に行われる燃料電池１０１のカソードパージ処理によって、掃気された酸化剤ガス流路１０１ｂに存在するガス（以下、カソードパージガスという）が、バーナ１０２ａに供給される。さらに、バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されており、その上流端には、燃焼空気供給器１１７が接続されている。
これにより、バーナ１０２ａは、図示されない流路を通じて供給された原料ガス（または、燃料電池１０１からオフ燃料ガス経路４３を介して供給されたオフ燃料ガス、または、燃料電池１０１からカソードパージガス排出経路５０を介して供給されたカソードパージガス）を燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給された燃焼空気によって燃焼させる。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
また、水素生成装置１０２の改質器１６の水供給口１３（図２参照）には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されており、その上流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの下部に接続されている。また、改質用水供給経路５７の途中には、改質用水供給経路５７を通流する改質用水（凝縮水）の流量を調整する第３ポンプ１１３が設けられている。なお、本実施の形態においては、第２凝縮水タンク１０５Ｂから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に凝縮水を供給する構成としたが、これに限定されず、第１凝縮水タンク１０５Ａから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に供給する構成としてもよく、また、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられた凝縮水を冷却水タンク１０４に供給し、冷却水タンク１０４に貯えられている冷却水の一部を水素生成装置１０２の改質器１６に供給する構成としてもよい。
さらに、水素生成装置１０２の浄化器２８には、酸化用空気供給路５８の上流端が接続されており、その下流端は、酸化用空気供給器１１６に接続されている。酸化用空気供給器１１６は、浄化器での酸化反応に用いられる空気を供給するように構成されている。なお、酸化用空気供給器１１６としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
そして、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給される原料ガス（メタン）と、第１凝縮水タンク１０５Ａから供給される凝縮水と、を改質反応させることにより、水素リッチな水素含有ガス（改質ガス）を生成する。また、変成器２４では、改質器１６で生成された改質ガスを、変成反応させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる。浄化器２８では、変成器２４で一酸化炭素が低減された改質ガス中の一酸化炭素を、酸化用空気供給器１１６から酸化用空気供給路５８を介して供給された酸化用空気と反応させることにより、一酸化炭素が１０ｐｐｍ以下にまで低減された燃料ガスが生成される。なお、本実施の形態においては、原料ガスとしてメタンを使用しているが、これに限定されず、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等に例示されるような少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスを使用することができる。また、本実施の形態８の燃料電池システム１００における水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
また、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図２参照）には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その途中には、三方弁からなる第１切替器７３が設けられ、また、燃料ガス供給経路４２の下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。具体的には、燃料ガス供給経路４２は、第１燃料ガス供給経路４２ａと第２燃料ガス供給経路４２ｂから構成されていて、第１燃料ガス供給経路４２ａの上流端は、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２と接続されていて、その下流端は、第１切替器７３の第１ポート７３ａと接続されている。また、第２燃料ガス供給経路４２ｂの上流端は、第１切替器７３の第３ポート７３ｃに接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。なお、第１切替器７３の第２ポート７３ｂには、燃料ガスバイパス経路４４の上流端が接続され、その下流端は、オフ燃料ガス経路４３の途中に接続されている。
また、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの下流端には、オフ燃料ガス経路４３の上流端が接続されており、その下流端は、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より上流側には、オフ燃料ガス経路４３を通流する燃料ガス等の通流を許可／阻止するための第４開閉弁７５が設けられている。また、オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より下流側には、第１凝縮器１１４が設けられていて、オフ燃料ガス経路４３と第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａとが接続されている。第１凝縮器１１４は、水蒸気を凝縮して水に液化することにより、未反応の燃料ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、オフ燃料ガス経路４３の第１凝縮器１１４の下流側には、鉛直方向に延びるように形成された第１凝縮水経路４５の上流端が接続されていて、第１凝縮水経路４５の下流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの上部（ここでは、上端面）に接続されている。さらに、オフガス燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４の接続点よりも下流側には、第７開閉弁７８が設けられている。
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給され、燃料ガス流路１０１ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路１０１ａを通流する間に、各セルのアノード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフガスとしてオフ燃料ガス経路４３に流入する。オフ燃料ガス経路４３に流入した余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４で分離された余剰の燃料ガスは、オフガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、第１凝縮水経路４５を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
酸化剤ガス供給器１０３は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガス（ここでは、空気）を供給することができるように構成されていて、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。酸化剤ガス供給器１０３には、酸化剤ガス供給経路４６の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに接続されている。
第３開閉弁７４は、酸化剤ガス供給経路４６を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
また、第３開閉弁７４の下流の酸化剤ガス供給経路４６には、パージガス供給経路４９の下流端が接続されていて、その上流端は、原料ガス供給経路４１の流量調整弁１１２ｂと第２開閉弁７２との間の部分に接続されている。パージガス供給経路４９は、パージガス又は補圧ガスとしての原料ガスが通流するように構成されていて、その途中には、第６開閉弁７７が設けられている。第６開閉弁７７は、パージガス供給経路４９を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂの下流端には、オフ酸化剤ガス経路４７の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池システム１００の外部に開口されている。オフ酸化剤ガス経路４７の途中には、オフ酸化剤ガス経路４７を開閉する第５開閉弁７６が設けられている。オフ酸化剤ガス経路４７の上流端と第５開閉弁７６との間には、カソードパージガス排出経路５０の上流端が接続されており、その下流端は、上述したように、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。また、カソードパージガス排出経路５０には、第９開閉弁８１が設けられている。
また、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６より下流側には、第２凝縮器１１５が設けられていて、オフ酸化剤ガス経路４７と第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａとが接続されている。第２凝縮器１１５は、オフ酸化剤ガス経路４７を流れるオフ酸化剤ガス中の水蒸気を凝縮して水に液化することにより、燃料電池１０１で使用されなかった余剰のオフ酸化剤ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、第２凝縮器１１５の下流側のオフ酸化剤ガス経路４７には、鉛直下方向に延び、第１凝縮水タンク１０５Ａに接続されている。
これにより、酸化剤ガス供給器１０３から、酸化剤ガス供給経路４６を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１０１ｂを通流する間に、各セルのカソード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、上記電気化学反応で生成された水とともにオフ酸化剤ガス経路４７に流入する。オフ酸化剤ガス経路４７に流入した余剰の酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５より排出された余剰の酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに導入後、第１凝縮水タンク１０５Ａに設けられた排気口より排出され、最終的に燃料電池システム１００外（パッケージ１１１外）に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。なお、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給された水は、所定量以上貯まると第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給されるよう構成されている。
そして、燃料電池１０１では、燃料ガス流路１０１ａから各セルのアノードに供給された燃料ガスと、酸化剤ガス流路１０１ｂから各セルのカソードに供給された酸化剤ガスとが、電気化学的に反応して電気と熱が発生する。燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガス経路４３を通流して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられる。
また、燃料電池１０１には、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却するための冷却水（第１熱媒体）が通流する冷却水流路１０１ｃが設けられている。冷却水流路１０１ｃの上流端には、冷却水供給経路５１の下流端が接続されており、その上流端は、冷却水を貯えるための冷却水タンク１０４の下部に接続されている。また、冷却水流路１０１ｃの下流端には、冷却水排出経路５２の上流端が接続されており、その下流端は、冷却水タンク１０４の下端面に接続されている。
冷却水経路（第１熱媒体経路）の適所、例えば、燃料電池１０１内の冷却水流路１０１ｃ以外の冷却水経路に、熱交換器１０６が設けられ、冷却水供給経路５１と熱交換器１０６の一次流路１０６ａとが接続される。本実施の形態では、熱交換器１０６は、その一例として冷却水供給経路５１に設けられている。また、熱交換器１０６は、一次流路１０６ａを通流する冷却水と、後述する二次流路１０６ｂを通流する貯湯水（第２熱媒体）と、の間で熱交換することができるように構成されている。なお、冷却水供給経路５１、熱交換器１０６の一次流路１０６ａ、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃ、及び冷却水排出経路５２から、冷却水経路（第１熱媒体経路）が構成される。
また、冷却水排出経路５２の上流端近傍には、温度検知器１３７が設けられている。温度検知器１３７は、冷却水経路を通流する冷却水の温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。また、本実施の形態においては、温度検知器１４７を熱交換器１０６よりも下流の冷却水供給経路５１に設け、熱交換器１０６を通過後の燃料電池１０１に流入する冷却水の温度を検知するように構成されている。なお、冷却水の温度を検知する温度検知器は、上記構成に限定されず、温度検知器１３７及び温度検知器１４７のいずれか一方でも構わないし、冷却水経路（第１熱媒体経路）上であればいずれの箇所に設けても構わない。
さらに、冷却水経路（ここでは、冷却水供給経路５１）の適所には、冷却水経路を通流する冷却水の流量を調整するための第１ポンプ（第１流量制御器）１０７が設けられている。なお、本発明の第１流量制御器として、ここでは、流量調節が可能なポンプを用いているが、これに限定されず、例えば、図１３に示すような構成としてもよい。図１３は、図１２に示す燃料電池システム１００の他の構成を示す模式図である。なお、図１３においては、一部を省略している。
図１３に示すように、冷却水経路（ここでは、冷却水排出経路５２）より分岐し、熱交換器１０６をバイパスする熱交バイパス経路２０８を設け、燃料電池１０１を通過後の冷却水が熱交バイパス経路２０８と熱交換器１０６とのそれぞれに流入する流量を調整する流量調整器（例えば、混合弁２０９）と、ポンプとを組合せて、熱交換器１０６に通流する冷却水の流量調整を行う構成を本発明の第１流量制御器として採用してもよい。
これにより、冷却水供給経路５１を通流する冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。冷却された冷却水は、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。そして、燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水タンク１０４に供給される。
貯湯タンク１０９は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されていて、貯湯タンク１０９の下部には、市水を供給するための水供給路５３が接続されており、貯湯タンク１０９の上部には、貯湯水を利用者に供給するための貯湯水供給路５４が接続されている。また、貯湯水供給路５４には、貯湯水を利用する熱負荷が接続されている（図示せず）。熱負荷としては、例えば、給湯機器、暖房機器や空調機器が挙げられる。
また、貯湯タンク１０９の下端面には、貯湯水経路５５の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１０９の上部に接続されている。貯湯水経路５５には、上流側から順に第２ポンプ（第２送出器）１０８、第１凝縮器１１４、第２凝縮器１１５、及び熱交換器１０６が設けられていて、貯湯水経路５５は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂ、及び熱交換器１０６の二次流路１０６ｂとそれぞれ接続されている。
これにより、貯湯水経路５５を通流する貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂを通流する間に、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流するオフ燃料ガスと熱交換して加熱され、ついで、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する酸化剤ガスと熱交換して加熱される。そして、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流した貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して加熱される。加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上端部に供給される。このような構成により、貯湯タンク１０９は、下部には市水温度に近い温度の低い水が貯えられ、熱交換器１０６等により高温化した熱媒体が上部に貯えられる、いわゆる積層沸き上げ型の貯湯タンクとなる。
また、燃料電池システム１００は、貯湯水経路５５には熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度を検知する温度検知器１４６と、温度検知器１４６よりも下流側の貯湯水経路５５には、貯湯タンク１０９をバイパスして第１凝縮器１１４よりも上流の貯湯水経路５５に接続する貯湯バイパス経路２０７と、熱交換器１０６を通過後の貯湯水の流入先を貯湯タンク１０９と貯湯バイパス経路２０７との間で切り替える切替器２０６とを備える。
また、燃料電池１０１には、適宜な配線により、インバータ１１８が電気的に接続されていて、燃料電池１０１が発電した直流電流を交流電流に変換し、燃料電池システム１００外の電力負荷に電力を供給するように構成されている。また、インバータ１１８より出力された電流が流れる電路には、系統連系点を介して、系統電源が接続されている（いずれも図示せず）。すなわち、燃料電池１０１の出力電力と系統電源からの電力が、系統連系点で系統連系されている。
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内全体に外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
燃料電池システム１００のパッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理するが、特に、記憶部から読み出した異常判定プログラムと各検知器１４０〜１４５から入力された検出値とに基づき、燃料電池システム１００の停止を伴う異常が発生しているかを判定する異常判定器１１０ａとしても機能し、異常判定器１１０ａで異常と判定された場合、後述する燃料電池システム１００の異常停止処理が実行される。
ここで、本明細書において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して燃料電池システム１００を制御するように構成されていてもよい。
なお、本実施の形態においては、異常判定器１１０ａが、各検知器１４０〜１４５から入力された検出値に基づき異常であるか否かを判定する構成としたが、これに限定されず、各検知器１４０〜１４５がマイコン等の演算器を備えることにより、それぞれが検知する物理量に基づき異常であるか否かを判定する構成としてもよい。
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の起動処理（起動動作）について、図１２を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
まず、起動処理開始時においては、原料ガス及び酸化剤ガス酸化剤ガス供給経路４６を通流しないように、第３開閉弁７４、第５開閉弁７６、及び第６開閉弁７７は、それぞれの弁を閉止した状態を維持する。また、一酸化炭素が充分に低減されていない燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給されないように、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、かつ、第３ポート７３ｃを遮断する。ついで、第１開閉弁７１は、その弁を開放し、原料ガス供給経路４１に原料ガスが供給される。
次に、第２開閉弁７２が、その弁を開放する。これにより、原料ガスが、水素生成装置１０２をバイパスして、原料ガス供給器１１２から図示されない流路を介してバーナ１０２ａに供給される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介してバーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、水素生成装置１０２内に設けられた燃焼排ガス流路１０（図２参照）を通流し、改質器１６、変成器２４、浄化器２８を加熱した後、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）の外部に排出される。このとき、燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に、原料ガスが、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、第１凝縮水タンク１０５Ａから改質用水供給経路５７を介して改質用水（凝縮水）が供給される。そして、供給された水が加熱されて水蒸気になり、原料ガスと水蒸気が反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素生成装置１０２の変成器２４及び浄化器２８を通過し、一酸化炭素が低減された、燃料ガスとして水素生成装置１０２より送出される。送出された燃料ガスは、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図２参照）から第１燃料ガス供給経路４２ａに導入される。
第１燃料ガス供給経路４２ａに導入された燃料ガスは、第１燃料ガス供給経路４２ａ、燃料ガスバイパス経路４４、及びオフ燃料ガス経路４３（正確には、燃料ガスバイパス経路４４とオフ燃料ガス経路４３との合流部よりも下流側のオフ燃料ガス経路４３）を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに燃料ガスが供給されるようになると、原料ガス供給器１１２からバーナ１０２ａへの水素生成装置１０２をバイパスした直接的な原料ガスの供給が停止される。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３（図２参照）が、所定の温度（例えば、５００℃）になると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は、その弁を開放し、原料ガスが、パージガス供給経路４９及び酸化剤ガス供給経路４６（正確には、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４よりも下流側の経路）を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給され、燃料電池システム１００の停止期間中に燃料ガス流路１０１ａより電解質を介して酸化剤ガス流路１０１ｂに侵入した水素が、原料ガスによってパージされる（燃料電池システム１００の起動処理時におけるカソードパージ処理）。カソードパージ処理によって、掃気されたカソードパージガス及び原料ガスは、カソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給され、燃焼される。そして、少なくともカソードパージ処理開始前に酸化剤ガス流路１０１ｂ内に封入されたガスをバーナ１０２ａに送出させるのに必要な量以上の原料ガスを供給すると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は閉止し、カソードパージ処理を終了する。
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５（図２参照）が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、発電処理（発電動作）に移行する。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の発電処理（発電動作）について説明する。
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が検知した温度が、それぞれ所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃内の所定温度、変成器２４が、２００〜２５０℃内の所定温度、浄化器２８が１３０〜１７０℃内の所定温度）になると、変成器２４及び浄化器２８で一酸化炭素が充分に低減されたと判断して、発電処理開始信号を出力する。
すると、第３開閉弁７４、第４開閉弁７５、及び第５開閉弁７６は、それぞれの弁を開放する。また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第３ポート７３ｃと連通させ、かつ、第２ポート７３ｂを遮断するとともに、酸化剤ガス供給器１０３の動作を開始させる。
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、第１燃料ガス供給経路４２ａ及び第２燃料ガス供給経路４２ｂ（すなわち、燃料ガス供給経路４２）を通流して、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１０３から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給経路４６を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。
そして、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ及び酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ、各セルのアノードとカソードに供給され、電気化学的に反応して水が生成し、電気と熱が発生する。発生した電気は、インバータ１１８によって、直流電流から交流電流に変換され、燃料電池システム１００外の電力負荷に供給される。
燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてオフ燃料ガス経路４３に供給される。オフ燃料ガス経路４３に供給された余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４を通過した余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、オフ燃料ガス経路４３を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、酸化剤ガス経路４７に供給される。オフ酸化剤ガス経路４７に供給された余剰のオフ酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５を通過した余剰の酸化剤ガスは、第１凝縮水タンク１０５Ａの排気口を介して、最終的に燃料電池システム１００外に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。
さらに、第１ポンプ１０７を動作させることで、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃには、冷却水タンク１０４から冷却水経路（正確には、冷却水供給経路５１）を介して、冷却水が供給される。具体的には、冷却水は、冷却水タンク１０４から冷却水供給経路５１を通流して、熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給される。熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給された冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。そして、冷却された冷却水は、冷却水供給経路５１を通流して、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水排出経路５２を通流して、冷却水タンク１０４に供給される。
一方、貯湯タンク１０９の下部（ここでは、下端面）から貯湯水経路５５に供給された貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ及び第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、それぞれ、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａ及び第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する余剰の燃料ガス及び酸化剤ガスと熱交換して、加熱される。加熱された貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂに供給され、該熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して、さらに加熱される。そして、加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上部に供給され、貯湯水供給路５４から熱負荷に供給される。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここで言う通常の停止処理とは、燃料電池システム１００の発電運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常検知／停止処理）とは異なる停止処理のことを指す。例えば、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のないレベルにまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になることで実行される停止処理等である。
まず、本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、燃料電池システム１００の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。制御器１１０が停止処理を出力する場合としては、例えば、使用者の操作によりリモコン１２０によって停止指令が入力されたとき、または電力負荷の電力需要が所定の閾値以下になった（図示されない負荷電力検知器で検出される負荷電力の電力需要が所定の閾値以下となった）ときに、停止信号を出力する。また、燃料電池１０１の発電の停止は、インバータ１１８の出力をゼロにするとともに、インバータ１１８の出口側の電路を電気的に切り離すことによって行われる。
以下、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に基づき説明する。図１４Ａは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図１４Ｂは、本発明の実施の形態８の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図１５は、本発明の実施の形態８の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。
まず、酸化剤ガス供給器１０３の動作を停止し、酸化剤ガス流路１０１ｂへの酸化剤ガスの供給を停止するとともに（ステップＳ５００）、第３開閉弁７４及び第５開閉弁７６を閉鎖し、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂを外気と遮断する（ステップＳ５０１）。
また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、第３ポート７３ｃを遮断するとともに、第４開閉弁７５は、その弁を閉止する（ステップＳ５０２）。これにより、第１切替器７３の第３ポート７３ｃと第４開閉弁７５との間の流路、すなわち、第２燃料ガス供給経路４２ｂ、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ、及びオフ燃料ガス経路４３の第４開閉弁７５までの流路に、燃料ガスが閉じ込められ、外部から燃料ガス流路１０１ａに空気等の混入が抑制され、アノードの劣化を抑制することができる。
また、ブースターポンプ１１２ａ、第３ポンプ１１３及び酸化用空気供給器１１６が停止して、水素生成装置１０２に、原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止される（ステップＳ５０３）。さらに、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及び第７開閉弁７８は、その弁を閉止する（ステップＳ５０４）。
これにより、水素生成装置１０２への原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止し、水素生成装置１０２から燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａへの燃料ガスの供給が停止する。これに伴い、燃料電池１０１からのバーナ１０２ａへのオフガスの供給が停止し、バーナ１０２ａでの燃焼が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。そして、上記一連の動作により燃料電池１０１へ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給は停止されるので発電も停止する。一方、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、燃焼空気供給器１１７により供給される空気により、水素生成装置１０２は空冷され、水素生成装置１０２の温度が時間経過とともに温度低下する。
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度（ステップＳ５０５）がカソードパージ温度以下になると（ステップＳ５０６でＹｅｓ）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７、及び第９開閉弁８１を開放するとともに（ステップＳ５０７）、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放し、ブースターポンプ１１２ａの動作を開始する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の開始）（ステップＳ５０８）。ここで、カソードパージ温度とは、停止処理時におけるカソードパージ処理時の水素生成装置１０２の温度上昇を加算しても改質器１６に使用される触媒の耐熱温度未満になる温度（例えば、６００℃）として定義される。なお、停止処理時におけるカソードパージ処理開始時には、水素生成装置１０２の改質器１６内部は、停止直後に当該内部空間に封止された原料ガスと水蒸気とが残存した状態であるため、停止処理時におけるカソードパージ処理時に原料から炭素が析出する可能性は低くなる。
これにより、原料ガス（パージガス）が、原料ガス供給経路４１からパージガス供給経路４９を通流して、酸化剤ガス供給経路４６（正確には、パージガス供給経路４９と酸化剤ガス供給経路４６との合流部よりも下流側の酸化剤ガス供給経路４６）を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。そして、酸化剤ガス流路１０１ｂに存在する酸化剤ガスは、パージガスによりパージされ、オフ酸化剤ガス経路４７（正確には、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６の上流側の経路）及びカソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに供給された酸化剤ガス及び原料ガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ５０９）。
そして、上記停止処理時におけるカソードパージ処理が開始されてからの経過時間Ｔ２の測定を行い（ステップＳ５１０）、本経過時間Ｔ２がカソードパージ時間Ｊ２以上になると（ステップＳ５１１でＹｅｓ）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し（ステップＳ５１２）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７、及び第９開閉弁８１を閉止する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の終了）（ステップＳ５１３）。なお、上記カソードパージ時間は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂ内の酸化剤ガスが少なくとも酸化剤ガス流路１０１ｂから掃気されるのに必要な時間として定義される。
これにより、第３開閉弁７４、第６開閉弁７７、第５開閉弁７６及び第９開閉弁８１により形成される閉流路、すなわち、パージガス供給経路４９の第６開閉弁７７から下流側の経路、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４から下流側の経路、酸化剤ガス流路１０１ｂ、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６及びカソードパージガス排出経路５０の第９開閉弁８１までの流路（以下、パージガス封止流路）に、パージガスが閉じ込められ、外部から酸化剤ガス流路１０１ｂに空気等の混入が抑制される。
一方、燃焼空気供給器１１７は、カソードパージ処理におけるバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａに燃焼空気を供給する。これにより、燃焼排ガス経路５９（図２参照）を流れる燃焼空気により水素生成装１０２の改質器１６等も冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
そして、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理が終了した後の上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度を検知し（ステップＳ５１４）、検知された温度が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ５１５でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ５１６）、水素生成装置１０２の冷却処理を完了する。
一方、燃料電池システム１００の停止処理において、上述の一連の停止処理だけでなく、燃料電池１０１の冷却系統において、所定の冷却動作（排熱回収動作）が並行して実行される。具体的には、図１５に示すように、燃料電池１０１の発電を停止した後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を実行して（ステップＳ６００）、貯湯水は、熱交換器１０６で冷却水と熱交換して、燃料電池１０１が保有している余熱を回収する。
そして、制御器１１０は、改質器１６に設けられた温度検知器１４３で検知される温度が、カソードパージ温度以下になり、停止処理時におけるカソードパージ処理が開始される場合に（ステップＳ６０１）、第１ポンプ１０７の動作を停止させる（ステップＳ６０２）。そして、停止処理時におけるカソードパージ処理が完了すると（ステップＳ６０３）、第１ポンプ１０７の動作を再開し（ステップＳ６０４）、図１４ＢのステップＳ５１５で改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下にまで低下したことを確認し（ステップＳ６０５）、図１４ＢのステップＳ５１６で燃焼用空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作を停止する際に、併せて第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させる（ステップＳ６０６）。
そして、上記水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作及びこの冷却動作に伴い実行される上記燃料電池の冷却動作が完了すると、燃料電池システム１００は、待機状態に移行する（図１４ＢのステップＳ５１７、図１５のステップＳ６０７）。なお、この待機状態とは、次の燃料電池システム１００の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、電力負荷の電力需要が燃料電池システムの発電出力の下限以上になることや、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して発電開始要求を行うことが挙げられる。
上記待機状態において、水素生成装置１０２は、燃焼用空気供給器１１７が停止しているため自然放冷されるが、その際に、図１４Ｂに示すように、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度ｔ１を再度検知し（ステップＳ５１８）、検知した温度ｔ１が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ５１９）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及び第７開閉弁７８は、それぞれの弁を開放し、ブースターポンプ１１２ａが起動する（水素生成装置１０２に対するパージ処理（ＦＰ（Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理）の開始）（ステップＳ５２０）。
これにより、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され、水素生成装置１０２内に設けられた改質器１６等の反応器に存在する水蒸気等のガスが原料ガスによりパージされ、水素生成装置１０２より掃気され、バーナ１０２ａに送出される。バーナ１０２ａに送出されたガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ５２１）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記ＦＰパージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記ＦＰパージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。
そして、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ３を計測し（ステップＳ５２２）、この経過時間Ｔ３がＦＰパージ時間Ｊ３以上になると（ステップＳ５２３）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及び第７開閉弁７８を閉止する（ＦＰパージ処理の終了）（ステップＳ５２４）。なお、上記ＦＰパージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
このように、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも燃料電池１０１の機能を保護する程度の停止処理（例えば、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに、次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、燃料電池１０１等の機器温度が周囲温度（外気温度）よりも高く、燃料電池１０１を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、燃料電池システム１００の起動性が向上する。
なお、本実施の形態８の燃料電池システム１００の通常の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作、ＦＰパージ処理、燃料電池１０１のカソードパージ処理、及燃料電池１０１の排熱回収動作を実行するよう構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成装置（改質器）の冷却動作、ＦＰパージ処理、燃料電池のカソードパージ処理、及び燃料電池の排熱回収動作の少なくともいずれか一つを実行しない形態を採用しても構わないし、水素生成装置（改質器）の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作のそれぞれの停止タイミングを上記フローと異なるタイミングで停止する形態を採用しても構わない。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき、異常を検知する工程とその後の停止処理（以下、異常検知／停止処理という）について説明する。
まず、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２に関係する燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常については、実施の形態２と同様に図４に示す異常が挙げられる。
次に、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図１６を参照しながら説明する。
図１６は、図１２に示す燃料電池システム１００における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。フローとしては、実施の形態２の水素生成装置１０２における異常検知／停止処理プログラム（図５参照）と同様である。
まず、燃料電池システム１００の発電運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された異常に対応する停止処理（以下、異常停止処理という）が実行される。そして、この停止処理を完了すると、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４に進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０４では、上記異常停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ２０５では、燃料電池システム１００は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行し、本プログラムを終了する。なお、上記異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置１０２の冷却動作、燃料電池１０１の排熱回収動作等）が実行される。
ここで、図１７を参照しながら、燃料電池システム１００の停止を伴う異常の一例である温度検知器１３７が故障した場合における異常停止処理について説明する。図１７は、図１６に示す異常検知による停止処理プログラムのフローチャートにおける異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。なお、温度検知器１３７の故障は、第２の異常に属するが、以下の異常停止処理は、第２の異常が検知された場合に限らず、燃料電池システム１００の運転停止が必要な異常が検知された場合は、燃料電池１０１の排熱回収動作、及び水素生成装置１０２の冷却動作について同様に実行されるよう構成されている。つまり、第１の異常が検知された場合においても、燃料電池システム１００の冷却動作について同様の処理が実行される。
図１７に示すように、温度検出器の検出値がショートまたは断線を示す値となり、異常判定器１１０ａが異常と判定した場合、水素生成装置１０２に対する停止動作として、まず、原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作（図３のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）を実行することで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ７００）。一方、燃料電池１０１については発電を停止し（ステップＳ７１２）、発電停止後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を行い、燃料電池１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を実行する（ステップＳ７１２）。また、燃料電池１０１に対する停止動作として、酸化剤ガス供給器１０３等が停止され、各開閉弁が閉止される（図１４ＡのステップＳ５００〜Ｓ５０４参照）（ステップＳ７０１）。これにより、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止し、また、燃料電池１０１の発電が停止する。
一方、バーナ１０２ａでの燃焼停止後において、燃焼空気供給器１１７により供給された空気より水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０２）。そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（図１４Ａ及び図１４ＢのステップＳ５０６〜ステップＳ５１３参照）（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
そして、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても（ステップＳ７０６）、通常の停止処理とは異なり、燃焼空気供給器１１７の動作を継続させ（ステップＳ７０７）、また、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続させる（ステップＳ７１５）。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（図３のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）を開始する（ステップＳ７０９）。その後、ＦＰパージ処理が完了する（ステップＳ７１０）と、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させ（ステップＳ７１１、ステップＳ７１６）、異常停止処理を完了し、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が燃料電池システム１００の運転を開始するように、リモコン１２０を操作して起動指令を入力しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した燃料電池システム１００の起動を許可せず、起動を出力しない状態にすることをいう。すなわち、本実施の形態８においては、制御器１１０は、使用者等が誤ってリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作することにより、起動指令が制御器１１０の通信部に送信されても、制御器１１０が燃料電池システム１００の起動を許可しないように構成されている。なお、上記異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、燃料電池システム１００の定格運転時における供給量よりも多くなるよう制御することが好ましい。具体的には、異常停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、燃料電池システム１００の定格運転時の操作量よりも大きくなるよう制御する。これにより、燃料電池システム１００を構成する機器である水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。ここで、燃料電池システム１００の定格運転とは、燃料電池システム１００の発電運転時において、安定して出力可能な最大出力で発電している運転として定義される。
なお、本実施の形態８の燃料電池システム１００の上記異常停止処理においては、カソードパージ処理が実行されているが、これを実行しない形態を採用しても構わない。また、本実施の形態８の燃料電池システム１００の上記異常停止処理においては、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作と燃料電池１０１の排熱回収動作とを実行するよう構成されているが、異常停止処理において、通常の停止処理よりも水素生成装置（改質器１６）の冷却量が多くなるよう設定されていれば、水素生成装置の冷却動作及び燃料電池の排熱回収動作のそれぞれの停止タイミングは、図１７に示すフローに限定されるものではない。
また、通常停止処理及び異常停止処理における燃料電池１０１の排熱回収動作においては、この動作と並行して図１８に示す貯湯水温度の制御が実行される。図１８は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１００における貯湯制御の概要を示すフローチャートである。
貯湯水温度の制御は、貯湯タンク１０９内には貯湯下限温度（例えば、６０℃）以上の温水が貯えられるよう制御するものである。具体的には、図１８に示すように、温度検知器１４６により熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度ｔ３を検知し（ステップＳ８００）、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度以上である場合には（ステップＳ８０１でＹｅｓ）、制御器１１０は、貯湯タンク１０９側に貯湯水が流入するように切替器２０６を制御する（ステップＳ８０２）。一方、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度未満である場合には（ステップＳ８０１でＮｏ）、制御器１１０は、貯湯バイパス経路２０７側になるよう切替器２０６を制御する（ステップＳ８０３）。
ここで、異常停止処理と通常の停止処理を比較すると、異常停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作を実行し、水素生成装置１０２及び燃料電池１０１をより速やかに冷却する。
このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御することで、燃料電池システム１００内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にする。
なお、本実施の形態８においては、異常停止処理では、通常停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作時間及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作時間を多くなるように制御することで、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量及び熱交換器１０６を通過する冷却水及び貯湯水の少なくともいずれか一方の通流量が多くなるように制御する形態を採用しても構わない。具体的には、燃焼空気供給器１１７の操作量が通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作時に比して大きくなるよう制御し、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の少なくともいずれか一方の操作量が、通常の停止処理の燃料電池１０１の排熱回収動作時に比して大きくなるよう制御することで、実現される。
また、熱交換器１０６を通流する冷却水量及び貯湯水量を増加させるために、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の操作量を通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作時よりも増加させる形態を採用できるが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、第１流量調整器が、第１ポンプ１０７と、燃料電池１０１を通過後の冷却水が熱交バイパス経路２０８と熱交換器１０６とのそれぞれに流入する流量を調整する流量調整器（例えば、混合弁２０９）と、で構成される場合、混合弁２０９を制御して、熱交換器１０６側に流入する冷却水量を増加させる形態を採用しても構わない。なお、この場合、制御器１１０は、上記混合弁２０９の制御とともに、第１ポンプ１０７の操作量を維持または増加させるように、第１ポンプ１０７を制御する。
また、本実施の形態８に係る燃料電池システム１００においては、異常停止処理は、第１の異常が検知された場合や第２の異常が検知された場合に限らず、燃料電池システムの発電運転を停止することが必要な異常が検知された場合には、通常の停止処理に比して、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなる停止処理が実行される形態を採用した。しかしながら、停止処理完了後にメンテナンス作業を必要としない第１の異常が検知された際の異常停止処理については、通常の停止処理と同様の燃料電池１０１の排熱回収動作及び水素生成装置１０２の冷却動作を実行する形態を採用しても構わない。これにより、第１の異常が検知された場合の異常停止処理においては、メンテナンス作業への移行性を向上させるための燃料電池１０１の排熱回収動作や水素生成装置１０２の冷却動作が実行されない。従って、次回起動時において、燃料電池システム１００を構成する機器（例えば、水素生成装置１０２、燃料電池１０１等）を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、燃料電池システム１００の起動性が向上する
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システムは、燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、制御器が、異常検知器により水素生成装置に関係する異常が検知され実行される異常停止処理においては、通常停止処理時よりも改質器の冷却量が増加するよう燃焼空気供給器を制御するとともに、燃料電池の冷却量は通常停止時と同等になるよう第１流量制御器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常を指す。例えば、原料ガス流量の異常、改質器の温度異常、バーナの燃焼異常等が例示される。また、「水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常を指す。例えば、冷却水の温度異常、酸化剤ガスの流量異常、冷却水タンクの水位異常、凝縮水タンクの水位異常等が例示される。
本発明の実施の形態９に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常を検知後（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常が検知された場合）の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、制御器１１０は、水素生成装置１０２の冷却動作については、上述した実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様に行い、一方、燃料電池１０１の排熱回収動作については、通常の停止処理と同様に行う。以下、図１９を参照しながら説明する。
図１９は、本実施の形態９に係る燃料電池システム１００の異常停止処理を示すフローチャートである。
図１９に示すように、異常判定器１１０ａが、水素生成装置１０２に関係する燃料電池システム１００の停止を伴う異常と判定した場合、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２の停止動作及び燃料電池１０２の停止動作が行われる（ステップＳ７００〜ステップＳ７０２）。その際に、バーナ１０２ａの燃焼停止後において、燃焼空気供給器１１７により供給される空気により水素生成装置１０２の冷却動作が実行される（ステップＳ７０３）。また、燃料電池１０２の発電停止後に、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は動作が実行され、燃料電池１０１の排熱回収動作が実行される（ステップＳ７１２）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
その後、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても（ステップＳ７０６）、燃焼空気供給器１１７の動作を継続させる（ステップＳ７０７）。
一方、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は、改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下すると、その動作を停止させる（ステップＳ７１６）。すなわち、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（ステップＳ７０９、Ｓ７１０）を行い、燃焼空気供給器１１７の動作を停止し（ステップＳ７１１）、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。なお、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、燃料電池１０１の排熱回収動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、発電停止後の燃料電池１０１の冷却量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。また、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却動作もＦＰパージが完了するまで継続されているが、通常の停止処理時よりも冷却量が多くなるよう設定されていればこれに限定されるものではない。
すなわち、本実施の形態９に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置に関する異常検知に伴う異常停止処理においては、燃料電池１０１は、通常の停止処理時と同等の冷却量になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８を停止させて、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する点が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
このように本実施の形態９に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う水素生成装置１０２内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、燃料電池システム１００の燃料電池１０１については、冷却動作を、燃料電池の冷却量が通常停止処理と同等になるように第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８が制御され、メンテナンス作業の必要のない燃料電池１０１の冷却量が抑制されるので、第１ポンプ及び第２ポンプの動作に消費されるエネルギーが抑制される。 （実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システムは、燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、制御器が、異常検知器により水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常が検知された場合は、通常停止処理時よりも燃料電池の冷却量が増加するよう第１流量制御器を制御するとともに、改質器の冷却量は異常停止処理時の冷却量より少なくなるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常を指す。例えば、冷却水の温度異常、酸化剤ガスの流量異常、冷却水タンクの水位異常、凝縮水タンクの水位異常等が例示される。
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知し（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常以外の燃料電池１０１に関係する異常を検知した場合）、該異常検知後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、制御器１１０は、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知した場合に、燃料電池１０１の排熱回収動作については、上述した実施の形態８に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様に通常の停止処理時よりも排熱回収量が多くなるよう排熱回収動作を行い、一方、水素生成装置１０２の冷却動作については、通常の停止処理時の冷却量と同等になるよう実行する。
まず、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常について、図２０を参照しながら説明する。図２０は、本発明における燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常の例を示す表である。
本発明において、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常には、水素生成装置１０２に関係する異常以外の燃料電池１０１に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と水素生成装置１０２以外の燃料電池１０１に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）とを含んで規定されている。つまり、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１３１〜１４０が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、燃料電池システムが待機状態に移行される異常をいう。
また、第２の異常とは、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、燃料電池システムが待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１３１〜１４０によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、燃料電池システムが起動処理を開始しない異常をいう。ここで、メンテナンスとは、燃料電池システム１００が設置されている場所にまで、メンテナンス作業員が来て、燃料電池システム１００の異常回復作業や修理等の作業を行うことをいう。
そして、図２０に示すように、本実施の形態においては、第１の異常として、冷却水温度異常と第１ポンプ異常を規定している。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第１の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第１の異常と規定してもよい。
冷却水温度異常とは、冷却水供給経路５１から燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃの上流端に供給される冷却水、又は冷却水流路１０１ｃの下流端から冷却水排出経路５２に排出される冷却水の温度を温度検知器（ここでは、冷却水流路１０１ｃの下流端から冷却水排出経路５２に排出される冷却水の温度を検知する温度検知器１３７）が検知し、検知した温度が過昇温又は過降温したような場合の異常をいう。
また、第１ポンプ異常とは、第１ポンプ１０７が、正常に作動しないことをいう。例えば、第１ポンプ１０７にゴミが混入したために、第１ポンプ１０７は、第１ポンプ１０７の操作量下限以上で作動するが、第１ポンプ１０７の動作を検知する回転検知器（図示せず）で、ポンプの回転動作や往復動作に伴うパルス出力が所定時間出力されない場合、つまり、ポンプの動作が所定時間検出されない場合、制御器１１０は、第１ポンプ１０７の操作量を増加させる信号を出力する。そして、第１ポンプ１０７から、この信号に基づいても、パルス出力がないような場合、制御器１１０は、第１ポンプ１０７が異常であると判定し、当該異常は、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常と判定される。ここで、本異常を第１の異常として扱う理由は、第１ポンプ１０７のメンテで交換等を必要とする致命的な異常ではなく、ゴミ噛み等の所定の回復処理を実行することで回復可能な異常である可能性もあるからである。なお、上記第１の異常であっても、例えば、同一の異常が、複数回（例えば、３回）／週、又は連続して２回検知されたような場合には、制御器１１０は、第２の異常として判定する場合がある。
また、図２０に示すように、本実施の形態においては、第２の異常として、機器の異常（例えば、冷却水タンク水位検知器の故障、凝縮水タンク水位検知器の故障、流量検知器の故障、冷却水経路に設けられた温度検知器の故障、電圧変換器の故障、換気ファンの故障）、ガス漏れ異常（例えば、燃料ガス流路のガス漏れ異常、酸化剤ガス流路のガス漏れ異常、可燃性ガス漏れ異常）、及び制御器の温度上昇異常が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を第２の異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を第２の異常と規定してもよい。
冷却水タンク水位検知器の故障が想定される異常としては、例えば、冷却水タンク１０４より水抜き動作を実行した場合に、水位検知器１３６で検知される冷却水タンク１０４の水位が、異常判定時間を経過しても所定の閾値以下にならない異常をいう。このような異常は、フロート式の水位センサでフロートが上側に固着した場合に、起こる可能性があることから水位検知器１３５の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
凝縮水タンク水位検知器の故障が想定される異常としては、例えば、第１凝縮水タンク１０５Ａより水抜き動作を実行した場合に、水位検知器１３５で検知される第１凝縮水タンク１０５Ａの水位が、異常判定時間を経過しても所定の閾値以下となる異常が挙げられる。このような異常は、フロート式の水位センサでフロートが上側に固着した場合に、起こる可能性があることから、水位検知器１３６の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常は第２の異常と判定する。
流量検知器の故障が想定される異常としては、例えば、酸化剤ガス供給器１０３の操作量に対して第２流量検知器１３４で検知される酸化剤ガスの流量が許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常、または、第１ポンプ１０７の操作量に対して第３流量検知器１３８で検知される流量が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常が挙げられる。このような異常は、流量検知器内にゴミ詰まりの場合に起こる可能性があることから、流量検知器の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常は第２の異常と判定する。
電圧変換器（インバータ１１８）の故障が想定される異常としては、例えば、温度検知器１３９が検知した制御器１１０の制御基板等の温度が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以上）となる異常が挙げられる。このような異常は、例えば、電圧変換器の回路内でショートが発生した場合に起こる可能性があることから、電圧変換器の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
冷却水経路に設けられた温度検知器の故障が想定される異常としては、例えば、温度検知器１３７、１４１がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
燃料ガス流路のガス漏れ異常とは、例えば、上述したように、燃料電池システム１００の停止処理時から発電開始されるまでの間において、第１切替器７３の第３ポート７３ｃと第４開閉弁７５が閉止され、第２燃料ガス供給経路４２ｂ、燃料ガス流路１０１ａ、及びオフ燃料ガス経路４３に燃料ガスが閉じ込められた状態にあるときに、第１圧力検知器１３１で検知される上記封止された燃料ガス経路内の圧力が、所定の閾値以下となる異常をいう。このような異常は、例えば、燃料電池１０１が破損し、燃料ガス流路１０１ａから燃料ガスが漏れ出たような場合や第１切替器７３及び／又は第４開閉弁７５が故障して、燃料ガスを閉止することができなくなったような場合に起こる可能性があり、これらの場合に燃料電池システム１００の停止後に運転を再開しても運転を継続することは困難であることから、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
酸化剤ガス流路のガス漏れ異常とは、例えば、上述したように、燃料電池システム１００の停止処理時から発電開始される迄の間において、第３開閉弁７４と第５開閉弁７６が閉止され、パージガス流路に原料ガスが閉じ込められた状態にあるときに、第２圧力検知器１３３で検知される上記封止された酸化剤ガス経路内の圧力が、所定の閾値以下となる異常をいう。このような異常は、例えば、燃料電池１０１が破損し、酸化剤ガス流路１０１ｂから原料ガスが漏れ出たような場合や第３開閉弁７４及び／又は第５開閉弁７６が故障して、原料ガスを閉止することができなくなったような場合に起こる可能性があり、これらの場合に燃料電池システム１００の停止後に運転を再開しても運転を継続することは困難であることから、制御器１１０は、第２の異常と判定する。
可燃性ガス濃度異常とは、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）内に可燃性ガスが漏れて、可燃性ガスセンサ１４０が可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。制御器１１０は、当該異常を第２の異常として判定する。
換気ファンの故障が想定される異常としては、例えば、制御器１１０が、換気ファン１１９の動作開始信号を出力後、換気ファン１１９のファン回転数を検知する回転検知器（図示せず）により回転が検知できない時間が所定時間以上継続する異常が挙げられる。このような異常は、例えば、換気ファン１１９にゴミ詰まりが発生した場合に起こる可能性があることから、換気ファン１１９の故障が想定される異常として、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
制御器１１０の温度上昇異常としては、温度検知器１３９が検知した制御器１１０の制御基板等の温度が、許容範囲外（例えば、所定の閾値以下）となる異常が挙げられ、制御器１１０は、当該異常を第２の異常と判定する。
なお、上記で例示したような異常のうち各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、本発明の異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが本発明の異常検知器として機能する。
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００において、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知した場合の異常停止処理について、図２１を参照しながら説明する。
図２１は、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の異常停止処理を示すフローチャートである。
図２１に示すように、異常判定器１１０ａが、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常と判定した場合、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２の停止動作及び燃料電池１０２の停止動作が行われる（ステップＳ７００〜ステップＳ７０３）。一方、燃料電池１０１については発電を停止し（ステップＳ７１２ａ）、発電停止後において、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を行い、燃料電池１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を継続する（ステップＳ７１２）。
そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
その後、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下すると（ステップＳ７０６）、燃焼空気供給器１１７の動作を停止させる（ステップＳ７０７ａ）。すなわち、水素生成装置１０２の冷却動作を停止する。
一方、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８は、改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続させる（ステップＳ７１５）。
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、自然放冷により、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ７０８）、ＦＰパージ処理（ステップＳ７０９、Ｓ７１０）を行い、ＦＰパージ処理が終了すると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止し（ステップＳ７１６）、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ７１７）。なお、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、改質器１０１の冷却動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、燃焼器の燃焼停止後の改質器１０１の冷却量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。また、燃料電池１０１の排熱回収動作も、ＦＰパージ処理が完了するまで継続されているが、通常の停止処理時よりも排熱回収量が多くなるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。
すなわち、本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００では、水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する異常を検知して実行される異常停止処理においては、改質器１６の冷却量を通常の停止処理時と同等の冷却量になると、燃焼空気供給器１１７を停止させて、水素生成装置１０２の冷却動作を停止する点実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
このように本実施の形態１０に係る燃料電池システム１００では、異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う燃料電池システム１００内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。一方、水素生成装置１０２については、改質器１６の冷却を通常の停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７が制御され、メンテナンス作業の必要のない水素生成装置１０２の冷却量が抑制されるので、燃焼空気供給器１１７の動作により消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システムは、制御器が、異常検知器がメンテナンスが不要な水素生成装置に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、水素生成装置及び燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器及び第１流量制御器を制御し、異常検知器がメンテナンスが必要な水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、通常停止処理時よりも改質器の冷却量が増加するよう燃焼空気供給器を制御するとともに、燃料電池の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「水素生成装置に関係する第１の異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常のうちメンテナンスが不要な異常を指す。例えば、バーナの失火異常が挙げられる。「水素生成装置に関係する第２の異常」とは、水素生成装置を構成する機器に関係する異常のうちメンテナンスが必要な異常を指す。例えば、機器の故障（温度検知器故障、ＣＯセンサ故障）、ガス漏れ異常等が例示される。
本発明の実施の形態１１に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１４０〜１４５の検知値に基づき異常を検知（すなわち、水素生成装置１０２に関係する異常を検知した場合）及びその後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
まず、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常（特に、水素生成装置１０２に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常）としては、実施の形態８と同様に図４に示す異常が挙げられる。
本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、水素生成装置１０２に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と水素生成装置１０２に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）とを含んで規定されている。つまり、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、第１の異常及び第２の異常以外の異常を含んで規定されてもよい。
ここで、第１の異常とは、各検知器１４０〜１４５が検知した異常に対応する所定の停止処理を実行することで、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行うことなく、燃料電池システムが待機状態に移行される異常をいう。
また、第２の異常とは、各検知器１４０〜１４５の検出値に基づき異常判定器１１０ａが判定した異常に対応する所定の停止処理を実行し、さらに、メンテナンス作業員がメンテナンス作業を行わなければ、燃料電池システムが待機状態に移行できない異常をいう。換言すると、第２の異常は、各検知器１４０〜１４５によって異常が検知された後に、実行される停止処理が完了しても、その後、メンテナンス作業員によるメンテナンスが実行されなければ、起動要求が発生しても、起動が許可され、制御器１１０より起動指令が出力されることはなく、燃料電池システムが起動処理を開始しない異常をいう。
次に、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）について、図２２を参照しながら説明する。
図２２は、図１２に示す燃料電池システム１００における制御器１１０の記憶部に格納された異常検知／停止処理プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
図２２に示すように、まず、燃料電池システム１００の発電運転中において、制御器１１０の演算処理部は、各検知器１４０〜１４５から検知された検知値を取得し（ステップＳ２００）、該ステップＳ２００で取得した検知値が、異常であるかを判定する（ステップＳ２０１）。異常ではないと判定した場合には、ステップＳ２００に戻り、異常が検知されない限り、ステップＳ２００とステップＳ２０１を繰り返して、異常の有無を監視する。一方、異常であると判定した場合には、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第１の異常である場合、ステップＳ２０４ａに進み、異常判定器１１０ａで異常と判定した当該異常が、第２の異常である場合には、ステップＳ２０５ａに進む。
ステップＳ２０４ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第１異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は待機状態に移行し（ステップＳ２０４）、本プログラムを終了する。なお、上記第１異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作等）も実行される。
また、ステップＳ２０５ａでは、制御器１１０の制御により異常判定器１１０ａにより判定された各異常に対応する第２異常停止処理が実行される。そして、この停止処理を完了すると、水素生成装置１０２は起動要求が発生しても起動が許可されない起動不許可状態に移行する（ステップＳ２０５）。なお、上記第２異常停止処理は、各異常に対して同一の停止処理を実行するものでなく、各異常に対応した所定の回復処理が実行される。ただし、各異常に対して共通する冷却動作（水素生成装置の冷却動作、燃料電池の排熱回収動作等）も実行される。
ここで、図２３を参照しながら、第１の異常の一例であるバーナ１０２ａの失火異常の場合における第１異常停止処理について説明する。図２３は、図２２に示す異常検知／停止処理プログラムのフローチャートにおける第１異常停止処理をさらに詳細に示すフローチャートである。
図２３に示すように、燃料電池システム１００の発電運転中において着火検知器１４１の検出値に基づき異常判定器１１０ａが失火異常と判定した場合、また、燃料電池１０１に対する停止動作として、酸化剤ガス供給器１０３等が停止され、各開閉弁が閉止される（ステップＳ７００）。水素生成装置１０２に対する停止動作として、まず、原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行することで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ７０１）。これにより、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止し、また、燃料電池１０１の発電が停止する。なお、上記バーナ１０２ａでの燃焼停止に際しては、消火した後において、輻射筒９内に残存するガスを燃焼空気供給器１１７により供給される空気により筐体１１１外部に排出する動作が実行され、バーナ１０２ａの燃焼停止処理が完了する。
次に、燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御によりバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後において、バーナ１０２ａへの燃焼空気を供給し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０２）。そして、上記冷却動作により水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ７０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（ステップＳ７０４）。
停止処理におけるカソードパージ処理が完了し（ステップＳ７０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後において、燃焼空気供給器１１７を動作させ、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ７０６）。温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下になると（ステップＳ７０７）、燃焼空気供給器１１７を停止させて、ＦＰ冷却動作を停止し（ステップＳ７１１）、燃料電池システム１００を待機状態に移行させる（ステップＳ７１８）。
一方、燃料電池１０１側の停止動作としては、酸化剤ガス供給器１０３の動作を停止し、燃料電池１０１の発電を停止（ステップＳ７１２ａ）した後において、図２３に示すように、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８を動作させ、燃料電池（ＦＣ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ））１０１に残存する保有熱の排熱回収動作を実行する（ステップＳ７１２）。そして、カソードパージ処理が実行される際に、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１３）。
また、カソードパージ処理が完了した後に、第１ポンプ１０７の動作を再開し、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ７１４）。そして、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止し、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ７１６）。
なお、本実施の形態１１においては、第１異常停止処理として、通常の停止処理と同様の停止動作が実行されたが、通常の停止処理と共通した停止動作（改質器１０６の冷却動作及び燃料電池１０１からの排熱回収動作）以外の部分においては、異常内容によっては当該異常に対応する異常回復処理を付加するよう構成されていても構わない。
また、上記フローにおいてカソードパージ処理を実行するよう構成されているが、本処理を実行しない形態を採用しても構わない。また、上記フローにおいては、改質器１０１の冷却動作及び燃料電池からの排熱回収動作を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで継続するよう構成されているが、改質器１０１の冷却量及び燃料電池からの排熱回収量が通常の停止処理と同等になるよう設定されていれば、これに限定されるものではない。
一方、本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００の第２異常停止処理は、実施の形態９に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様の処理が行われる。すなわち、水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理においては、改質器１６の冷却量が通常の停止処理時よりも増加するよう燃焼空気供給器１１７が制御され、燃料電池１０１の排熱回収量が、通常の停止処理と同等になると第１ポンプ及び第２ポンプを停止させて、排熱回収動作が停止される。
このように本実施の形態１１に係る燃料電池システム１００では、第２異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う水素生成装置１０２内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、燃料電池システム１００の燃料電池１０１については、冷却動作を通常の停止処理と同様に、改質器の温度ｔ１が待機可能温度以下になると、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８が制御され、メンテナンス作業の必要のない燃料電池１０１の冷却量が抑制されるので、第１ポンプ及び第２ポンプの動作に消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理及び第１異常停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システムは、制御器が、異常検知器がメンテナンスが不要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、水素生成装置及び燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器及び第１流量制御器を制御し、異常検知器が、メンテナンスが必要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、通常停止処理時よりも燃料電池の冷却量が増加するよう第１流量制御器を制御するとともに、改質器の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう燃焼空気供給器を制御する態様の一例を示すものである。
ここで、「メンテナンスが不要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第１の異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常のうちメンテナンスが不要な異常を指す。例えば、冷却水の温度異常等が例示される。また、「メンテナンスが必要であり、かつ水素生成装置に関係する異常以外の燃料電池に関係する第２の異常」とは、水素生成装置以外で燃料電池の発電運転に関係する機器の異常のうちメンテナンスが必要な異常を指す。例えば、冷却水タンク、凝縮水タンクの水位異常、冷却水温度検知器の故障、酸化剤ガス漏れ異常等が例示される。
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、各検知器１３１〜１４０の検出値に基づき異常を検知し（すなわち、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常を検知した場合）、該異常検知後の停止処理が、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と異なる。
まず、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００における異常検知器により検知される異常のうち、特に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する異常であって、燃料電池システム１００の運転停止を伴う異常は、実施の形態１０に係る燃料電池システム１００と同様に、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する第１の異常（以下、本実施の形態において、第１の異常という）と、水素生成装置１０２以外の燃料電池システム１００に関係する第２の異常（以下、本実施の形態において、第２の異常という）と、を含んで規定されている（図２０参照）。
そして、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００では、実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と同様に、図２２に示す燃料電池システム１００の異常検知及びこれに続き実行される停止処理（異常検知／停止処理）を行う。このとき、第２の異常を検知した場合の第２異常停止処理（ステップＳ２０５ａ）が、上記実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と異なる。具体的には、第２異常停止処理は、燃料電池１０１の冷却量が多くなるように第１ポンプ１０７が制御され、水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量は、通常停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７が制御される。なお、第１異常停止処理（ステップＳ２０４ａ）については、実施の形態１１に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う（図２３参照）。
一方、本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００における第２異常停止処理（ステップＳ２０５ａ）については、実施の形態１０に係る燃料電池システム１００の異常停止処理と同様の処理を行う（図２１参照）。
このように本実施の形態１２に係る燃料電池システム１００では、第２異常停止処理は、通常停止処理の場合に比して、燃料電池１０１の冷却量が多くなる停止処理が実行されるので、メンテナンス作業を行う燃料電池システム１００内の機器温度が、メンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温され、メンテナンス作業の着手が迅速化される。また、水素生成装置１０２については、改質器１６の冷却量が通常停止処理と同等になるように燃焼空気供給器１１７を制御することで、メンテナンス作業の必要のない水素生成装置１０２（改質器１６）の冷却量が抑制されるので、燃焼空気供給器１１７で消費されるエネルギーが抑制される。
一方、メンテナンス作業の必要のない通常の停止処理及び第１異常停止処理の場合は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
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。したがって、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。本発明の要旨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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムは、運転時に異常が生じた場合、水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業への移行を迅速化させることが可能になるため、燃料電池の技術分野で有用である。
１ 容器
２ 外筒
３ 内筒
４ 断熱部材
５ 底板
６ 板部材
７ 蓋部材
８ 内筒用底板
９ 輻射筒
１０ 燃焼排ガス流路
１１ 燃焼排ガス出口
１２ 原料ガス供給口
１３ 水供給口
１４ 改質触媒層
１５ 予熱部
１６ 改質器
１７ 緩衝空間部
１８ 空間
１９ 水素含有ガス流路
２０ 仕切り板
２１ 仕切り板
２２ 変成触媒収容空間
２３ 変成触媒層
２４ 変成器
２５ 空気混合部
２６ 酸化触媒収容空間
２７ 酸化触媒層
２８ 浄化器
２９ 出口（貫通孔）
３０ 空気供給口
３１ 入口（貫通孔）
３２ 燃料ガス出口
４１ 原料ガス供給経路
４２ 燃料ガス供給経路
４２ａ 第１燃料ガス供給経路
４２ｂ 第２燃料ガス供給経路
４３ オフ燃料ガス経路
４４ 燃料ガスバイパス経路
４５ 第１凝縮水経路
４６ 酸化剤ガス供給経路
４７ 酸化剤ガス排出経路
４８ 第２凝縮水経路
４９ パージガス供給経路
５０ カソードパージガス排出経路
５１ 冷却水供給経路
５２ 冷却水排出経路
５３ 水供給路
５４ 貯湯水供給路
５５ 貯湯水経路
５６ 燃焼空気供給経路
５７ 改質用水供給経路
５８ 選択酸化用空気供給路
５９ 燃焼排ガス経路
６１ 吸気口
６２ 排気口
７１ 第１開閉弁
７２ 第２開閉弁
７３ 第１切替器
７３ａ 第１ポート
７３ｂ 第２ポート
７３ｃ 第３ポート
７４ 第３開閉弁
７５ 第４開閉弁
７６ 第５開閉弁
７７ 第６開閉弁
７８ 第７開閉弁
１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池
１０１ａ 燃料ガス流路
１０１ｂ 酸化剤ガス流路
１０１ｃ 冷却水流路
１０２ 水素生成装置
１０２ａ バーナ（燃焼器）
１０３ 酸化剤ガス供給器
１０４ 冷却水タンク
１０５ 凝縮水タンク
１０６ 熱交換器（放熱器）
１０７ 第１ポンプ（第１送出器）
１０８ 第２ポンプ（第２送出器）
１０９ 貯湯タンク
１１０ 制御器
１１１ パッケージ
１１２ 原料ガス供給器（原料供給器）
１１２ａ ブースターポンプ
１１２ｂ 流量調整弁
１１３ 第３ポンプ
１１４ 第１凝縮器
１１４ａ 一次流路
１１４ｂ 二次流路
１１５ 第２凝縮器
１１５ａ 一次流路
１１５ｂ 二次流路
１１６ 選択酸化用空気供給器
１１７ 燃焼空気供給器
１１８ インバータ
１１９ 換気ファン
１２０ リモコン（操作器）
１２０ａ 表示部
１２０ｂ キー操作部
１２１ 放熱器（冷却器）
１２２ ポンプ
１２３ 蓄熱器
１４０ 可燃性ガスセンサ
１４１ 着火検知器
１４２ ＣＯセンサ
１４３ 温度検知器
１４４ 温度検知器
１４５ 温度検知器
１４６ 温度検知器
２０６ 切替器
２０７ バイパス経路

Claims (20)

  1. 原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器を加熱する燃焼器と、
    前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、
    異常を検知する異常検知器と、
    前記異常検知器により異常が検知され実行される異常停止処理時の方が、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御する制御器と、を備える、水素生成装置。
  2. 前記制御器は、前記異常停止処理時の方が前記通常停止処理時よりも、前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれか一方を制御する、請求項１記載の水素生成装置。
  3. 前記制御器は、前記通常停止処理時の方が前記異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可する、請求項１記載の水素生成装置。
  4. 前記制御器は、前記異常停止処理時は、前記水素生成装置の定格運転時の前記燃焼空気供給器の操作量よりも大きい操作量に強制的に増加させる、請求項１記載の水素生成装置。
  5. 前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、
    前記制御器は、前記異常停止処理時は前記通常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御する、請求項１記載の水素生成装置。
  6. 前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、
    前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器に前記ガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、
    前記制御器は、前記異常停止処理時の方が、前記通常停止処理時よりも前記補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御する、請求項１記載の水素生成装置。
  7. 前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、
    前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、
    前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、
    前記熱交換器を介して熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器と、を備え、
    前記制御器は、前記異常停止処理時に、前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態で前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記ポンプを動作させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
  8. 前記制御器は、前記異常検知器が機器故障、ガス漏れ異常を検知すると、前記通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が多くなるよう燃焼空気供給器を制御する、請求項１記載の水素生成装置。
  9. 前記制御器は、前記異常検知器によりメンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりもメンテナンスが必要な第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記改質器の冷却量が多くなるよう前記燃焼空気供給器を制御する、請求項１記載の水素生成装置。
  10. 前記制御器は、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも、前記改質器の温度が高い状態で運転開始を許可する、請求項９記載の水素生成装置。
  11. 前記改質器に置換ガスを供給する置換ガス供給器を備え、
    前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも早く前記置換ガスにより前記改質器のパージ動作を開始するよう前記置換ガス供給器を制御する、請求項９記載の水素生成装置。
  12. 前記改質器にガスを供給するガス供給器を備え、
    前記水素生成装置は、該水素生成装置の水素生成動作停止後、封止された前記改質器内の圧力低下に伴い前記ガス供給器より前記改質器にガスを補給する補圧動作を実行するよう構成され、
    前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時の方が、前記第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも補圧動作の頻度が増加するよう前記ガス供給器を制御する、請求項９記載の水素生成装置。
  13. 前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための熱交換器と、
    前記熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体が流れる熱媒体経路と、
    前記熱媒体経路の中の熱媒体を通流させるためのポンプと、
    前記熱交換器を介して熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器と、を備え、
    前記制御器は、前記第２の異常を検知して実行される異常停止処理時に、前記燃焼器の燃焼動作が停止している状態で前記燃焼空気供給器を動作させ、前記改質器を冷却する冷却工程において、前記ポンプを動作させるように構成されている、請求項９記載の水素生成装置。
  14. 前記第１の異常は、起動停止処理時及び停止処理時の少なくとも一方における失火異常である、請求項９記載の水素生成装置。
  15. 前記第２の異常は、機器故障及びガス漏れ異常の少なくともいずれか一方の異常である、請求項９記載の水素生成装置。
  16. 請求項１〜１６のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える、燃料電池システム。
  17. 前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、
    前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係する異常が検知され実行される異常停止処理においては、通常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は通常停止処理時と同等になるよう前記第１流量制御器を制御する、請求項１６記載の燃料電池システム。
  18. 前記制御器は、
    前記異常検知器が、メンテナンスが不要な前記水素生成装置に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、前記水素生成装置及び前記燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器及び前記第１流量制御器を制御し、
    前記異常検知器が、メンテナンスが必要な前記水素生成装置に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記改質器の冷却量が増加するよう前記燃焼空気供給器を制御するとともに、前記燃料電池の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される通常停止処理時と同等になるよう前記第１流量制御器を制御する、請求項１７記載の燃料電池システム。
  19. 前記燃料電池を冷却する第１熱媒体が通流する第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路を通流する第１熱媒体の流量を制御する第１流量制御器と、を備え、
    前記制御器は、前記異常検知器により前記水素生成装置に関係する異常以外の前記燃料電池に関係する異常が検知された場合は、前記通常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記通常停止処理時の同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御する、請求項１６又は１７に記載の燃料電池システム。
  20. 前記制御器は、
    前記異常検知器が、メンテナンスが不要であり、かつ前記水素生成装置に関係する異常以外の前記燃料電池に関係する第１の異常を検知して実行される異常停止処理時は、前記水素生成装置及び前記燃料電池の冷却量が通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器及び前記第１流量制御器を制御し、
    前記異常検知器が、メンテナンスが必要であり、かつ前記水素生成装置に関係する異常以外の前記燃料電池に関係する第２の異常を検知して実行される異常停止処理時は、メンテナンスが不要な第１の異常を検知して実行される異常停止処理時よりも前記燃料電池の冷却量が増加するよう前記第１流量制御器を制御するとともに、前記改質器の冷却量は前記第１の異常を検知して実行される通常停止処理時と同等になるよう前記燃焼空気供給器を制御する、請求項１９記載の燃料電池システム。
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