JPWO2011108266A1 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

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Abstract

燃料電池ユニット５０と、凝縮水、冷却水、及び、貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンク４１と、凝縮水、冷却水及び貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンク４３と、第１水タンクの水量を検知する第１水量センサー４２と、第２水タンクの水量を検知する第２水量センサー４４と、第１水タンクの水を第２水タンクに移動させる第１水移動機構６０と、第１水移動機構を制御する制御部４０と、を備え、制御部が、第１水移動機構を制御し、その後、第１水制御機構の制御を開始する前と比べて第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、第１水制御機構の上記制御を開始する前と比べて第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行う燃料電池システム。

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその運転方法に関するものである。より詳細には，本発明は，水タンクと水量センサーとを備えた燃料電池システムおよびその運転方法に関するものである。
定置用コージェネレーションシステムに使用される燃料電池発電装置は、分散型の発電装置および熱供給源として期待されている。
従来の燃料電池発電装置は、水素生成器で原料から燃料を作り出し、セルスタックで発電を行う。発電時に発生する熱は給湯などに利用できる。同時に発生する水は、燃料を作り出す際の反応などで利用される。このため、燃料電池発電装置では、発電の際に発生する水を有効に利用し、かつ高い信頼性を実現することが重要となる。
特許文献１に開示された燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池を冷却する水を貯える水タンクと、制御器とを備え、制御器は、水タンクへ水を供給する水供給ポンプによる水の供給が停止してからの累積水排出量が、第１の閾値以上になっても第１水位センサで検知される水位が第１の水位より大きい場合、水供給ポンプによる水の供給を開始してからの累積水供給量が、第２の閾値以上になっても第１水位センサで検知される水位が第２の水位未満である場合、または水供給ポンプによる水の供給を停止してからの累積水排出量が、第３の閾値未満で、第１水位センサで検知される水位が第３の水位以下である場合、異常信号を発信する。
特開２００９−１５２０９２号公報
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、累積水排出量又は累積水供給量を得るために、流量計を用いる、又は、算定器で計算をする必要がある。流量計を用いる場合は、排出経路又は供給経路に流量計を配置する必要があり、部品点数が増加し、コストが高くなるという課題があった。算定器で計算をする場合は、ポンプの操作量の指令値から推定される水流量及びポンプの動作時間のうちの少なくとも一方を用いて計算する場合と、弁の開放時間を用いて計算する場合とがある。しかし、ポンプ自体又は弁自体に異常がある場合には、累積水排出量又は累積水供給量を精確に計算ができず、異常を検知する精度が高められないという課題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、より簡便な構成で、より確実に異常を把握できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決する為に、本発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、前記燃料電池ユニットを冷却するための冷却水、及び、前記燃料電池ユニットからの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクと、前記凝縮水、前記冷却水及び前記貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクと、前記第１水タンクの水量を検知する第１水量センサーと、前記第２水タンクの水量を検知する第２水量センサーと、前記第１水タンクの水を前記第２水タンクに移動させる第１水移動機構と、前記第１水移動機構を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御部は、前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水が移動するよう前記第１水移動機構を制御し、その後、前記第１水制御機構の前記制御を開始する前と比べて前記第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、前記第１水制御機構の前記制御を開始する前と比べて前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つを行う。
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、燃料電池を冷却するための冷却水、及び、前記燃料電池からの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクの水量を第１水量センサーで検知するステップと、前記凝縮水、前記冷却水及び前記貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクの水量を第２水量センサーで検知するステップと、前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水が移動するよう第１水移動機構を制御するステップと、その後、前記第１水移動機構を制御する前と比べて前記第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、前記第１水移動機構を制御する前と比べて前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つを行うステップと、を備えている。
本発明の燃料電池システムおよびその運転方法は、上記構成を採用することにより、より簡便な構成で、より確実に異常を把握できるという効果を奏する。
図１は、第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態における燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートであって、図２（ａ）は異常処理動作として判定動作が行われる場合、図２（ｂ）は異常処理動作として異常信号が発信される場合、図２（ｃ）は異常処理動作として運転が停止される場合を示す。 図３は、第１実施形態の第１実施例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態の第１実施例における燃料電池システムにおける判定の概要を示す表である。 図５は、第１実施形態の第２実施例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図６は、第１実施形態の第２実施例における燃料電池システムにおける判定の概要を示す表である。 図７は、第１実施形態の第１変形例における燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、第１実施形態の第２変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図９は、第１実施形態の第３変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、第１実施形態の第４変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図１１は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、第２実施形態における初期運転工程１の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１３は、第２実施形態における初期運転工程２の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１４は、第２実施形態における初期運転工程３の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１５は、第２実施形態における初期運転工程４の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１６は、第２実施形態における冷却水・ＡＤ水抜き工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１７は、第２実施形態における冷却水タンクフロートセンサー改質水ポンプ判別工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１８は、第２実施形態におけるＡＤタンクフロートセンサーＡＤ閉止弁判別工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１９は、第２実施形態における定期点検工程１の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図２０は、第２実施形態における定期点検工程２の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図２１は、第２実施形態における定期点検工程３の運転方法の一例を示すフローチャートである。
第１の発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、燃料電池ユニットを冷却するための冷却水、及び、燃料電池ユニットからの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクと、凝縮水、冷却水及び貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクと、第１水タンクの水量を検知する第１水量センサーと、第２水タンクの水量を検知する第２水量センサーと、第１水タンクの水を第２水タンクに移動させる第１水移動機構と、第１水移動機構を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、制御部は、第１水タンクから第２水タンクへ水が移動するよう第１水移動機構を制御し、その後、第１水制御機構の制御を開始する前と比べて第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、第１水制御機構の上記制御を開始する前と比べて第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行う。
かかる構成では、より簡便な構成で、より確実に異常を把握できる
第２の発明の燃料電池システムは、第１の発明の燃料電池システムにおいて、制御部が、第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、運転を継続する。
第３の発明の燃料電池システムは、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、異常処理動作が、運転停止であって、制御部が、運転停止を行った後に、起動禁止又は再起動を行う。
第４の発明の燃料電池システムは、第１または第２の発明の燃料電池システムにおいて、異常処理動作が、判定動作であって、制御部が、判定動作の際に、第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、第１水量センサーの異常と判定し、第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、第２水量センサーの異常と判定し、第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、第１水移動機構の異常と判定する。
かかる構成では、第１水量センサー、第２水量センサ及び第１水移動機構のうちのどの機器が異常であるかを判定することができる。そのため、例えば、修理などのメンテナンスを行う際に、異常が起こった部品を作業者が容易に把握でき、部品交換をスムーズに行うことができる。
第５の発明の燃料電池システムは、第１〜４のいずれかの発明の燃料電池システムにおいて、第１水タンクが、第２水タンクよりも重力方向の上側に配置され、第１水移動機構が、第１水タンク及び第２水タンクを接続する第１接続経路と、第１接続経路上に設けられた第１弁と、を有する。
かかる構成では、第１水移動機構として、弁を用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行うことができる。
第６の発明の燃料電池システムは、第１〜４のいずれかの発明の燃料電池システムにおいて、第１水移動機構が、第１水タンク及び第２水タンクを接続する第２接続経路と、第２接続経路上に設けられ、第１水タンクから第２水タンクに水を移動するための第１ポンプと、を有する。
かかる構成では、第１水移動機構として、ポンプを用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行うことができる。
第７の発明の燃料電池システムは、第５の発明の燃料電池システムにおいて、第２水タンクの水を第１水タンクに移動する第２水移動機構を備え、第２水移動機構は、第１水タンク及び第２水タンクを接続する第３接続経路と、第３接続経路上に設けられ、第２水タンクから第１水タンクに水を移動するための第２ポンプと、を有し、制御部が、第１水移動機構を用いて第１水タンクから第２水タンクへ水を移動する前に、第２水移動機構を用いて、第２水タンクから第１水タンクに水を移動するよう制御する。
かかる構成では、第１水移動機構として、弁を用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクから第１水タンクに水を移動することができる。
第８の発明の燃料電池システムは、第６の発明の燃料電池システムにおいて、第２水タンクの水を第１水タンクに移動する第２水移動機構を備え、第２水タンクは、第１水タンクよりも重力方向の上側に配置され、第２水移動機構は、第１水タンク及び第２水タンクを接続する第４接続経路と、第４接続経路上に設けられた第２弁と、を有し、制御部が、第１水移動機構を用いて第１水タンクから第２水タンクへ水を移動する前に、第２水移動機構を用いて、第２水タンクから第１水タンクに水を移動するよう制御する。
かかる構成では、第１水移動機構として、ポンプを用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクから第１水タンクに水を移動することができる。
第９の発明の燃料電池システムは、第１〜８のいずれかの発明の燃料電池システムにおいて、第２水タンクの水を排出する水排出機構を有し、制御部が、第１水移動機構を用いて第１水タンクから第２水タンクへ水を移動する前に、水排出機構を用いて第２水タンクの水を排出するよう制御する。
かかる構成では、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクの水を排出することができる。なお、水排出機構は、弁又はポンプを用いることができる。
第１０の発明の燃料電池システムは、第１〜９のいずれかの発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニットが、原料及び水を用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、原料、燃料ガス及び燃料電池から排出されるアノード排ガスのうちの少なくともいずれかを燃焼して水素生成器を加熱する燃焼器と、を有し、凝縮水が、アノード排ガス、燃料電池から排出されるカソード排ガス、及び、燃焼器から排出される燃焼排ガスのうちの少なくともいずれかのガス中の水分を凝縮した水である。
第１１の発明の燃料電池システムは、第１の発明の燃料電池システムにおいて、異常処理動作が、異常信号の発信であって、異常信号が発信された場合に異常の旨を報知する異常報知器を有する。
第１２の発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、燃料電池を冷却するための冷却水、及び、燃料電池からの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクの水量を第１水量センサーで検知するステップと、凝縮水、冷却水及び貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクの水量を第２水量センサーで検知するステップと、第１水タンクから第２水タンクへ水が移動するよう第１水移動機構を制御するステップと、その後、第１水移動機構を制御する前と比べて第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、第１水移動機構を制御する前と比べて第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行うステップと、を備える。
かかる構成では、より簡便な構成で、より確実に異常を把握できる
第１３の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１２の発明の燃料電池システムの運転方法において、第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、運転を継続するステップを備える。
第１４の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１２の発明の燃料電池システムの運転方法において、異常処理動作が、運転停止であって、運転停止を行うステップが、運転停止後に、起動禁止又は再起動を行うものである。
第１５の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１２の発明の燃料電池システムの運転方法において、異常処理動作が、判定動作であって、判定動作を行うステップが、第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、第１水量センサーの異常と判定するステップと、第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、第２水量センサーの異常と判定するステップと、第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、第１水移動機構の異常と判定するステップと、を備える。
かかる構成では、第１水量センサー、第２水量センサ及び第１水移動機構のうちのどの機器が異常であるかを判定することができる。そのため、例えば、修理などのメンテナンスを行う際に、異常が起こった部品を作業者が容易に把握でき、部品交換をスムーズに行うことができる。
第１６の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１２〜１５のいずれかの発明の燃料電池システムの運転方法において、第１水移動機構を用いて第１水タンクから第２水タンクへ水を移動するステップの前に、第２水タンクの水を第１水タンクに移動する第２水移動機構を用いて、第２水タンクから第１水タンクに水を移動するステップを備える。
かかる構成では、第１水移動機構として、ポンプを用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクから第１水タンクに水を移動することができる。
第１７の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１２〜１６のいずれかの発明の燃料電池システムの運転方法において、第１水移動機構を用いて第１水タンクから第２水タンクへ水を移動するステップの前に、第２水タンクの水を排出する水排出機構を用いて第２水タンクの水を排出するステップを備える。
かかる構成では、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクの水を排出することができる。なお、水排出機構は、弁又はポンプを用いることができる。
第１８の発明の燃料電池システムの運転方法は、第１４の発明の燃料電池システムの運転方法において、異常処理動作が、異常信号の発信であって、異常信号が発信された場合に異常の旨を報知するステップを備える。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。符号は実施形態および実施例と発明との対応関係を例示するために付されており、発明の構成が実施形態およびその図面に限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１は、図１は、第１実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
図１に例示するように、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池ユニット５０と、第１水タンク４１と、第２水タンク４３と、第１水量センサー４２と、第２水量センサー４４と、第１水移動機構６０と、制御部４０とを備える。
燃料電池ユニット５０は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池（図示せず）を備える。燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）あるいは固体高分子形燃料電池（ＳＯＦＣ）などが用いられうる。
燃料電池ユニット５０は、原料及び水を用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器（図示せず）と、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池（図示せず）と、原料、燃料ガス及び燃料電池から排出されるアノード排ガスのうちの少なくともいずれかを燃焼して水素生成器を加熱する燃焼器（図示せず）と、を有していてもよい。この場合、後述する凝縮水は、アノード排ガス、燃料電池から排出されるカソード排ガス、及び、燃焼器から排出される燃焼排ガスのうちの少なくともいずれかのガス中の水分を凝縮した水であってもよい。
第１水タンク４１は、燃料電池ユニット５０から排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、燃料電池ユニット５０を冷却するための冷却水、及び、燃料電池ユニット５０からの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜めるタンクである。
第２水タンク４３も、第１水タンク４１と同様、凝縮水、冷却水及び貯湯水のうちの少なくとも１つを溜めるタンクである。なお、第２水タンク４３は、凝縮水、冷却水及び貯湯水のうち、第１水タンク４１が溜める流体と異なる流体を溜めるタンクであることが好ましい。
第１水量センサー４２は、第１水タンク４１の水量を検知するセンサーであって、例えば、フロートセンサ、電気伝導度計などが用いられうる。
第２水量センサー４４は、第２水タンク４３の水量を検知するセンサーであって、例えば、フロートセンサ、電気伝導度計などが用いられうる。
第１水移動機構６０は、第１水タンク４１の水を第２水タンク４３に移動させるもので、例えば、ポンプ、弁などが用いられうる。
制御部４０は、第１水移動機構６０を制御する制御装置である。制御部４０は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＰＬＣ（ProgrammableLogic Controller）、論理回路等で構成することができ、あるいはこれらの装置に、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置が付加されてもよい。制御部４０は、集中制御する単独の制御器によって構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されていてもよい。例えば、第１水移動機構６０を制御する機能と、後述する異常処理動作を実行する機能とが、全体として１個の制御器によって構成されていてもよいし、個々の機能に対応するように１個ずつ制御器が設けられていてもよいし、各機能の任意の組合せについて単独のまたは複数の制御器が設けられていてもよい。
制御部４０は、第１水タンク４１と第１水量センサー４２と第２水タンク４３と第２水量センサー４４と第１水移動機構６０と、通信可能に接続されている。
制御部４０は、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水が移動するよう第１水移動機構６０を制御し、その後、第１水移動機構６０の制御を開始する前と比べて第１水量センサー４２の検知する水量が減少しなかった場合、及び、第１水移動機構６０の上記制御を開始する前と比べて第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行う。
異常処理動作は、上記判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のいずれか１つのみ行われてもよいし、３つの動作のうち任意の組合せの２つが同時または順次に行われてもよく、３つの動作全てが同時または順次に行われてもよい。
図２は、第１実施形態における燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートであって、図２（ａ）は異常処理動作として判定動作が行われる場合、図２（ｂ）は異常処理動作として異常信号が発信される場合、図２（ｃ）は異常処理動作として運転が停止される場合を示す。
まず、図２（ａ）を参照しつつ、異常処理動作として判定動作が行われる場合について説明する。動作が開示されると（スタート）、まず、制御部４０により、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水が移動するように、第１水移動機構６０が制御される（ステップＳ１０１）。
次に、制御部４０は、第１水量センサー４２から受け取った検知水量（例えば、水位）が、ステップＳ１０１より前の検知水量よりも減少しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。かかる判定を可能とするために、制御部４０は、ステップＳ１０１よりも前に、第１水量センサー４２で第１水タンク４１の水量を検知して記憶しておくのが好ましい。
ステップＳ１０２の判定結果がＮＯであれば、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動させようとしているにも関わらず、第１水移動機構６０の不具合により第１水タンク４１の水量が減少していないか、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水が移動して第１水タンク４１の水量が増加しているにも関わらず、第１水量センサー４２の不具合により第１水量センサー４２の検知水量が減少していないことになる。よって、少なくとも第１水移動機構６０および第１水量センサー４２のいずれか一方に異常があると判断できる。そこで、制御部４０は、異常と判定する判定動作を実行し（ステップＳ１０４Ａ）、動作を終了する（エンド）。判定動作は、具体的には例えば、制御部４０が有する記憶部にある、異常フラグをＯＮとすることとしうる。
ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳであれば、制御部４０は、第２水量センサー４４から受け取った検知水量（例えば、水位）が、ステップＳ１０１より前の検知水量よりも増加しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。かかる判定を可能とするために、制御部４０は、ステップＳ１０１よりも前に、第２水量センサー４４で第２水タンク４３の水量を検知して記憶しておくのが好ましい。
ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳであれば、異常なしと判定して動作を終了する（エンド）。このときは、第１水量センサー４２の検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加しており、運転を継続してもよい。
ステップＳ１０４の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ１０２の判定結果から第１水タンク４１から第２水タンク４３へと水が移動していることは確実であるから、第２水量センサー４４の不具合により第２水量センサー４４の検知水量が増加していないことになる。よって、第２水量センサー４４に異常があると判断できる。そこで、制御部４０は、異常と判定する判定動作を実行し（ステップＳ１０４Ａ）、動作を終了する（エンド）。
なおここで、動作を終了する、とは、例えば、図２（ａ）の動作が異常検出ルーチンとして実行される場合に、該ルーチンが終了することをいい、必ずしも燃料電池システム１００の運転が停止されることを意味しない。
なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の順序は逆であってもよい（異常処理動作として異常信号の発信あるいは運転停止が行われる場合も同様である）。この場合、第２水量センサー４４の検知水量が増加していた場合に、第１水量センサー４２の検知水量が減少しているか否かの判定が行われる。第２水量センサー４４の検知水量が増加していなかった場合、あるいは、第１水量センサー４２の検知水量が減少していなかった場合には判定動作（ステップＳ１０４Ａ）が行われる。
以上の動作によれば、制御部４０により、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水が移動するよう第１水移動機構６０を制御し、その後、第１水移動機構６０の制御を開始する前と比べて第１水量センサー４２の検知する水量が減少しなかった場合、及び、第１水移動機構６０の上記制御を開始する前と比べて第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作が実行されることになる。
次に、図２（ｂ）を参照しつつ、異常処理動作として異常信号が発信される場合について説明する。なお、この場合の動作は、図２（ａ）のステップＳ１０４ＡをステップＳ１０４Ｂに置換したものであり、ステップＳ１０４Ｂ以外の動作は図２（ａ）と同様である。よって、図２（ａ）と図２（ｂ）とで共通するステップについては説明を省略する。
ステップＳ１０２の判定結果がＮＯであり、少なくとも第１水移動機構６０および第１水量センサー４２のいずれか一方に異常があると判断できる場合、および、ステップＳ１０３の判定結果がＮＯであり、第２水量センサー４４に異常があると判断できる場合には、制御部４０は、異常信号を発信し（ステップＳ１０４Ｂ）、動作を終了する（エンド）。異常信号は、必ずしもユーザにより検知可能な信号でなくてもよい。例えば、遠隔地にある監視施設に異常信号が送信されてもよいし、異常処理を行う他の装置に異常信号が送信されてもよい。異常信号が発信された場合に異常の旨を報知してもよく、この場合には、例えば、制御部４０と通信可能に接続された、異常信号が発信された場合に異常の旨を報知する異常報知器を備えていてもよい。
次に、図２（ｃ）を参照しつつ、異常処理動作として運転が停止される場合について説明する。なお、この場合の動作は、図２（ａ）のステップＳ１０４ＡをステップＳ１０４Ｃに置換したものであり、ステップＳ１０４Ｃ以外の動作は図２（ａ）と同様である。よって、図２（ａ）と図２（ｃ）とで共通するステップについては説明を省略する。
ステップＳ１０２の判定結果がＮＯであり、少なくとも第１水移動機構６０および第１水量センサー４２のいずれか一方に異常があると判断できる場合、および、ステップＳ１０３の判定結果がＮＯであり、第２水量センサー４４に異常があると判断できる場合には、制御部４０は、燃料電池システム１００の運転を停止し（ステップＳ１０４Ｃ）、動作を終了する（エンド）。制御部４０は、運転停止を行った後に、起動禁止又は再起動を行ってもよい。起動禁止とは、例えば、制御部４０の記憶部にある軌道禁止フラグをＯＮとし、その後はユーザが起動スイッチを押しても起動しないようにすることなどが挙げられる。
［第１実施例］
図３は、第１実施形態の第１実施例における燃料電池システムの主要部の概略構成の一例を示すブロック図である。図３においては省略されているが、第１実施例の燃料電池システムも、燃料電池ユニット５０と制御部４０とを備えている。図１において説明した要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
第１実施例の燃料電池システムでは、第１水タンク４１が、第１水量センサー４２よりも重力方向の上側に配置され、第１水移動機構６０が、第１水タンク４１及び第１水量センサー４２を接続する第１接続経路６１と、第１接続経路６１上に設けられた第１弁６２と、を有する。
第１接続経路６１は、第１水タンク４１の底部に設けられた排水口と、第２水タンク４３の上部に設けられた給水口とを接続するように設けられているのが好ましい。
第１弁６２は、例えば、制御部４０と通信可能に接続され、制御部４０の制御によって開閉される開閉弁あるいは流量調整弁としうる。第１実施例では、第１弁６２が開放されることにより、第１水タンク４１の内部にある水は、重力により、第２水タンク４３へと移動する。
図４は、第１実施形態の第１実施例における燃料電池システムにおける判定の概要を示す表である。
制御後の状態１では、第１弁６２を開放するよう制御することで、第１弁６２の状態は開放となり、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。そして、第１水量センサー４２の検知水量は予定通り減少し、第２水量センサー４４の検知水量は予定通り増加している。よって、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、異常なしと判定することができる。
制御後の状態２では、第１弁６２を開放するよう制御することで、第１弁６２の状態は開放となり、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。しかしながら、第１水量センサー４２の検知水量は予定通りには減少せず、第２水量センサー４４の検知水量は予定通り増加している。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第１水量センサー４２に異常があると判定することができる。
制御後の状態３では、第１弁６２を開放するよう制御しても、第１弁６２の状態は閉止のままで、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動していない。そして、第１水量センサー４２の検知水量は予定通りには減少せず、第２水量センサー４４の検知水量も予定通りには増加しない。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第１弁６２に異常があると判定することができる。
制御後の状態４では、第１弁６２を開放するよう制御することで、第１弁６２の状態は開放となり、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。第１水量センサー４２の検知水量は予定通り減少しているが、第２水量センサー４４の検知水量は予定通りには増加していない。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第２水量センサー４４に異常があると判定することができる。
なお、第１実施例においても、異常処理動作として、判定動作以外に、異常信号の発信あるいは運転停止、あるいはそれらの３つの任意の組合せが、同時にあるいは順次に実行されてもよい。
本実施例では、第１水移動機構として、弁を用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行うことができる。
［第２実施例］
図５は、第１実施形態の第２実施例における燃料電池システムの主要部の概略構成の一例を示すブロック図である。図５においては省略されているが、第２実施例の燃料電池システムも、燃料電池ユニット５０と制御部４０とを備えている。図１において説明した要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
第２実施例の燃料電池システムでは、第１水移動機構６０が、第１水タンク４１及び第１水量センサー４２を接続する第２接続経路６３と、第２接続経路６３上に設けられ、第１水タンク４１から第２水タンク４３に水を移動するための第１ポンプ６４と、を有する。
第２接続経路６３は、第１水タンク４１の底部に設けられた排水口と、第２水タンク４３の上部に設けられた給水口とを接続するように設けられているのが好ましい。
第１ポンプ６４は、例えば、制御部４０と通信可能に接続され、制御部４０の制御によって動作するポンプとしうる。第２実施例では、第１ポンプ６４が駆動されることにより、第１水タンク４１の内部にある水は、第２水タンク４３へと移動する。かかる構成では、第１水タンク４１が第２水タンク４３よりも重力方向の下側に配置されている場合でも、重力に反して水を第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動させることができる。
図６は、第１実施形態の第２実施例における燃料電池システムにおける判定の概要を示す表である。
制御後の状態１では、第１ポンプ６４を駆動させることで、第１ポンプ６４が実際に動作し、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。そして、第１水量センサー４２の検知水量は予定通り減少し、第２水量センサー４４の検知水量は予定通り増加している。よって、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、異常なしと判定することができる。
制御後の状態２では、第１ポンプ６４を駆動させることで、第１ポンプ６４が実際に動作し、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。しかしながら、第１水量センサー４２の検知水量は予定通りには減少せず、第２水量センサー４４の検知水量は予定通り増加している。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第１水量センサー４２に異常があると判定することができる。
制御後の状態３では、第１ポンプ６４を駆動するよう制御しても、第１ポンプ６４は実際には動作せず、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動していない。そして、第１水量センサー４２の検知水量は予定通りには減少せず、第２水量センサー４４の検知水量も予定通りには増加しない。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第１弁６２に異常があると判定することができる。
制御後の状態４では、第１ポンプ６４を駆動させることで、第１ポンプ６４が実際に動作し、水は第１水タンク４１から第２水タンク４３へと移動している。第１水量センサー４２の検知水量は予定通り減少しているが、第２水量センサー４４の検知水量は予定通りには増加していない。この場合には、第１水量センサー４２と第２水量センサー４４の検知結果から、第２水量センサー４４に異常があると判定することができる。
なお、第２実施例においても、異常処理動作として、判定動作以外に、異常信号の発信あるいは運転停止、あるいはそれらの３つの任意の組合せが、同時にあるいは順次に実行されてもよい。
本実施例では、第１水移動機構として、ポンプを用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行うことができる。
［第１変形例］
図７は、第１実施形態の第１変形例における燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
第１変形例の燃料電池システムは、異常処理動作が、判定動作であって、制御部４０は、判定動作の際に、第１水量センサー４２の検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加した場合に、第１水量センサー４２の異常と判定し、第１水量センサー４２の検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合に、第２水量センサー４４の異常と判定し、第１水量センサー４２の検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合に、第１水移動機構６０の異常と判定する。
第１変形例の燃料電池システムの運転方法は、異常処理動作が、判定動作であって、
判定動作を行うステップは、第１水量センサー４２の検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加した場合に、第１水量センサー４２の異常と判定するステップと、第１水量センサー４２の検知する水量が減少し、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合に、第２水量センサー４４の異常と判定するステップと、第１水量センサー４２の検知する水量が減少せず、かつ、第２水量センサー４４の検知する水量が増加しなかった場合に、第１水移動機構６０の異常と判定するステップと、を備える。
かかる判定は、第１実施例の図４および第２実施例の図６を用いても行うことができる。
なお、第１変形例のハードウェア構成は、第１実施形態およびその実施例や変形例と同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
以下、図７を参照しつつ、第１変形例の燃料電池システムの動作について説明する。
動作が開示されると（スタート）、まず、制御部４０により、第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水が移動するように、第１水移動機構６０が制御される（ステップＳ２０１）。
次に、制御部４０は、第１水量センサー４２から受け取った検知水量（例えば、水位）が、ステップＳ２０１より前の検知水量よりも減少しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。かかる判定を可能とするために、制御部４０は、ステップＳ２０１よりも前に、第１水量センサー４２から受け取った検知水量を記憶しておくのが好ましい。
ステップＳ２０２の判定結果がＹＥＳであれば、制御部４０は、第２水量センサー４４から受け取った検知水量（例えば、水位）が、ステップＳ２０１より前の検知水量よりも増加しているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。
ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳであれば、例えば図４や図６に制御後の状態１として示すように、制御部４０は異常なしと判定し、動作を終了する（エンド）。
ステップＳ２０３の判定結果がＮＯであれば、例えば図４や図６に制御後の状態４として示すように、制御部４０は第２水量センサー４４に異常があると判定し（ステップＳ２０４）、その旨のフラグを立てて、動作を終了する（エンド）。
ステップＳ２０２の判定結果がＮＯであれば、制御部４０は、第２水量センサー４４から受け取った検知水量（例えば、水位）が、ステップＳ２０１より前の検知水量よりも増加しているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。
ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳであれば、例えば図４や図６に制御後の状態２として示すように、制御部４０は第１水量センサー４２に異常があると判定し（ステップＳ２０６）、その旨のフラグを立てて、動作を終了する（エンド）。
ステップＳ２０６の判定結果がＹＥＳであれば、例えば図４や図６に制御後の状態３として示すように、制御部４０は第１水移動機構６０に異常があると判定し（ステップＳ２０６）、その旨のフラグを立てて、動作を終了する（エンド）。
本変形例では、第１水量センサー、第２水量センサ及び第１水移動機構のうちのどの機器が異常であるかを判定することができる。そのため、例えば、修理などのメンテナンスを行う際に、異常が起こった部品を作業者が容易に把握でき、部品交換をスムーズに行うことができる。
上記の例では判定動作が行われたが、判定動作に加えて異常信号の発信や運転停止、あるいはその両方が同時に、あるいは順次に、実行されてもよい。
なお、第１水量センサー４２の検知水量が減少したかの判定と、第２水量センサー４４の検知水量が増加したかの判定とは、順序が逆であってもよい。
［第２変形例］
図８は、第１実施形態の第２変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
第２変形例の燃料電池システムは、第１実施例の燃料電池システムにおいて、第２水タンク４３の水を第１水タンク４１に移動する第２水移動機構を備え、第２水移動機構は、第１水タンク４１及び第２水タンク４３を接続する第３接続経路６５と、第３接続経路６５上に設けられ、第２水タンク４３から第１水タンク４１に水を移動するための第２ポンプ６６と、を有し、制御部４０が、第１水移動機構６０（第１接続経路６１および第１弁６２）を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動する前に、第２水移動機構（第３接続経路６５、第２ポンプ６６）を用いて、第２水タンク４３から第１水タンク４１に水を移動するよう制御する。
第２変形例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施例の燃料電池システムの運転方法において、第１水移動機構６０を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動するステップの前に、第２水タンク４３の水を第１水タンク４１に移動する第２水移動機構（第３接続経路６５、第２ポンプ６６）を用いて、第２水タンク４３から第１水タンク４１に水を移動するステップを備える。
第３接続経路６５は、第２水タンク４３の底部に設けられた排水口と、第１水タンク４１の上部に設けられた給水口とを接続するように設けられているのが好ましい。
第２ポンプ６６は、例えば、制御部４０と通信可能に接続され、制御部４０の制御によって動作するポンプとしうる。第２変形例では、第２ポンプ６６が駆動されることにより、第２水タンク４３の内部にある水は、第１水タンク４１へと移動する。かかる構成では、第２水タンク４３が第１水タンク４１よりも重力方向の下側に配置されている場合でも、重力に反して水を第２水タンク４３から第１水タンク４１へと移動させることができる。
本変形例では、第１水移動機構として、弁を用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクから第１水タンクに水を移動することができる。
［第３変形例］
図９は、第１実施形態の第３変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
第３変形例の燃料電池システムは、第２実施例の燃料電池システムにおいて、第２水タンク４３の水を第１水タンク４１に移動する第２水移動機構を備え、第２水タンク４３は、第１水タンク４１よりも重力方向の上側に配置され、第２水移動機構は、第１水タンク４１及び第２水タンク４３を接続する第４接続経路６７と、第４接続経路６７上に設けられた第２弁６８と、を有し、制御部４０が、第１水移動機構６０（第２接続経路６３および第１ポンプ６４）を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動する前に、第２水移動機構（第４接続経路６７、第２弁６８）を用いて、第２水タンク４３から第１水タンク４１に水を移動するよう制御する。
第３変形例の燃料電池システムの運転方法は、第２実施例の燃料電池システムの運転方法において、第１水移動機構６０を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動するステップの前に、第２水タンク４３の水を第１水タンク４１に移動する第２水移動機構（第４接続経路６７、第２弁６８）を用いて、第２水タンク４３から第１水タンク４１に水を移動するステップを備える。
第４接続経路６７は、第２水タンク４３の底部に設けられた排水口と、第１水タンク４１の上部に設けられた給水口とを接続するように設けられているのが好ましい。
第２弁６８は、例えば、制御部４０と通信可能に接続され、制御部４０の制御によって開閉される開閉弁あるいは流量調整弁としうる。第３変形例では、第２弁６８が開放されることにより、第２水タンク４３の内部にある水は、重力により、第１水タンク４１へと移動する。
本変形例では、第１水移動機構として、ポンプを用いた場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクから第１水タンクに水を移動することができる。
［第４変形例］
図１０は、第１実施形態の第４変形例における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
第４変形例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、第２水タンクの水を排出する水排出機構６９を有し、制御部４０は、水排出機構を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動する前に、水排出機構６９を用いて第２水タンク４３の水を排出するよう制御する。
第４変形例の燃料電池システムの運転方法は、上記実施例ないし変形例の燃料電池システムの運転方法において、第１水移動機構６０を用いて第１水タンク４１から第２水タンク４３へ水を移動するステップの前に、第２水タンク４３の水を排出する水排出機構６９を用いて第２水タンク４３の水を排出するステップを備える。
燃料電池システム１００Ａが、第１水タンク４１および第２水タンク４３以外の水貯留手段を備え、水排出機構６９は、該水貯留手段に水を排出する構成であってもよい。ただし、水排出機構６９は、第２水タンク４３の水を燃料電池システム１００Ａの外部に排出するものであるのが好ましい。
水排出機構６９は、例えば、第２水タンク４３の下部に設けられた排水口から始まり、燃料電池システム１００Ａの外部に開放されている流路と、該流路に設けられた弁（開閉弁、流量調整弁など）あるいはポンプとで構成されうる。水排出機構６９は、例えば、制御部４０と通信可能に接続され、制御部４０の制御に基づいて、第２水タンク４３の水を第２水タンク４３の外部へと排出させる。
本変形例は、第１〜２実施例、第１〜３変形例と組み合わせてもよい。
本変形例では、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つの異常時対応を行う前の準備動作として、第２水タンクの水を、第２水タンクの外部に、より好ましくは燃料電池システムの外部に、排出することができる。
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。図１１において、燃料電池発電装置１（燃料電池システム）には、燃料ガスと少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電を行なうセルスタック２（燃料電池）と、原料と水とから水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器３と、セルスタックを通過した空気と燃料生成器より排出された空気の中の水分が凝縮した水をためる凝縮水タンク４と、凝縮水タンク４の水量を検知する凝縮水水量センサーとして、凝縮水タンクフロートセンサー５と、凝縮水タンク４に水を供給する凝縮水供給手段として、ＡＤ配管９中に配置されたＡＤ閉止弁と、もう一つの凝縮水タンクに水を供給する凝縮水供給手段として燃料電池発電装置１の外部の水を導く給水弁２０と、凝縮水タンク４の水を排出する凝縮水排出手段として冷却水供給ポンプ１０と、制御部３６とが設けられている。
セルスタック２には、カソード空気配管１４を通じて燃料電池発電装置１の外部から少なくとも酸素を含む酸化剤ガスとして空気が供給される。カソード空気はセルスタック２で発電の際にカソード空気中の酸素の一部または全部が消費され、残った排カソード空気は排カソード空気配管１６より排カソード空気熱交換器１７に導かれる。排カソード空気には多くの水分が含まれているので、排カソード空気熱交換器１７で熱が奪われ温度が低くなると、水分が凝縮し水が発生する。凝縮した水と排カソード空気は凝縮水タンク４（カソード凝縮水タンク）に導かれる。凝縮した水は凝縮水タンク４にたまり、気体成分は凝縮水タンク４に設けられた気液接触部２１を通過した後、カソード排気配管２２により、燃料電池発電装置１の外部に排出される。
炭化水素等の分子中に水を有する物質は原料として原料配管１２により燃料電池発電装置１の外部から水素生成器３の改質部３ａに導かれる。原料としては、メタン、エタン、
プロパンなどの常温で気体の炭化水素のほか、灯油や石油などの常温で液体の炭化水素が利用できるが、本実施の形態では原料として都市ガスの１３Ａを使用した。水素生成器３中の改質部３ａでは、供給された原料と水から反応により、水素を含む燃料ガスが生成される。水素生成器３で生成された燃料は燃料ガス配管１５によりセルスタック２に運ばれる。セルスタック２では、燃料中の水素と酸化剤ガス中の酸素により、電気エネルギーと熱エネルギーおよび水が生成される。セルスタック２で燃料ガス中の水素の一部が使用された後のオフガスは、オフガス配管２３によりＡＤ熱交換器２５に導かれる。ＡＤ熱交換器２５ではオフガスから熱を奪うため、オフガスの温度は低下し、オフガス中に含まれる水分は凝縮し水となる。凝縮した水を含むオフガスはＡＤタンク６（アノード凝縮水タンク）に導かれる。
凝縮した水分はＡＤタンク６に蓄えられオフガスはＡＤ配管２４により、水素生成器３中のバーナー部３ｂに導かれる。バーナー部３ｂでは、燃焼空気配管１３により、燃料電池発電装置１の外部から直接または外部から燃料電池発電装置１の内部に入り込んだ空気を燃料電池発電装置１の内部から取り込んだ空気とオフガスが混ざり燃焼する。燃焼の際に発生する熱は原料と水から水素を生成する反応熱として一部が利用される。反応熱として利用されなかった熱を含む燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管２６により、燃焼排ガス熱交換器２７に導かれる。燃焼排ガス熱交換器２７では燃焼排ガスから熱が奪われ、温度が低下し、水分が凝縮する。水分が凝縮した後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス排気配管３７により、燃料電池発電装置１の外部に導かれる。燃焼排ガスから凝縮した水は凝縮水タンク４に設けられた気液接触部２１に導かれる。燃焼排ガスからの凝縮水は、燃焼排ガスには多く含まれている燃焼時に発生する二酸化炭素がため、ｐＨは酸性となっている。
気液接触部２１では、排カソード空気と対向で接触することになる。燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素は、二酸化炭素濃度が低い排カソード空気に移動することにより、燃焼排ガスからの凝縮水中の他炭酸ガス濃度が低下し、ｐＨが上昇し、中性に向かうのである。
凝縮水タンク４には、凝縮水水量センサーとして、凝縮水タンクフロートセンサー５が設けられている。凝縮水排出手段として冷却水供給ポンプ１０が接続されている。制御部３６の信号などにより、冷却水供給ポンプ１０は凝縮水タンク４から水を運び出す。凝縮水タンク４から運び出された水は、水中に含まれる粒子やイオン、あるいは黴菌を除去する浄水部を通過した後、冷却水供給配管３８により冷却水タンク２８に水が供給される。冷却水供給手段を凝縮水排出手段と別に設けても良いが、本実施の形態では冷却水供給ポンプ１０を凝縮水排出手段だけでなく、冷却水供給手段としても使用した。冷却水タンク２８には、冷却水水量センサーとして冷却水タンクフロートセンサー２９を設けている。
冷却水タンク２８の水は、冷却水循環ポンプ３０により、冷却水タンク２８からくみ出された冷却水は、冷却水熱交換器３１に流される。冷却水熱交換器では熱が奪われるために、冷却水の温度は適切な温度となる。なお、適切な温度となるように冷却水熱交換器で熱が移動する貯湯水の流れる量を制御することにより、冷却水の温度は適切に制御されるのである。適切な温度となった冷却水はセルスタック２に流される。セルスタック２は発電の際には発熱もするので、適切な水温の冷却水を適切な水量で流し込むことにより、セルスタックの温度は適切に制御される。
なお、セルスタック２で発生する熱は、発電量などに影響により様々に変化する。そこでセルスタック２から奪う熱量も様々に変化させる必要がある。これは冷却水循環ポンプ３０の操作量を制御することにより行う。冷却水が冷却水タンク２８とセルスタック２との間で循環する経路から、改質水ポンプ３２に水を導く経路が形成されている。改質水ポンプ３２は冷却水を改質水弁３３を介して、水素生成器３に導く。一方、改質水ポンプ３２の吐出経路には、改質水弁３３を介して水素生成器３につながる経路のほかに、ＡＤ弁３４を介してＡＤタンク６につながる経路も構成されている。改質水ポンプ３２を動作させ、ＡＤ弁３４を開とすると冷却水タンク２８の水はＡＤタンク６へと運ばれることとなる。
冷却水排出手段およびＡＤタンク水供給手段はそれぞれ独立に設けても良いが、本実施の形態では、改質水ポンプ３２を冷却水排出手段およびＡＤ水供給手段としても使用している。これにより、少ない部品点数で、異なった役割を行うことができるため、信頼性の高い燃料電池発電装置が実現できるのである。ＡＤタンク６は凝縮水タンク４より上方に配置され、ＡＤ閉止弁８を設けたＡＤ配管９によりＡＤタンク６の水は凝縮水タンク４に導かれるのである。ＡＤ閉止弁は凝縮水供給手段であるとともに、ＡＤ水排出手段でもある。ＡＤタンク６には、オフガスからの凝縮水が貯まっているが、原料から作られた燃料ガス中には水素の他にも二酸化炭素が含まれているので、オフガスからの凝縮水は炭酸ガスによりｐＨが低い水となっている。ＡＤタンク６から凝縮水タンク４に導かれる間に、気液接触部２１を通過する。このとき、排カソード空気と接触することにより、凝縮水中の二酸化炭素が移動し、除去されるため、凝縮水中の炭酸ガス濃度が減少し、ｐＨは中性付近となり、凝縮水タンク４に貯められるのである。凝縮水タンク４から排出される水の量より、供給される水の量が多いときは、凝縮水ドレン配管３９から燃料電池発電装置１の外部に排出される。燃料電池発電装置１で発生する電力を利用する場合は、セルスタック２で発生した直流の電力は、電力回路部３５に送られ交流や利用する目的の電圧の直流に変換された後、燃料電池発電装置１外部への送られ利用される。燃料電池発電装置１で発生する熱を利用する場合は、燃料電池発電装置１の外部より貯湯水入り配管１８から水が供給され、ＡＤ熱交換器２５を通過した後、排カソード空気熱交換器１７または燃焼排ガス熱交換器２７を通過し、冷却水熱交換器３１を通過する毎に温度が上昇し、高温のお湯となって貯湯水出配管により、燃料電池発電装置１の外部に導かれ、給湯などで利用される。
次に、本実施形態における燃料電池システムの動作について説明する。なお、同時に二つの部品が故障する場合も有るが、各部品の故障確立の積となるため、その確立は非常に小さいため、同時故障は無いとして進める。燃料電池発電装置１を初めて運転するときは、初期運転工程１を行う。
まず、本実施の形態における初期運転工程１について、図１２に基づいて説明する。図１２は、第２実施形態における初期運転工程１の運転方法の一例を示すフローチャートである。最初は凝縮水タンク４に水が無い。凝縮水タンクフロートセンサー５は水量小を示しているはずである（ステップＳ３０１）。ここで、水量大を示していれば制御部３６は凝縮水タンクフロートセンサー５は故障していると判断でき、故障を確定する（ステップＳ３０２）。次に、制御部３６により、給水弁２０が開かれ、凝縮水タンク４に外部から水が供給される（ステップＳ３０３）。凝縮水タンク４で凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示すまでに貯まる設計水量をＧ２リットルとした場合、給水弁２０から供給される水の設計流量がＫＢＶリットル毎分である場合は、（Ｇ２／ＫＢＶ）分で凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示すはずである。（Ｇ２／ＫＢＶ）分で凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示した場合（ステップＳ３０４でＹＥＳ）は、給水弁２０と凝縮水タンクフロートセンサー５はいずれも正常であると制御部３６は判断し（ステップＳ３０５）、初期運転工程２に移動する。（Ｇ２／ＫＹＶ）分よりも時間が経過しても凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さない場合（ステップＳ３０４でＮＯ）は、給水弁２０と凝縮水タンクフロートセンサー５のいずれか一方が故障していると判断する。この場合、冷却水供給ポンプ１０を動作させる（ステップＳ３０６）。初期では冷却水タンク２８にも水が入っていないため、冷却水タンクフロートセンサー２９は水量小を示している。冷却水供給ポンプ１０を動作させ、冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示すと（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、凝縮水タンク４には水があったので、給水弁２０は正常であり、凝縮水タンクフロートセンサー５が故障していると確定できる（ステップＳ３０８）。冷却水供給ポンプ１０を動作させても、（所定時間経過後に）冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示さなければ、給水弁２０が故障していると確定できる（ステップＳ３０９）。これにより、発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、初期運転工程２について、図１３に基づいて説明する。図１３は、第２実施形態における初期運転工程２の運転方法の一例を示すフローチャートである。最初は冷却水供給ポンプ１０を動作させることにより、冷却水タンク２８に水を入れる（ステップＳ４０１）。冷却水タンク２８に設けている冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示すまでに貯まる設計水量をＲ２リットルとした場合、冷却水供給ポンプ１０から供給される水の設計流量がＲＫＶリットル毎分である場合は、（Ｒ２／ＲＫＶ）分で冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示すはずである。（Ｒ２／ＲＫＶ）分で冷却水フロートセンサー２９が水量大を示した場合（ステップＳ４０２でＹＥＳ）は冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示すと無事水が供給できているので、冷却水タンクフロートセンサー２９と冷却水供給ポンプ１０はいずれも正常であると判断できる（ステップＳ４０３）ので、初期運転工程３に移動する。（Ｒ２／ＲＫＶ）分よりも時間が経過しても冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示さない場合（ステップＳ４０２でＮＯ）は、冷却水タンクフロートセンサー２９と冷却水供給ポンプ１０のいずれか一方が故障していると判断する。この場合、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示す（ステップＳ４０４でＹＥＳ）と、凝縮水タンク４から水が運び出されたことを示すので、冷却水供給ポンプ１０は正常であると判断できるため、冷却水タンクフロートセンサー２９が故障していると確定する（ステップＳ４０５）。逆に、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示さない（ステップＳ４０４でＮＯ）と、凝縮水タンク４から水が運び出されていないことを示すので、冷却水供給ポンプ１０が故障していると確定する（ステップＳ４０６）。発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、初期運転工程３について、図１４に基づいて説明する。図１４は、第２実施形態における初期運転工程３の運転方法の一例を示すフローチャートである。ＡＤ弁３４を開き（ステップＳ５０１）、改質水ポンプ３２を動作させる（ステップＳ５０２）ことにより、ＡＤタンク６に水を入れる。ＡＤタンク６に設けているＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示すまでに貯まる設計水量をＡＤ２リットルとした場合、改質水ポンプ３２から供給される水の設計流量がＫＰＶリットル毎分である場合は、（ＡＤ２／ＫＰＶ）分でＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示すはずである。（ＡＤ２／ＫＰＶ）分でＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示した場合（ステップＳ５０３でＹＥＳ）はＡＤタンクフロートセンサー７と改質水ポンプ３２はいずれも正常であると判断できる（ステップＳ５０４）ので、初期運転工程４に移動する。（ＡＤ２／ＫＰＶ）分よりも時間が経過してもＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示さない場合（ステップＳ５０３でＮＯ）は、なお、ＡＤ弁３４は改質水ポンプ３２の吐出圧では弁が開くように、弁のバネ圧と向きが調整されているので、故障しても改質水ポンプ３２が正常であれば水が流れるため、ＡＤタンクフロートセンサー７と改質水ポンプ３２のいずれか一方が故障していると判断する。この場合、冷却水タンクフロートセンサー２９水量小を示すと（ステップＳ５０５でＹＥＳ）、冷却水タンク２８から水が運び出されたことを示すので、改質水ポンプ３２は正常であると判断できるため、ＡＤタンクフロートセンサー７が故障していると確定する（ステップＳ５０６）。逆に、冷却水タンクフロートセンサー２９が水量小を示さないと、冷却水タンク２８から水が運び出されていないことを示すので、改質水ポンプ３２が故障していると確定する（ステップＳ５０７）。発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、初期運転工程４について、図１５に基づいて説明する。図１５は、第２実施形態における初期運転工程４の運転方法の一例を示すフローチャートである。ＡＤ閉止弁８を開き（ステップＳ６０１）、ＡＤ配管９より、凝縮水タンク４に水を入れる。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示すまでに、ＡＤ配管９から供給される水の設計流量がＡＨＶリットル毎分である場合は、（ＡＤ２／ＡＨＶ）分以内で凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示すはずである。（ＡＤ２／ＡＨＶ）分で凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示した場合（ステップＳ６０２でＹＥＳ）はＡＤ閉止弁は正常であると判断できる（ステップＳ６０３）ので、初期運転工程を終了する。（ＡＤ２／ＡＨＶ）分よりも時間が経過しても凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さない場合（ステップＳ６０２でＮＯ）は、凝縮水タンクフロートセンサー５とＡＤ閉止弁８のいずれか一方が故障していると判断する。この場合、ＡＤタンクフロートセンサー７が水量小を示すと（ステップＳ６０４でＹＥＳ）、ＡＤタンク６から水が運び出されたことを示すので、ＡＤ閉止弁８は正常であると判断できるため、凝縮水タンクフロートセンサー５が故障していると確定する（ステップＳ６０５）。逆に、ＡＤタンクフロートセンサー７が水量小を示さないと（ステップＳ６０４でＮＯ）、ＡＤタンク６から水が運び出されていないことを示すので、ＡＤ閉止弁８が故障していると確定する（ステップＳ６０６）。なお、初期運転工程１で凝縮水タンクフロートセンサー５に故障がないことを確かめているので、（ＡＤ２／ＡＨＶ）分よりも時間が経過しても凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さない場合は、直ちにＡＤ閉止弁８が故障していると確定してもよい。これにより発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、燃料電池発電装置１をはじめて運転させる場合ではなく、一定の運転をさせた後に、定期的に故障検知を行う場合を説明する。なお、この定期的とは、毎回の起動の前や運転終了後のほかに、一定期間ごとに行ってもよい。
まず、冷却水・ＡＤ水抜き工程について図１６に基づいて説明する。図１６は、第２実施形態における冷却水・ＡＤ水抜き工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。ＡＤ弁３４を開き（ステップＳ７０１）、改質水ポンプ３２を動作させ（ステップＳ７０２）、ＡＤ閉止弁８を開く（ステップＳ７０３）。これにより、冷却水タンク２８の水はＡＤタンク６へ流れ込み、ＡＤタンクの水は凝縮水タンク４に流れ込む。これにより冷却水タンクフロートセンサー２９は水量小を示すはずである。一定時間以内に冷却水タンクフロートセンサー２９が水量小を示すと（ステップＳ７０４でＹＥＳ）、改質水ポンプ３２を停止させ（ステップＳ７０５）、ＡＤ弁３４を閉じる（ステップＳ７０６）。一定時間以内に冷却水タンクフロートセンサー２９が水量小を示さないと（ステップＳ７０４でＮＯかつステップＳ７０７でＹＥＳ）、制御部３６は水抜き故障フラグ１をたて（ステップＳ７０８）、改質水ポンプ３２を停止させ（ステップＳ７０５）、ＡＤ弁３４を閉じる（ステップＳ７０６）。一定時間以内にＡＤタンクフロートセンサー７が水量小を示すと（ステップＳ７０５）、ＡＤ閉止弁８を閉じる。一定時間以内にＡＤタンクフロートセンサー７が水量小を示さないと（ステップＳ７０９でＮＯかつステップＳ７１０でＹＥＳ）、制御部３６は水抜き故障フラグ２をたて（ステップＳ７１１）、ＡＤ閉止弁８を閉じる（ステップＳ７１２）。故障フラグがない場合（ステップＳ７１３で「なし」）は、正常に冷却水・ＡＤ水抜き工程が終了したと判断し、定期点検工程１に移動する。水抜き故障フラグ１の場合（ステップＳ７１３で「１」）は、冷却水タンクフロートセンサー改質水ポンプ判別工程へ、水抜き故障フラグ２の場合（ステップＳ７１３で「２」）は、ＡＤタンクフロートセンサーＡＤ閉止弁判別工程へ移動する。
次に、冷却水タンクフロートセンサー改質水ポンプ判別工程について、図１７に基づいて説明する。図１７は、第２実施形態における冷却水タンクフロートセンサー改質水ポンプ判別工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。ＡＤ弁３４を開き（ステップＳ８０１）、改質水ポンプ３２を動作させる（ステップＳ８０２）。これにより、一定時間以内に、ＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示すと（ステップＳ８０３でＹＥＳ）、冷却水タンク２８から水が送り出されているので、冷却水タンクフロートセンサー２９が故障していると判定する（ステップＳ８０４）。一定時間以内に、ＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示さないと（ステップＳ８０３でＮＯ）、水が送られていないためであるので、改質水ポンプ３２の故障であると判定する（ステップＳ８０５）。これにより発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、ＡＤタンクフロートセンサーＡＤ閉止弁判別工程について、図１８に基づいて説明をする。図１８は、第２実施形態におけるＡＤタンクフロートセンサーＡＤ閉止弁判別工程の運転方法の一例を示すフローチャートである。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示すまで、冷却水供給ポンプ１０を動作させる（ステップＳ９０１〜Ｓ９０２）。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示す（ステップＳ９０２でＹＥＳ）と、冷却水供給ポンプ１０を停止させる（ステップＳ９０３）。次にＡＤ弁３４を開き（ステップＳ９０４）、一定時間以内に、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示すと（ステップＳ９０５でＹＥＳ）、ＡＤタンク６から水が送り出されているので、ＡＤタンクフロートセンサー７が故障していると判定する（ステップＳ９０６）。一定時間以内に、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さないと（ステップＳ９０５でＮＯ）、水が送られていないためであるので、ＡＤ閉止弁８の故障であると判定する（ステップＳ９０７）。これにより発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、定期点検工程１について図１９に基づいて説明する。図１９は、第２実施形態における定期点検工程１の運転方法の一例を示すフローチャートである。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示している場合（ステップＳ１００１でＹＥＳ）は、冷却水供給ポンプ１０を動作させる（ステップＳ１００２）。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示していない場合（ステップＳ１００１でＮＯ）は、給水弁２０の開と閉をおこない（ステップＳ１００３〜Ｓ１００４）、凝縮水タンク４に水を供給する。一定時間以内に凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示している場合は、冷却水供給ポンプ１０を動作させ工程（ステップＳ１００２）に移動する。一定時間以内に凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さない場合（ステップＳ１００５でＹＥＳ）は、制御部３６は故障フラグ３を記録し（ステップＳ１００６）、冷却水供給ポンプ１０を動作させ工程（ステップＳ１００２）に移動する。一定時間以内に冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示し（ステップＳ１００７でＹＥＳ）、故障フラグ３がない場合（ステップＳ１００８で「ない」）は、定期点検工程１では問題ないと判断し、定期点検工程２に移動する。故障フラグ３がある場合（ステップＳ１００８で「ある」）は凝縮水タンクフロートセンサー５が故障しているので、故障と判定する（ステップＳ１００９）。一定時間以内に、冷却水タンクフロートセンサー２９が水量大を示さない場合（ステップＳ１００７でＮＯ）で、故障フラグ３がない場合（ステップＳ１０１０で「ない」）は、故障フラグ４を制御部３６で記録し（ステップＳ１０１１）、定期点検工程２に移動する。故障フラグ３がある場合（ステップＳ１０１０で「ある」）は、給水弁２０が故障していると判定する（ステップＳ１０１２）。これにより発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、定期点検工程２について図２０に基づいて説明する。図２０は、第２実施形態における定期点検工程２の運転方法の一例を示すフローチャートである。ＡＤ弁３４を開き（ステップＳ１１０１）、改質水ポンプ３２を動作させる（ステップＳ１１０２）。これによりＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示し（ステップＳ１１０３でＹＥＳ）、故障フラグ４がない場合（ステップＳ１１０４で「ない」）は、定期点検工程２では問題ないと判断し、定期点検工程３に移動する。故障フラグ４がある場合（ステップＳ１１０４で「ある」）は冷却水タンクフロートセンサー２９が故障しているので、故障と判定する（ステップＳ１１０５）。一定時間以内に、ＡＤタンクフロートセンサー７が水量大を示さない場合（ステップＳ１１０３でＮＯ）で、故障フラグ４がない場合（ステップＳ１１０６で「ない」）は、故障フラグ５を制御部３６で記録し（ステップＳ１１０７）、定期点検工程３に移動する。故障フラグ４がある場合（ステップＳ１１０６で「ある」）は、改質水ポンプ３２が故障していると判定する（ステップＳ１１０８）。これにより発電などの動作を停止または故障を通知することにより、他の部品を損傷させることがなく、素早い故障対応を促すことができ、高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
次に、定期点検工程３について図２１に基づいて説明する。図２１は、第２実施形態における定期点検工程３の運転方法の一例を示すフローチャートである。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示していない場合（ステップＳ１２０１でＮＯ）は、冷却水供給ポンプ１０を動作させ（ステップＳ１２０２）、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示すようにする。一定時間後でも、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示していない場合（ステップＳ１２０３で「はい」）は、凝縮水タンクフロートセンサー５が故障していると判定する（ステップＳ１２０４）。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量小を示した後は、ＡＤ閉止弁８を開き（ステップＳ１２０５）、凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示し（ステップＳ１２０６でＹＥＳ）、故障フラグ５がない場合（ステップＳ１２０７で「ない」）には、すべてが正常であると判断し、定期点検を終了する。故障フラグ５がある場合（ステップＳ１２０７で「ある」）には、ＡＤタンクフロートセンサー７が故障していたことが分かるので、ＡＤタンクフロートセンサー７が故障と判定する（ステップＳ１２０８）。凝縮水タンクフロートセンサー５が水量大を示さない場合（ステップＳ１２０６でＮＯ）は、故障フラグ５がある場合（ステップＳ１２０９で「ある」）は、改質水ポンプの故障と判定され（ステップＳ１２１０）、故障フラグ５がない場合は、ＡＤ閉止弁の故障と判定される（ステップＳ１２１１）。
これらにより、基本的な動作にかかわる部品の故障チェックができるので、発電の際に発生する水を有効に利用するとともに高い信頼性をもった燃料電池発電装置が実現できるのである。
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、より簡便な構成で、より確実に異常を把握できるので有用である。
１ 燃料電池発電装置
２ セルスタック
３ 水素生成器
３ａ 改質部
３ｂ バーナー部
４ 凝縮水タンク
５ 凝縮水タンクフロートセンサー
６ ＡＤタンク
７ ＡＤタンクフロートセンサー
８ ＡＤ閉止弁
９ ＡＤ配管
１０ 冷却水供給ポンプ
１１ 浄水部
１２ 原料配管
１３ 燃焼空気配管
１４ カソード空気配管
１５ 燃料ガス配管
１６ 排カソード空気配管
１７ 排カソード空気熱交換器
１８ 貯湯水入り配管
１９ 貯湯水出配管
２０ 給水弁
２１ 気液接触部
２２ カソード排気配管
２３ オフガス配管
２４ ＡＤ配管
２５ ＡＤ熱交換器
２６ 燃焼排ガス配管
２７ 燃焼排ガス熱交換器
２８ 冷却水タンク
２９ 冷却水タンクフロートセンサー
３０ 冷却水循環ポンプ
３１ 冷却水熱交換器
３２ 改質水ポンプ
３３ 改質水弁
３４ ＡＤ弁
３５ 電力回路部
３６ 制御部
３７ 燃焼排ガス排気配管
３８ 冷却水供給配管
３９ 凝縮水ドレン配管
４０ 制御部
４１ 第１水タンク
４２ 第１水量センサー
４３ 第２水タンク
４４ 第２水量センサー
５０ 燃料電池ユニット
６０ 第１水移動機構
６１ 第１接続経路
６２ 第１弁
６３ 第２接続経路
６４ 第１ポンプ
６５ 第３接続経路
６６ 第２ポンプ
６７ 第４接続経路
６８ 第２弁
６９ 水排出機構
１００ 燃料電池システム

Claims (18)

  1. 燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池ユニットと、
    前記燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、前記燃料電池ユニットを冷却するための冷却水、及び、前記燃料電池ユニットからの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクと、
    前記凝縮水、前記冷却水及び前記貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクと、
    前記第１水タンクの水量を検知する第１水量センサーと、
    前記第２水タンクの水量を検知する第２水量センサーと、
    前記第１水タンクの水を前記第２水タンクに移動させる第１水移動機構と、
    前記第１水移動機構を制御する制御部と、
    を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御部は、
    前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水が移動するよう前記第１水移動機構を制御し、
    その後、
    前記第１水制御機構の前記制御を開始する前と比べて前記第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、前記第１水制御機構の前記制御を開始する前と比べて前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行う、燃料電池システム。
  2. 前記制御部は、前記第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、運転を継続する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記異常処理動作が、前記運転停止であって、
    前記制御部は、前記運転停止を行った後に、起動禁止又は再起動を行う、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記異常処理動作が、前記判定動作であって、
    前記制御部は、前記判定動作の際に、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、前記第１水量センサーの異常と判定し、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、前記第２水量センサーの異常と判定し、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、前記第１水移動機構の異常と判定する、
    請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
  5. 前記第１水タンクは、前記第２水タンクよりも重力方向の上側に配置され、
    前記第１水移動機構は、前記第１水タンク及び前記第２水タンクを接続する第１接続経路と、前記第１接続経路上に設けられた第１弁と、を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
  6. 前記第１水移動機構は、前記第１水タンク及び前記第２水タンクを接続する第２接続経路と、前記第２接続経路上に設けられ、前記第１水タンクから前記第２水タンクに水を移動するための第１ポンプと、を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
  7. 前記第２水タンクの水を前記第１水タンクに移動する第２水移動機構を備え、
    前記第２水移動機構は、前記第１水タンク及び前記第２水タンクを接続する第３接続経路と、前記第３接続経路上に設けられ、前記第２水タンクから前記第１水タンクに水を移動するための第２ポンプと、を有し、
    前記制御部は、前記第１水移動機構を用いて前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水を移動する前に、前記第２水移動機構を用いて、前記第２水タンクから前記第１水タンクに水を移動するよう制御する、請求項５に記載の燃料電池システム。
  8. 前記第２水タンクの水を前記第１水タンクに移動する第２水移動機構を備え、
    前記第２水タンクは、前記第１水タンクよりも重力方向の上側に配置され、
    前記第２水移動機構は、前記第１水タンク及び前記第２水タンクを接続する第４接続経路と、前記第４接続経路上に設けられた第２弁と、を有し、
    前記制御部は、前記第１水移動機構を用いて前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水を移動する前に、前記第２水移動機構を用いて、前記第２水タンクから前記第１水タンクに水を移動するよう制御する、請求項６に記載の燃料電池システム。
  9. 前記第２水タンクの水を排出する水排出機構を有し、
    前記制御部は、前記水排出機構を用いて前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水を移動する前に、前記水排出機構を用いて前記第２水タンクの水を排出するよう制御する、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
  10. 前記燃料電池ユニットは、原料及び水を用いて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、前記原料、前記燃料ガス及び前記燃料電池から排出されるアノード排ガスのうちの少なくともいずれかを燃焼して前記水素生成器を加熱する燃焼器と、を有し、
    前記凝縮水は、前記アノード排ガス、前記燃料電池から排出されるカソード排ガス、及び、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスのうちの少なくともいずれかのガス中の水分を凝縮した水である、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池システム。
  11. 前記異常処理動作が、前記異常信号の発信であって、
    前記異常信号が発信された場合に異常の旨を報知する異常報知器を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  12. 燃料電池システムの運転方法であって、
    燃料電池ユニットから排出されるガス中の水分が凝縮した凝縮水、燃料電池を冷却するための冷却水、及び、前記燃料電池からの熱を回収するための貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第１水タンクの水量を第１水量センサーで検知するステップと、
    前記凝縮水、前記冷却水及び前記貯湯水のうちの少なくとも１つを溜める第２水タンクの水量を第２水量センサーで検知するステップと、
    前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水が移動するよう第１水移動機構を制御するステップと、
    その後、前記第１水移動機構を制御する前と比べて前記第１水量センサーの検知する水量が減少しなかった場合、及び、前記第１水移動機構を制御する前と比べて前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合の少なくとも一方の場合に、異常と判定する判定動作、異常信号の発信、及び、運転停止のうちの少なくとも１つである異常処理動作を行うステップと、
    を備えた、燃料電池システムの運転方法。
  13. 前記第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、運転を継続するステップを備えた、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
  14. 前記異常処理動作が、前記運転停止であって、
    前記運転停止を行うステップは、運転停止後に、起動禁止又は再起動を行う、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
  15. 前記異常処理動作が、前記判定動作であって、
    前記判定動作を行うステップは、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加した場合に、前記第１水量センサーの異常と判定するステップと、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少し、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、前記第２水量センサーの異常と判定するステップと、
    前記第１水量センサーの検知する水量が減少せず、かつ、前記第２水量センサーの検知する水量が増加しなかった場合に、前記第１水移動機構の異常と判定するステップと、
    を備えた、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
  16. 前記第１水移動機構を用いて前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水を移動するステップの前に、前記第２水タンクの水を前記第１水タンクに移動する第２水移動機構を用いて、前記第２水タンクから前記第１水タンクに水を移動するステップを備えた、請求項１２〜１５に記載の燃料電池システムの運転方法。
  17. 前記第１水移動機構を用いて前記第１水タンクから前記第２水タンクへ水を移動するステップの前に、前記第２水タンクの水を排出する水排出機構を用いて前記第２水タンクの水を排出するステップを備えた、請求項１２〜１６のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  18. 前記異常処理動作が、前記異常信号の発信であって、
    前記異常信号が発信された場合に異常の旨を報知するステップを備えた、請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法。
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