JPWO2012132259A1 - 燃料電池システム及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池（２）と、燃料ガス供給器と、酸化剤ガス供給器と、酸化剤ガス供給流路（１３）と、酸化剤ガス排出流路（１４）と、酸化剤ガス供給流路（１３）から分岐する酸化剤ガス分岐流路（１５）と、酸化剤ガス供給流路（１３）のうちの酸化剤ガス分岐流路（１５）との分岐部から燃料電池（２）までの間の部分、及び酸化剤ガス排出流路（１４）のうちの少なくとも一方に設けられた開閉弁と、酸化剤ガス分岐流路（１５）に設けられた酸化剤ガス供給量測定器と、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給量測定器で測定される酸化剤ガスの供給量が、第１閾値以上である場合には開閉弁は正常であると判断し、第１閾値より小さい場合には開閉弁は異常であると判断するように構成されている制御器（２０）と、を備える。

Description

本発明は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池システム及びその運転方法に関する。
燃料電池は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを、触媒により電気化学反応させて、電力と熱を発生する装置である。このような燃料電池を含む燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの待機中に、電極の酸化及び溶解による劣化を抑制するために、アノードに燃料ガスを封入し、カソードに不活性ガスを封入することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示されている燃料電池システムには、不活性ガスを封入するために、燃料電池に酸化剤ガスを供給する流路及び燃料電池から燃料電池酸化剤ガスを排出する流路に、それぞれの流路を開閉するための弁が設けられている。
そして、このような燃料電池システムにおいては、これらの弁の故障を検知することが重要である。例えば、酸化剤ガスを供給する流路に設けられた弁が、閉止指令の信号が送られたにもかかわらず開放しており、開放状態のまま放置されると、燃料電池の停止中に触媒が酸化され、燃料電池が劣化するおそれがある。従って、酸化剤ガスが通流する流路に設けられた弁が、閉止指令の信号が送られたときに正常に閉止状態となるか否かを検知する必要がある。
これに対して、流路に設けられた弁の作動不良を検知することを目的とした燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。図１６は、特許文献２に開示されている燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
図１６に示すように、特許文献２に開示されている燃料電池システム２０１は、燃料電池スタック２０２と、該燃料電池スタック２０２の酸化ガス経路２０２Ａに酸化ガス供給側流路２１４を介して酸化ガスを供給するエアコンプレッサ２１３と、燃料電池スタック２０２で使用されなかった酸化ガスが通流する酸化ガス排出側流路２１５に設けられているカソード圧力計測器２２１と、を備えている。酸化ガス供給側流路２１４の途中には、酸化ガス供給シャット弁２１７が設けられており、酸化ガス排出側流路２１５のカソード圧力計測器２２１よりも下流側の流路には、酸化ガス排出シャット弁２２０が設けられている。
そして、特許文献２に開示されている燃料電池システム２０１では、燃料電池システム２０１の運転を停止後に、酸化ガス供給シャット弁２１７と酸化ガス排出シャット弁２２０を閉じて、カソード圧力計測器２２１で検知する圧力の時間変化の傾きに基づいて、酸化ガス供給シャット弁２１７及び酸化ガス排出シャット弁２２０の動作不良を判定する。
特開２００５−７１７７８号公報 特開２００９−９４０００号公報
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２０１では、カソード圧力計測器２２１で検知する圧力の時間変化の傾きに基づいて、酸化ガス供給シャット弁２１７及び酸化ガス排出シャット弁２２０の動作不良を判定するため、弁の故障を検知するのに時間がかかり、未だ改善の余地があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、従来の燃料電池システムに比して、弁の故障を迅速に検知することのできる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池システムは、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記酸化剤ガス供給器から前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、前記燃料電池から該燃料電池で使用されなかった前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路と、前記酸化剤ガス供給流路から分岐する酸化剤ガス分岐流路と、前記酸化剤ガス供給流路のうちの前記酸化剤ガス分岐流路との分岐部から前記燃料電池までの間の部分、及び前記酸化剤ガス排出流路のうちの少なくとも一方に設けられた開閉弁と、前記酸化剤ガス分岐流路に設けられ、前記酸化剤ガスの供給量を測定する酸化剤ガス供給量測定器と、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が予め設定されている第１閾値以上である場合には前記開閉弁は正常であると判断し、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合には前記開閉弁は異常であると判断するように構成されている、制御器と、を備える。
ここで、第１閾値は、例えば、開閉弁が正常に閉止している場合に、酸化剤ガス供給器を作動させたときに酸化剤ガス分岐流路を通流する酸化剤ガスの流量（以下、分岐供給量という）より小さい流量であり、誤検知を抑制する観点から、分岐供給量の１０％以上の流量であってもよい。また、第１閾値としては、誤検知をより抑制する観点から、分岐供給量の３０％〜７０％の値であってもよい。
これにより、閉止の信号を送った開閉弁が開放していれば、燃料電池に酸化剤ガスが供給されて、酸化剤ガス分岐流路を流れる酸化剤ガスの流量が変化（減少）することから、開閉弁の開故障を迅速に判定することができ、燃料電池システムの信頼性が向上する。
なお、開閉弁の開故障とは、閉止指令の信号が送られたにもかかわらず、弁が開放している故障をいう。開閉弁の開故障は、例えば、弁体がゴミ等で開いたままの状態になった場合、又は弁を構成するばねが折れた場合等に生じる。
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法によれば、従来の燃料電池システムに比して、開閉弁の故障を迅速に検知することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図３は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図４は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図５は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図６（Ａ）は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図６（Ｂ）は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図８は、本実施の形態２における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作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３に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図１２は、本実施の形態４における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。 図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１６は、特許文献２に開示されている燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら本発明の燃料電池システムの好適な実施の形態について説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、全ての図面において、同一又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。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場合がある。また、各図面は、本発明を概念的に説明するためのものであり、本発明の理解を容易にするために、必要に応じて、各構成要素の寸法、比率、又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、酸化剤ガス供給器から酸化剤ガスを燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、燃料電池から該燃料電池で使用されなかった酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路と、酸化剤ガス供給流路から分岐する酸化剤ガス分岐流路と、酸化剤ガス供給流路のうちの酸化剤ガス分岐流路との分岐部から燃料電池までの間の部分、及び酸化剤ガス排出流路のうちの少なくとも一方に設けられた開閉弁と、酸化剤ガス分岐流路に設けられ、酸化剤ガスの供給量を測定する酸化剤ガス供給量測定器と、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給量測定器で測定される酸化剤ガスの供給量が予め設定されている第１閾値以上である場合には開閉弁は正常であると判断し、酸化剤ガス供給量測定器で測定される酸化剤ガスの供給量が予め設定されている第１閾値より小さい場合には開閉弁は異常であると判断するように構成されている、制御器と、を備える態様を例示するものである。
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給器が、燃料ガス中の一酸化炭素を除去する選択酸化器を備え、酸化剤ガス分岐流路の下流端が選択酸化器に接続されていてもよい。
以下、本実施の形態１に係る燃料電池システムの一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
［構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１に示すように、本実施の形態における燃料電池システム１は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給器の一例である水素生成器４と、水素生成器４に原料ガスを供給する原料ガス供給器である原料ブロワ５と、を備えている。
水素生成器４は、改質器４０と、選択酸化器３と、を備えている。水素生成器４には、天然ガス又はＬＰＧ等の炭化水素系燃料である原料ガスが供給されて、改質器４０にて、原料ガスと水蒸気とを用いて改質を行い、水素濃度が高い改質ガスが生成される。また、水素生成器４では、選択酸化器３にて、改質器４０で改質した改質ガスを選択酸化反応させ、一酸化炭素濃度が低減された燃料ガスが生成される。
なお、選択酸化器３には、後述する酸化剤ガス分岐流路１５の下流端が接続されている。また、水素生成器４は、改質器４０で生成された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減する変成器を備えていてもよい。
また、燃料電池システム１は、燃料電池２から排出された未反応の燃料ガスを燃焼して再利用する燃焼器４ａと、原料ガスユーティリティ（図示せず）と、原料ブロワ５と水素生成器４とを連通する原料ガス供給流路６と、水素生成器４と燃料電池２とを連通して、水素生成器４で生成された燃料ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス流路７と、を備えている。
また、燃料電池システム１は、燃料電池２と燃焼器４ａとを連通して燃料電池２から燃料ガスを燃焼器４ａに供給する排出ガス流路８と、燃料電池２を介さずに燃料ガス流路７と排出ガス流路８とを接続するバイパス流路９と、を備えている。バイパス流路９には、バイパス流路９を連通／遮断する、つまり開閉するバイパス弁１０が設けられている。また、燃料ガス流路７におけるバイパス流路９との分岐点と燃料電池２との間には、燃料ガス流路７を開閉するアノード入口弁１１が設けられている。
さらに、燃料電池システム１は、酸化剤ガス供給器の一例である空気ブロワ１２と、空気ブロワ１２と燃料電池２とを連通する酸化剤ガス供給流路１３と、燃料電池２から酸化剤ガスを大気に排出するための酸化剤ガス排出流路１４と、を備えている。酸化剤ガス供給流路１３の途中には、開閉弁の一例である酸化剤供給弁１６が設けられている。酸化剤供給弁１６は、酸化剤ガスの通流／遮断、つまり酸化剤ガス供給流路１３を開閉するように構成されている。
酸化剤ガス供給流路１３の酸化剤供給弁１６よりも上流側の部分には、酸化剤ガス分岐流路１５の上流端が接続されている。酸化剤ガス分岐流路１５の下流端は、選択酸化器３に接続されている。すなわち、酸化剤ガス分岐流路１５は、酸化剤ガス供給流路１３から分岐している。酸化剤ガス分岐流路１５の途中には、選択酸化空気弁１８が設けられている。選択酸化空気弁１８は、酸化剤ガスの通流／遮断、つまり酸化剤ガス分岐流路１５を開閉するように構成されている。
また、酸化剤ガス分岐流路１５の選択酸化空気弁１８よりも上流側の部分には、酸化剤ガス供給量測定器の一例である、選択酸化流量計１９が設けられている。選択酸化流量計１９は、酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量を検知し、検知した流量を制御器２０に出力するように構成されている。
制御器２０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器２０は、演算処理部が、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１に関する各種の制御を行う。制御器２０は、例えば、原料ブロワ５、バイパス弁１０、アノード入口弁１１、空気ブロワ１２、酸化剤供給弁１６、酸化剤排出弁１７、及び選択酸化空気弁１８の制御を行う。
また、制御器２０は、起動工程と、起動工程後の発電工程と、発電工程後の停止処理工程と、停止処理工程後の待機状態とを行うように、燃料電池システム１全体を制御している。
起動工程は、制御器２０に起動指令が入力された場合、又は予め設定された制御器２０の起動時刻になった場合等に、燃料電池２に供給する燃料ガスを生成する工程である。具体的には、燃焼器４ａにより、水素生成器４の改質器４０等を燃料ガスが生成できる温度にまで加熱して、原料ガスを水素生成器４に供給して燃料ガスの生成を行う工程である。
発電工程は、燃料電池２の発電を行う工程であり、燃料電池２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、燃料ガス供給工程開始後に燃料電池２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給工程と、を有している。
停止処理工程は、制御器２０に発電停止指令が入力された場合、又は予め設定された制御器２０の発電停止時刻になった場合等に、燃料電池２の発電停止処理を行うための工程である。待機状態は、停止処理工程後の状態であり、次回の燃料電池システム１の起動を実行するまで、燃料電池システム１が待機している状態である。
なお、制御器２０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、燃料電池システム１の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
［動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の発電動作について、図１を参照しながら説明する。
まず、天然ガス、ＬＰＧ等の原料ガスが原料ブロワ５により水素生成器４に供給される。水素生成器４では、供給された原料が水蒸気により改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。
選択酸化器３では、空気ブロワ１２から酸化剤ガス分岐流路１５を通じて空気が供給され、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化して二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素濃度を極めて低くした燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池２の燃料極側に供給される。
一方、酸化剤供給弁１６を開放し、空気ブロワ１２によって、酸化剤ガス供給流路１３を通じて、空気が酸化剤ガスとして燃料電池２のカソード側に供給される。反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出流路１４を通じて外部に放出される。燃料電池２では、このようにして、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電気化学的に反応が行われ、それにより発電が行われるとともに熱が発生する。
ところで、制御器２０が、酸化剤供給弁１６に閉止信号を送っているにもかかわらず開放した状態（以下、「開故障」という。）が放置されると、燃料電池２の運転停止時においても、燃料電池２に酸化剤ガスが供給され続け、燃料電池２に含まれる触媒が酸化されてしまい、燃料電池２の劣化を引き起こすため、酸化剤供給弁１６の開故障を検知する必要がある。
そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム１では、以下のようにして、酸化剤供給弁１６の開故障を検知する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図２に示すように、制御器２０は、空気ブロワ１２を作動させ（ステップＳ１０１）、酸化剤供給弁１６に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ１０２）。なお、制御器２０は、選択酸化空気弁１８が閉止している場合には、選択酸化空気弁１８に開放指令を出力する。
次に、制御器２０は、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（以下、分岐供給量という）を取得する（ステップＳ１０３）。ついで、制御器２０は、ステップＳ１０３で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
ここで、第１閾値は、例えば、酸化剤供給弁１６が正常に閉止している場合に、空気ブロワ１２を作動させたときに酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガスの流量（分岐供給量）より小さい流量であり、誤検知を抑制する観点から、分岐供給量の１０％以上の流量であってもよい。また、第１閾値としては、誤検知をより抑制する観点から、分岐供給量の３０％〜７０％の値であってもよい。なお、本実施の形態１においては、第１閾値は、分岐供給量の５０％としている。
制御器２０は、ステップＳ１０３で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６は正常であると判断して（ステップＳ１０５）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ１０３で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ１０４でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６は異常であると判断して（ステップＳ１０６）、本フローを終了する。
なお、酸化剤供給弁１６が異常である場合には、制御器２０は、酸化剤供給弁１６が異常であることを使用者又はメンテナンス会社等に報知してもよい。報知の方法としては、例えば、リモコン、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ等の表示器に酸化剤供給弁１６の異常を表示させる方法、又はスピーカー等で酸化剤供給弁１６が異常であることを音声で放置する方法等がある。
このように構成された、本実施の形態１に係る燃料電池システム１では、従来の燃料電池システムに比して、酸化剤供給弁１６の開故障を迅速に判定することができ、燃料電池システム１の信頼性を向上させることができる。
特に、上記特許文献１に開示されている燃料電池システム２０１では、酸化ガス供給シャット弁２１７と酸化ガス排出シャット弁２２０の故障を判定するために、カソード圧力計測器２２１が用いられているが、カソード圧力計測器２２１が検知する気体の温度が変化した場合、その気体の圧力も変化する。このため、カソード圧力計測器２２１が誤検知するおそれがあった。
例えば、酸化ガス供給シャット弁２１７及び酸化ガス排出シャット弁２２０の両方が閉止している場合、カソード圧力計測器２２１の検知対象ガスは、閉空間に閉じられているため、カソード圧力計測器２２１は所定の圧力を検知することができる。しかしながら、検知対象ガスの温度が大きく下がると検知対象ガスの圧力が低下するため、酸化ガス供給シャット弁２１７及び酸化ガス排出シャット弁２２０の両方が閉止しているにも関わらず、カソード圧力計測器２２１が検知対象ガスの圧力低下を検知する。この場合、酸化ガス供給シャット弁２１７及び酸化ガス排出シャット弁２２０の少なくとも一方が、開故障しているために、検知対象ガスが流路に漏れていると誤判断することになる。
これに対し、本実施の形態１に係る燃料電池システム１では、このような問題が解消される。すなわち、本実施の形態１に係る燃料電池システム１では、圧力検知部を使用せずに、開閉弁の開故障を迅速に判定することができ、燃料電池システム１の信頼性を向上させることができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例について、説明する。
本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムは、開閉弁が酸化剤ガス排出流路に設けられている形態を例示するものである。
［構成］
図３は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図３に示すように、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、酸化剤供給弁１６が設けられていない点と、開閉弁の一例である酸化剤排出弁１７が酸化剤ガス排出流路１４に設けられている点が異なる。
［動作］
図４は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図４に示すように、本変形例１の燃料電池システム１の酸化剤排出弁１７の開故障確認動作は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的動作は同じであるが、ステップＳ１０２、Ｓ１０５、及びＳ１０６に代えて、それぞれ、ステップＳ１０２Ａ、Ｓ１０５Ａ、及びＳ１０６Ａが行われる点が異なる。
具体的には、制御器２０は、ステップＳ１０２Ａでは、酸化剤排出弁１７に閉止指令（閉止信号）を出力する。また、制御器２０は、ステップＳ１０３で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、酸化剤排出弁１７は正常であると判断して（ステップＳ１０５Ａ）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ１０３で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ１０４でＮｏ）には、酸化剤排出弁１７は異常であると判断して（ステップＳ１０６Ａ）、本フローを終了する。
このように構成された本変形例１の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
［変形例２］
本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムは、開閉弁が酸化剤ガス供給流路のうちの酸化剤ガス分岐流路との分岐部から燃料電池までの間の部分、及び酸化剤ガス排出流路に設けられている形態を例示するものである。
［構成］
図５は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図５に示すように、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、開閉弁が、酸化剤供給弁１６及び酸化剤排出弁１７で構成されていて、酸化剤排出弁１７が酸化剤ガス排出流路１４に設けられている点が異なる。
［動作］
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、制御器２０は、空気ブロワ１２を作動させる（ステップＳ２０１）。ついで、制御器２０は、酸化剤排出弁１７に開放指令（開放信号）を出力し（ステップＳ２０２）、酸化剤供給弁１６に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ２０３）。なお、制御器２０は、選択酸化空気弁１８が閉止している場合には、選択酸化空気弁１８に開放指令を出力する。
次に、制御器２０は、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ２０４）。ついで、制御器２０は、ステップＳ２０４で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。
制御器２０は、ステップＳ２０４で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）には、ステップＳ２０６に進む。一方、制御器２０は、ステップＳ２０４で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ２０５でＮｏ）には、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２０６では、制御器２０は、酸化剤供給弁１６に開放指令（開放信号）を出力する。ついで、制御器２０は、酸化剤排出弁１７に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ２０７）。そして、制御器２０は、再び、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ２０８）。
次に、制御器２０は、ステップＳ２０８で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０９）。制御器２０は、ステップＳ２０８で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ２０９でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６及び酸化剤排出弁１７は正常であると判断して（ステップＳ２１０）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ２０８で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ２０９でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６は正常、酸化剤排出弁１７は異常であると判断して（ステップＳ２１１）、本フローを終了する。
また、制御器２０は、ステップＳ２０４で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ２０５でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６に開放指令（開放信号）を出力する（ステップＳ２１２）。ついで、制御器２０は、酸化剤排出弁１７に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ２１３）。そして、制御器２０は、再び、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ２１４）。
次に、制御器２０は、ステップＳ２１４で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２１５）。制御器２０は、ステップＳ２１４で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ２１５でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６は異常、酸化剤排出弁１７は正常であると判断して（ステップＳ２１６）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ２１４で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ２１５でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６及び酸化剤排出弁１７は異常であると判断して（ステップＳ２１７）、本フローを終了する。
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、制御器が、燃料電池システムの運転を起動してから燃料電池に燃料ガスの供給を開始するまでの間（すなわち、燃料電池システムの起動処理中）に、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給量測定器によって測定される酸化剤ガスの供給量が第１閾値より小さい場合に、燃料電池システムの運転を停止するように制御する態様を例示するものである。
本実施の形態２に係る燃料電池システム１の構成は、実施の形態１に係る燃料電池システム１の構成と同じなので、その説明は省略する。
［動作］
図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図７に示すように、制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理中であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理を実行していない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）には、燃料電池システム１が起動処理を実行するまで、ステップＳ３０１を繰り返す。一方、制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理を実行している場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）には、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２では、制御器２０は、空気ブロワ１２を作動させる。ついで、制御器２０は、酸化剤供給弁１６に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ３０３）。なお、制御器２０は、選択酸化空気弁１８が閉止している場合には、選択酸化空気弁１８に開放指令を出力する。
次に、制御器２０は、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ３０４）。ついで、制御器２０は、ステップＳ３０４で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０５）。
制御器２０は、ステップＳ３０４で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６は正常であると判断して（ステップＳ３０６）、燃料電池システム１の起動処理を続行させて（燃料電池システム１の運転を継続させて；ステップＳ３０７）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ３０４で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ３０５でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６は異常であると判断して（ステップＳ３０８）、燃料電池システム１の起動処理を停止させて（燃料電池システム１の運転を停止させて；ステップＳ３０９）、本フローを終了する。
なお、ステップＳ３０６及びステップＳ３０８の少なくとも一方のステップを省略してもよい。また、制御器２０は、酸化剤供給弁１６が開故障していると判断したときには、誤検知をより回避する観点から、複数回、開閉弁の開故障確認動作を実行して、それぞれにおいて、酸化剤供給弁１６が開故障していると判断した場合に、燃料電池システム１の運転を停止してもよい。
このように構成された、本実施の形態２に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る燃料電池システム１では、燃料電池システム１の起動処理中に、開閉弁の開故障確認動作を実行することで、起動時間を延長することなく、開閉弁の開故障を検知することができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システムの変形例について、説明する。
本実施の形態２における変形例１の燃料電池システムは、制御器が、燃料電池システムの運転を起動してから燃料電池に燃料ガスの供給を開始するまでの間（すなわち、燃料電池システムの起動処理中）に、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給量測定器によって測定される酸化剤ガスの供給量が第１閾値より小さい場合に、燃料電池システムの運転を継続し、次回の燃料電池システムの起動を禁止する形態を例示するものである。
本実施の形態２における変形例１の燃料電池システム１の構成は、実施の形態１に係る燃料電池システム１の構成と同じなので、その説明は省略する。
［動作］
図８は、本実施の形態２における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
本実施の形態２における変形例１の燃料電池システム１の酸化剤供給弁１６の開故障確認動作は、実施の形態２に係る燃料電池システム１と基本的動作は同じであるが、ステップＳ３０９に代えて、ステップＳ３０９Ａが実行される点と、ステップＳ３０９Ａの後に、ステップＳ３１０が実行される点と、が異なる。
具体的には、制御器２０は、ステップＳ３０８で酸化剤供給弁１６が異常と判断しても、燃料電池システム１の起動処理を続行させる（燃料電池システム１の運転を継続させる；ステップＳ３０９Ａ）。制御器２０は、燃料電池２の発電を行う発電工程では、酸化剤供給弁１６に開放信号を送り続ける。このため、酸化剤供給弁１６が開故障した場合、すなわち、酸化剤供給弁１６の開状態が維持された状態である場合には、発電工程を実施することができるからである。
次に、制御器２０は、燃料電池システム１の次回起動を禁止して（ステップＳ３１０）、本フローを終了する。具体的には、制御器２０は、制御器２０に起動指令が入力された場合、又は予め設定された制御器２０の起動時刻になった場合等であっても、燃料電池システム１の起動を実行しない。
このように構成された、本変形例１の燃料電池システム１であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
また、開閉弁が開故障した場合に、燃料電池システム１を再度起動すると、燃料電池２の温度が上昇し、また、燃料電池２に酸化剤ガスが供給されるため、燃料電池２の劣化をより引き起こすおそれがある。しかしながら、本変形例１の燃料電池システム１では、開閉弁が開故障した場合には、燃料電池システム１の次回起動を禁止することにより、燃料電池２の劣化を抑制することができ、燃料電池システム１の信頼性をより向上させることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、制御器が、燃料電池システムの停止処理又は燃料電池システムの待機状態のときに、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給量測定器によって測定される酸化剤ガスの供給量が第１閾値より小さい場合に、次回の燃料電池システムの起動を禁止する態様を例示するものである。
本実施の形態３に係る燃料電池システム１の構成は、実施の形態１に係る燃料電池システム１の構成と同じなので、その説明は省略する。
［動作］
図９は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図９に示すように、制御器２０は、燃料電池システム１が停止処理中又は待機状態であるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。制御器２０は、燃料電池システム１が停止処理中又は待機状態でない場合（ステップＳ４０１でＮｏ）には、燃料電池システム１が停止処理中又は待機状態になるまで、ステップＳ４０１を繰り返す。一方、制御器２０は、燃料電池システム１が停止処理中又は待機状態である場合（ステップＳ４０１でＹｅｓ）には、ステップＳ４０２に進む。
ステップＳ４０２では、制御器２０は、空気ブロワ１２を作動させる。ついで、制御器２０は、酸化剤供給弁１６に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ４０３）。なお、制御器２０は、選択酸化空気弁１８が閉止している場合には、選択酸化空気弁１８に開放指令を出力する。
次に、制御器２０は、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ４０４）。ついで、制御器２０は、ステップＳ４０４で取得した分岐供給量が予め設定されている第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０５）。
制御器２０は、ステップＳ４０４で取得した分岐供給量が、第１閾値以上である場合（ステップＳ４０５でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６は正常であると判断して（ステップＳ４０６）、本フローを終了する。一方、制御器２０は、ステップＳ４０４で取得した分岐供給量が、第１閾値より小さい場合（ステップＳ４０５でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６は異常であると判断して（ステップＳ４０７）、燃料電池システム１の次回起動を禁止して（ステップＳ４０８）、本フローを終了する。なお、ステップＳ４０６及びステップＳ４０７の少なくとも一方のステップを省略してもよい。
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
また、開閉弁が開故障した場合に、燃料電池システム１を再度起動すると、燃料電池２の温度が上昇し、また、燃料電池２に酸化剤ガスが供給されるため、燃料電池２の劣化をより引き起こすおそれがある。しかしながら、本実施の形態３に係る燃料電池システム１では、開閉弁が開故障した場合には、燃料電池システム１の次回起動を禁止することにより、燃料電池２の劣化を抑制することができ、燃料電池システム１の信頼性をより向上させることができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、酸化剤ガス供給器の操作量を、酸化剤ガス供給量測定器で測定される酸化剤ガスの供給量に基づいて変化させる調整手段を更に備え、制御器が、燃料電池システムの運転を起動してから燃料電池に燃料ガスの供給を開始するまでの間に、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給器の操作量が予め定められる第２閾値より大きい場合に、燃料電池システムの運転を停止するように制御する態様を例示するものである。
［構成］
図１０は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１０に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、調整手段２１を更に備えている点が異なる。
調整手段２１は、制御器２０に記憶されているプログラムを実行することにより、実現されるものであり、空気ブロワ１２の操作量を、選択酸化流量計１９で測定される酸化剤ガスの供給量（分岐供給量）に基づいて変化させるように構成されている。より具体的には、調整手段２１は、選択酸化流量計１９が検知する酸化剤ガスの供給量が発電電力に応じた酸化剤ガス供給量になるように、空気ブロワ１２の操作量を変化させることで酸化剤ガスの供給量を制御する。すなわち、調整手段２１は、空気ブロワ１２をフィードバック制御する手段である。なお、調整手段２１は、制御器２０とは別の制御器によって、実現されてもよい。
［動作］
図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
図１１に示すように、制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理中であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理を実行していない場合（ステップＳ５０１でＮｏ）には、燃料電池システム１が起動処理を実行するまで、ステップＳ５０１を繰り返す。一方、制御器２０は、燃料電池システム１が起動処理を実行している場合（ステップＳ５０１でＹｅｓ）には、ステップＳ５０２に進む。
ステップＳ５０２では、制御器２０は、空気ブロワ１２を作動させる。ついで、制御器２０は、酸化剤供給弁１６に閉止指令（閉止信号）を出力する（ステップＳ５０３）。なお、制御器２０は、選択酸化空気弁１８が閉止している場合には、選択酸化空気弁１８に開放指令を出力する。
次に、制御器２０は、選択酸化流量計１９から該選択酸化流量計１９が検知した酸化剤ガス分岐流路１５を通流する酸化剤ガス（空気）の流量（分岐供給量）を取得する（ステップＳ５０４）。ついで、制御器２０の調整手段２１は、ステップＳ５０４で取得した分岐供給量を基に空気ブロワ１２の操作量を制御する。
次に、制御器２０は、調整手段２１による空気ブロワ１２の操作量が、第２閾値以下であるか、否かを判断する（ステップＳ５０６）。ここで、第２閾値（％）は、例えば、酸化剤供給弁１６が正常に閉止しているときに、選択酸化流量計１９が検知する流量が所定の分岐供給量Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）となるように、空気ブロワ１２を制御するときの操作量Ｗの２００％以上の値にすることが好ましい。
ステップＳ５０３で、制御器２０が酸化剤供給弁１６に閉止信号を送っているので、酸化剤供給弁１６が閉止していれば、酸化剤ガス分岐流路１５を流れる酸化剤ガスの分岐供給量は所定の分岐供給量Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）から減少せず、制御器２０の調整手段２１は、空気ブロワ１２の操作量を変化（増加）させない。
一方、酸化剤供給弁１６が開放していれば、燃料電池２に酸化剤ガスが供給されるため、酸化剤ガス分岐流路１５を流れる酸化剤ガスの分岐供給量は減少し、制御器２０の調整手段２１は、酸化剤ガスの供給量を所定の分岐供給量Ｙ（Ｌ／ｍｉｎ）とするために、空気ブロワ１２の操作量を増加させる。このため、酸化剤供給弁１６に閉止信号を送っているにもかかわらず、空気ブロワ１２の操作量が増加し、操作量が第２閾値よりも大きくなった場合に、開閉弁が開故障していると判断することができる。
制御器２０は、調整手段２１による空気ブロワ１２の操作量が、第２閾値以下である場合（ステップＳ５０６でＹｅｓ）には、酸化剤供給弁１６は正常であると判断して（ステップＳ５０７）、燃料電池システム１の起動処理を続行させて（燃料電池システム１の運転を継続させて；ステップＳ５０８）、本フローを終了する。
一方、制御器２０は、調整手段２１による空気ブロワ１２の操作量が、第２閾値より大きい場合（ステップＳ５０６でＮｏ）には、酸化剤供給弁１６は異常であると判断して（ステップＳ５０９）、燃料電池システム１の起動処理を停止させて（燃料電池システム１の運転を停止させて；ステップＳ５１０）、本フローを終了する。
なお、ステップＳ５０７及びステップＳ５０９の少なくとも一方のステップを省略してもよい。また、制御器２０は、酸化剤供給弁１６が開故障していると判断したときには、誤検知をより回避する観点から、複数回、開閉弁の開故障確認動作を実行して、それぞれにおいて、酸化剤供給弁１６が開故障していると判断した場合に、燃料電池システム１の運転を停止してもよい。
このように構成された、本実施の形態４に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、燃料電池システム１の起動処理中に、開閉弁の開故障確認動作を実行することで、起動時間を延長することなく、開閉弁の開故障を検知することができる。
［変形例１］
次に、本実施の形態４に係る燃料電池システムの変形例について、説明する。
本実施の形態４における変形例１の燃料電池システムは、酸化剤ガス供給器の供給量を、酸化剤ガス供給量測定器で測定される酸化剤ガスの供給量に基づいて変化させる調整手段を更に備え、制御器が、燃料電池システムの運転を起動してから燃料電池に燃料ガスの供給を開始するまでの間に、酸化剤ガス供給器を作動させ、開閉弁に閉止信号を出力したときに、酸化剤ガス供給器の操作量が予め定められる第２閾値より大きい場合に、燃料電池システムの運転を継続し、次回の起動を禁止するように制御する形態を例示するものである。
本実施の形態４における変形例１の燃料電池システム１の構成は、実施の形態４に係る燃料電池システム１の構成と同じなので、その説明は省略する。
［動作］
図１２は、本実施の形態４における変形例１の燃料電池システムの開閉弁の開故障確認動作を示すフローチャートである。
本実施の形態４における変形例１の燃料電池システム１の酸化剤供給弁１６の開故障確認動作は、実施の形態４に係る燃料電池システム１と基本的動作は同じであるが、ステップＳ５１０に代えて、ステップＳ５１０Ａが実行される点と、ステップＳ５１０Ａの後に、ステップＳ５１１が実行される点と、が異なる。
具体的には、制御器２０は、ステップＳ５０９で酸化剤供給弁１６が異常と判断しても、燃料電池システム１の起動処理を続行させる（燃料電池システム１の運転を継続させる；ステップＳ５１０Ａ）。制御器２０は、燃料電池２の発電を行う発電工程では、酸化剤供給弁１６に開放信号を送り続ける。このため、酸化剤供給弁１６が開故障した場合、すなわち、酸化剤供給弁１６の開状態が維持された状態である場合には、発電工程を実施することができるからである。そして、制御器２０は、燃料電池システム１の次回起動を禁止して（ステップＳ５１１）、本フローを終了する。
このように構成された、本変形例１の燃料電池システム１であっても、実施の形態４に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
また、開閉弁が開故障した場合に、燃料電池システム１を再度起動すると、燃料電池２の温度が上昇し、また、燃料電池２に酸化剤ガスが供給されるため、燃料電池２の劣化をより引き起こすおそれがある。しかしながら、本変形例１の燃料電池システム１では、開閉弁が開故障した場合には、燃料電池システム１の次回起動を禁止することにより、燃料電池２の劣化を抑制することができ、燃料電池システム１の信頼性をより向上させることができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムは、燃料電池を収納する筐体と、筐体内のガスを排出する排出経路と、をさらに備え、酸化剤ガス分岐流路の下流端が排出経路に接続されている態様を例示するものである。
［構成］
図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１３に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、燃料電池２等の燃料電池システム１を構成する各機器を収納する筐体２２、及び該筐体２２内のガスを排出する排出流路２３をさらに備える点と、酸化剤ガス分岐流路１５の下流端が、排出流路２３に接続されている点と、が異なる。
より詳しくは、排出流路２３は、筐体２２の排気口（図示せず）に連通するように設けられている。そして、酸化剤ガス分岐流路１５の下流端が、排出流路２３に接続されているので、空気ブロワ１２が作動することにより、筐体２２内のガスが、酸化剤ガス供給流路１３、酸化剤ガス分岐流路１５、及び筐体２２を通流して、筐体２２外に排出される。
なお、選択酸化器３には、図示されないファン又はブロワ等により、空気が供給される。また、酸化剤ガス分岐流路１５の選択酸化流量計１９よりも下流側には、酸化剤ガス分岐流路１５内のガスの通流を許可／遮断する弁を設けてもよい。
このように構成された、本実施の形態５に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給器が、燃料ガスを生成する改質器及び改質器を加熱する燃焼器を備え、酸化剤ガス分岐流路の下流端が燃焼器に接続されている態様を例示するものである。
［構成］
図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１４に示すように、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス分岐流路１５の下流端が、燃焼器４ａに接続されている点が異なる。
このように構成された、本実施の形態６に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、燃料ガス供給器が、燃料ガスを生成する改質器を有し、酸化剤ガス分岐流路の下流端が改質器に接続されている態様を例示するものである。
［構成］
図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１５に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス分岐流路１５の下流端が、改質器４０に接続されている点が異なる。
本実施の形態７においては、改質器４０は、アルミナ等の担体にニッケルを担持した触媒を有していて、部分酸化改質（ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２）を行うように構成されている。また、燃料電池２としては、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池を用いる形態を採用している。
なお、燃料電池２は、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池を用いてもよく、溶融炭素塩形燃料電池を用いてもよく、高分子電解質形燃料電池を用いてもよい。高分子電解質形燃料電池を用いる場合には、水素生成器４には、改質器４０の下流に、変成器又は選択酸化器３が設けられていることが好ましい。また、酸化剤ガス分岐流路１５の選択酸化流量計１９よりも下流側には、酸化剤ガス分岐流路１５内のガスの通流を許可／遮断する弁を設けてもよい。
このように構成された、本実施の形態７に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１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。
本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、弁の故障を迅速に検知することのできるため、燃料電池の分野において有用である。
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
３ 選択酸化器
４ 水素生成器
４ａ 燃焼器
５ 原料ブロワ
６ 原料ガス供給流路
７ 燃料ガス流路
８ 排出ガス流路
９ バイパス流路
１０ バイパス弁
１１ アノード入口弁
１２ 空気ブロワ
１３ 酸化剤ガス供給流路
１４ 酸化剤ガス排出流路
１５ 酸化剤ガス分岐経路
１６ 酸化剤供給弁
１７ 酸化剤排出弁
１８ 選択酸化空気弁
１９ 選択酸化流量計
２０ 制御器
２１ 調整手段
２２ 筐体
２３ 排出流路
４０ 改質器
２０１ 燃料電池システム
２０２ 燃料電池スタック
２０２Ａ 酸化ガス経路
２１３ エアコンプレッサ
２１４ 酸化ガス供給側流路
２１５ 酸化ガス排出側流路
２１７ 酸化ガス供給シャット弁
２２０ 酸化ガス排出シャット弁
２２１ カソード圧力計測器

Claims (11)

  1. 水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
    前記燃料電池システムは、
    前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
    前記酸化剤ガス供給器から前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、
    前記燃料電池から該燃料電池で使用されなかった前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路から分岐する酸化剤ガス分岐流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路のうちの前記酸化剤ガス分岐流路との分岐部から前記燃料電池までの間の部分、及び前記酸化剤ガス排出流路のうちの少なくとも一方に設けられた開閉弁と、
    前記酸化剤ガス分岐流路に設けられ、前記酸化剤ガスの供給量を測定する酸化剤ガス供給量測定器と、
    前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が予め設定されている第１閾値以上である場合には前記開閉弁は正常であると判断し、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合には前記開閉弁は異常であると判断するように構成されている、制御器と、を備える、燃料電池システム。
  2. 前記制御器は、前記燃料電池システムの運転を起動してから前記燃料電池に前記燃料ガスの供給を開始するまでの間に、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器によって測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合に、前記燃料電池システムの運転を停止するように制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記制御器は、前記燃料電池システムの運転を起動してから前記燃料電池に前記燃料ガスの供給を開始するまでの間に、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器によって測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合に、前記燃料電池システムの運転を継続し、次回の前記燃料電池システムの起動を禁止する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御器は、前記燃料電池システムの停止処理又は前記燃料電池システムの待機状態のときに、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器によって測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合に、次回の前記燃料電池システムの起動を禁止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記酸化剤ガス供給器の操作量を、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量に基づいて変化させる調整手段を更に備え、
    前記制御器は、前記燃料電池システムの運転を起動してから前記燃料電池に前記燃料ガスの供給を開始するまでの間に、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給器の操作量が予め定められる第２閾値より大きい場合に、前記燃料電池システムの運転を停止するように制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  6. 前記酸化剤ガス供給器の供給量を、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量に基づいて変化させる調整手段を更に備え、
    前記制御器は、前記燃料電池システムの運転を起動してから前記燃料電池に前記燃料ガスの供給を開始するまでの間に、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給器の操作量が予め定められる第２閾値より大きい場合に、前記燃料電池システムの運転を継続し、次回の起動を禁止するように制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  7. 前記燃料ガス供給器は、前記燃料ガス中の一酸化炭素を除去する選択酸化器を備え、
    前記酸化剤ガス分岐流路の下流端が前記選択酸化器に接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 前記燃料電池を収納する筐体と、
    前記筐体内のガスを排出する排出経路と、をさらに備え、
    前記酸化剤ガス分岐流路の下流端が前記排出経路に接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
  9. 前記燃料ガス供給器は、前記燃料ガスを生成する改質器及び前記改質器を加熱する燃焼器を備え、
    前記酸化剤ガス分岐流路の下流端が前記燃焼器に接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 前記燃料ガス供給器は、前記燃料ガスを生成する改質器を有し、
    前記酸化剤ガス分岐流路の下流端が前記改質器に接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記燃料電池システムは、
    前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
    前記酸化剤ガス供給器から前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給流路と、
    前記燃料電池から該燃料電池で使用されなかった前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路から分岐する酸化剤ガス分岐流路と、
    前記酸化剤ガス供給流路のうちの前記酸化剤ガス分岐流路との分岐部から前記燃料電池までの間の部分、及び前記酸化剤ガス排出流路のうちの少なくとも一方に設けられた開閉弁と、
    前記酸化剤ガス分岐流路に設けられ、前記酸化剤ガスの供給量を測定する酸化剤ガス供給量測定器と、を備え、
    制御器は、前記酸化剤ガス供給器を作動させ、前記開閉弁に閉止信号を出力したときに、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が予め設定されている第１閾値以上である場合には前記開閉弁は正常であると判断し、前記酸化剤ガス供給量測定器で測定される前記酸化剤ガスの供給量が前記第１閾値より小さい場合には前記開閉弁は異常であると判断する、燃料電池システムの運転方法。
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