燃料電池システム
【課題】簡易な構成で、脱硫器等の圧力容器の圧抜きを行う。
【解決手段】燃料電池システム１は、第１燃料経路Ｌ１における第１燃料ポンプ２と脱硫器３との間に電磁弁１１（締切圧Ｐａ０）を備え、脱硫器３と第２燃料ポンプ４との間に電磁弁１２（締切圧Ｐｂ０）を備え、更に、第２燃料ポンプ４と改質器５との間に電磁弁１６（締切圧Ｐｃ０）を備える。また、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と燃料電池スタック７の間に電磁弁１７（締切圧Ｐｄ０）を備える。また、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流に電磁弁１８（締切圧Ｐｅ０）を備える。電磁弁１２，１７，１８の締切圧Ｐｂ０，Ｐｄ０，Ｐｅ０は、それぞれ、脱硫器３，改質器５，燃料電池スタック７の所定の許容圧力以下に設定される。また、電磁弁１１，１２，１６〜１８の締切圧は、Ｐａ０≧Ｐｂ０≧Ｐｃ０≧Ｐｄ０≧Ｐｅ０の関係を満たすように設定される。
【解決手段】燃料電池システム１は、第１燃料経路Ｌ１における第１燃料ポンプ２と脱硫器３との間に電磁弁１１（締切圧Ｐａ０）を備え、脱硫器３と第２燃料ポンプ４との間に電磁弁１２（締切圧Ｐｂ０）を備え、更に、第２燃料ポンプ４と改質器５との間に電磁弁１６（締切圧Ｐｃ０）を備える。また、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と燃料電池スタック７の間に電磁弁１７（締切圧Ｐｄ０）を備える。また、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流に電磁弁１８（締切圧Ｐｅ０）を備える。電磁弁１２，１７，１８の締切圧Ｐｂ０，Ｐｄ０，Ｐｅ０は、それぞれ、脱硫器３，改質器５，燃料電池スタック７の所定の許容圧力以下に設定される。また、電磁弁１１，１２，１６〜１８の締切圧は、Ｐａ０≧Ｐｂ０≧Ｐｃ０≧Ｐｄ０≧Ｐｅ０の関係を満たすように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、システム内の高圧部を圧抜きするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、原燃料である炭化水素系の気体燃料から硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫処理後の気体燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備える燃料電池システムが記載されている。このシステムでは、気体燃料の供給元、脱硫器、及び改質器は、気体燃料が通流する燃料供給路を介して接続されている。また、燃料供給路における脱硫器の上流に、気体燃料の通流・遮断を行うための電磁弁を備える一方、脱硫器の下流に、脱硫器への気体燃料の逆流を抑制するための電磁弁を備えている。そして、燃料電池システムの運転を停止させる場合には、上記２つの電磁弁を閉じることによって、燃料電池システムへの気体燃料の供給を遮断すると共に、脱硫器への気体燃料の逆流を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４４６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような燃料電池システムの運転時には、脱硫器等を構成する圧力容器の内部が高温・高圧になり得るので、例えば運転停止時に、燃料供給路における圧力容器の上流及び下流に位置する各電磁弁を上述のように閉じると、圧力容器内の圧力が急激に上昇する可能性がある。
この急激な圧力上昇によって、圧力容器内の圧力が、圧力容器の所定の許容圧力（例えば、圧力容器の耐圧、又は、法定基準圧力）を超過しないようにするためには、通常、圧力容器内の圧力を圧力容器外に逃がすための「圧抜き機構」を圧力容器に設けることで対処している。ここで、「圧抜き機構」の一例としては、圧力容器の所定の許容圧力以上で自動的に開弁するリリーフ弁（安全弁）を備える圧力容器用の圧抜きラインが考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような「圧抜き機構」を圧力容器に設けると、燃料電池システムを構成する部品の点数が増加するので、製造やメンテナンス等のコストが増大してしまう。
本発明は、このような実状に鑑み、上述のような「圧抜き機構」を脱硫器等の圧力容器に設けずとも、圧力容器の圧抜きを行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため本発明に係る燃料電池システムは、外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、を含んで構成される。
【０００７】
そして、本発明に係る燃料電池システムは、第１圧力容器と第２圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第１圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第１電磁弁と、第２圧力容器と第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、を更に含んで構成され、第２電磁弁は、その締切圧が、第１電磁弁の締切圧以下に設定される。
【０００８】
または、本発明に係る燃料電池システムは、第２圧力容器と第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁と、を更に含んで構成され、第３電磁弁は、その締切圧が、第２電磁弁の締切圧以下に設定される。
【０００９】
なお、本発明において、締切圧とは、流体が流れる流路に備えられた電磁弁の閉弁可能最大圧力をいい、この圧力よりも高い流体圧力が閉弁状態（締切状態）の電磁弁に作用すると、電磁弁は開弁する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力容器の出口側に設置される電磁弁は、その締切圧が、圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される。これにより、例えば、燃料電池システムの運転停止時に電磁弁が閉弁された状態で、圧力容器内の流体の圧力が電磁弁の締切圧より高くなった場合には、圧力容器内の流体の圧力によって電磁弁が開弁される。従って、電磁弁が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、圧力容器用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システムの製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００１１】
更に、本発明によれば、第２電磁弁は、その締切圧が、第１電磁弁の締切圧以下に設定される。これにより、例えば、第１及び第２電磁弁が閉弁されて、脱硫器（第１圧力容器）内の流体の圧力が、第１電磁弁の締切圧より高くなったときに、脱硫器内の流体の圧力が第１電磁弁に作用し、第１電磁弁が開弁されて、更に、この圧力が改質器（第２圧力容器）を介して、第２電磁弁に作用した場合であっても、この第２電磁弁に作用した圧力により、第２電磁弁が開弁されるので、脱硫器の圧抜きを確実に行うことができる。
【００１２】
または、本発明によれば、第３電磁弁は、その締切圧が、第２電磁弁の締切圧以下に設定される。これにより、例えば、第２及び第３電磁弁が閉弁されて、改質器（第２圧力容器）内の流体の圧力が、第２電磁弁の締切圧より高くなったときに、改質器内の流体の圧力が第２電磁弁に作用し、第２電磁弁が開弁されて、更に、この圧力が燃料電池スタック（第３圧力容器）を介して、第３電磁弁に作用した場合であっても、この第３電磁弁に作用した圧力により、第３電磁弁が開弁されるので、改質器の圧抜きを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池システムの概略構成図
【図２】同上実施形態における脱硫器内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図３】図２に示す脱硫器内の圧力確認フローの第１の変形例を示すフローチャート
【図４】図２に示す脱硫器内の圧力確認フローの第２の変形例を示すフローチャート
【図５】同上実施形態における改質器内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図６】同上実施形態における燃料電池スタック内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図７】従来型の燃料電池システムの一例を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す。
本実施形態における燃料電池システムは、原燃料として気体の炭化水素系燃料（ＬＰＧ、都市ガス等）を用いて発電を行うものである。
図１に示すように、燃料電池システム１は、第１燃料ポンプ２、脱硫器（ＤＳ）３、第２燃料ポンプ４、改質器（ＦＰＳ）５、加湿タンク６、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）スタック７、及び、燃料電池システム１の運転制御や各種演算を行う制御装置８を備える。
【００１５】
また、燃料電池システム１は、外部から供給される炭化水素系燃料を、第１燃料ポンプ２、脱硫器３、及び、第２燃料ポンプ４を介して、改質器５に供給する第１燃料経路Ｌ１と、改質器５にて生成された改質燃料（改質ガス）を、加湿タンク６を介して、燃料電池スタック７に供給する第２燃料経路Ｌ２と、を備える。
第１燃料ポンプ２は、外部からの炭化水素系燃料を高圧化して脱硫器３に供給するものであり、その作動が、制御装置８からの信号によって制御される。なお、外部の燃料供給源がＬＰＧボンベ等の高圧ガス容器であって、脱硫器３に供給される炭化水素系燃料が十分に高圧である場合には、第１燃料ポンプ２を省略することが可能である。
【００１６】
第１燃料経路Ｌ１における第１燃料ポンプ２と脱硫器３との間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１１が設置されている。
電磁弁１１は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。また、電磁弁１１は、その締切圧（閉止圧）Ｐａ０が、後述する電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上に設定されている。
【００１７】
脱硫器３は、第１燃料ポンプ２より炭化水素系燃料が供給される圧力容器（本発明における第１圧力容器）と、この圧力容器内の炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒（図示せず）と、脱硫触媒を加熱するヒータ３１と、を備える。
また、脱硫器３は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第１圧力容器内の炭化水素系燃料の圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＤＳが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、脱硫器３内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１１と脱硫器３との間に設置される。
【００１８】
脱硫処理後の炭化水素系燃料は、第２燃料ポンプ４を介して、改質器５に圧送される。
第１燃料経路Ｌ１における脱硫器３と第２燃料ポンプ４との間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１２と、燃料流量を調整する絞り（例えば、キャピラリチューブ１３）と、燃料の脈動を抑制するバッファタンク（貯留装置）１４と、が設置されている。
【００１９】
電磁弁１２は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
電磁弁１２は、その締切圧（閉止圧）Ｐｂ０が、脱硫器３（第１圧力容器）の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下（例えば、脱硫器３の耐圧以下、又は、法定基準圧力以下）に設定されている。これにより、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなると、電磁弁１２が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１２が開弁される。ここで、電磁弁１２は、本発明における「第１電磁弁」に対応する。
【００２０】
また、上述のように、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と電磁弁１１の締切圧Ｐａ０との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦Ｐａ０ ・・・（１）
キャピラリチューブ１３は、極細管が螺旋状に巻回されたものである。このキャピラリチューブ１３により、小流量でも脱硫器３内の高圧化を促進することができる。
【００２１】
第１燃料経路Ｌ１における第２燃料ポンプ４と改質器５の間には、燃料の脈動を抑制するバッファタンク（貯留装置）１５と、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１６と、が設置されている。
電磁弁１６は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００２２】
また、電磁弁１６は、その締切圧Ｐｃ０が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０と電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０との関係は、次式で示される。
Ｐｃ０≦Ｐｂ０ ・・・（２）
改質器５は、第２燃料ポンプ４より炭化水素系燃料が供給される圧力容器（本発明における第２圧力容器）を備え、この圧力容器内（第２圧力容器内）に供給された炭化水素系燃料と水蒸気とを改質触媒で改質反応させて、水素を含有する改質ガスを生成する。
【００２３】
また、改質器５は、改質触媒加熱用のバーナ５１を備える。このバーナ５１には、外部より供給される炭化水素系燃料に加えて、後述するオフガス排出経路Ｌ３からのオフガスが供給される。
また、改質器５は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第２圧力容器内の炭化水素系燃料及び改質ガスの圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＦＰＳが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、改質器５内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１６と改質器５との間に設置される。
【００２４】
第２燃料経路Ｌ２における改質器５と加湿タンク６の間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１７が設置されている。
電磁弁１７は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００２５】
電磁弁１７は、その締切圧（閉止圧）Ｐｄ０が、改質器５（第２圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下（例えば、改質器５の耐圧以下、又は、法定基準圧力以下）に設定されている。これにより、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなると、電磁弁１７が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１７が開弁される。ここで、電磁弁１７は、本発明における「第２電磁弁」に対応する。
【００２６】
また、電磁弁１７は、その締切圧Ｐｄ０が、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦Ｐｃ０ ・・・（３）
加湿タンク６は、燃料電池スタック７に供給される改質ガスを加湿するものである。
【００２７】
加湿タンク６にて加湿処理された改質ガスは、第２燃料経路Ｌ２を介して、燃料電池スタック７に供給される。
燃料電池スタック７は、直列に接続された複数の電池セルを備える。各電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置された電解質とを有する。また、燃料電池スタック７は、加湿タンク６より改質ガスが供給される圧力容器（本発明における第３圧力容器）を備え、この圧力容器内に、各電池セルのアノードが配置されている。そして、各電池セルでは、各々のアノードに改質ガスが供給され、かつ、カソードに空気が供給されると、発電反応を起こして電力を発生させる。
【００２８】
なお、本実施形態では、燃料電池スタック７の発電継続による電池セルの乾燥を抑制するために、加湿タンク６を用いて改質ガスを加湿しているが、この加湿が不要である場合には、燃料電池システム１において、加湿タンク６を省略してもよい。この場合には、改質器５にて生成された改質ガスが、電磁弁１７を有する第２燃料経路Ｌ２を介して、燃料電池スタック７に直接的に供給される。
【００２９】
また、燃料電池スタック７は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第３圧力容器内の改質ガス等の圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＦＣが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、燃料電池スタック７の圧力容器内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第２燃料経路Ｌ２における加湿タンク６と燃料電池スタック７との間に設置される。
【００３０】
燃料電池スタック７には、発電反応に寄与しなかった水素（すなわち、未反応燃料）を含有するオフガスを排出させるためのオフガス排出経路Ｌ３の一端が接続されている。このオフガス排出経路Ｌ３の他端は、改質器５のバーナ５１に接続されている。また、オフガス排出経路Ｌ３は、燃料電池スタック７から改質器５のバーナ５１へ向かう途中で分岐して、燃料電池システム１内の貯湯槽（図示せず）のバックアップボイラー（図示せず）に接続されている。なお、貯湯槽に貯留される温水は、燃料電池システム１にて発生した熱を回収して昇温されたものである。
【００３１】
オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の出口側には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１８が設置されている。
電磁弁１８は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００３２】
電磁弁１８は、その締切圧（閉止圧）Ｐｅ０が、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下（例えば、燃料電池スタック７を構成する圧力容器の耐圧以下）に設定されている。これにより、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなると、電磁弁１８が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１８が開弁される。ここで、電磁弁１８は、本発明における「第３電磁弁」に対応する。
【００３３】
また、電磁弁１８は、その締切圧Ｐｅ０が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦Ｐｄ０ ・・・（４）
従って、上記の式（１）〜（４）より、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０、及び、電磁弁１１の締切圧Ｐａ０の関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦Ｐｄ０≦Ｐｃ０≦Ｐｂ０≦Ｐａ０ ・・・（５）
【００３４】
次に、燃料電池システム１の運転停止時における脱硫器３、改質器５、及び、燃料電池スタック７の圧抜きについて説明する。
燃料電池システム１の運転を停止させる場合に、制御装置８は、第１燃料ポンプ２、脱硫器３、第２燃料ポンプ４、改質器５、加湿タンク６、及び、燃料電池スタック７の作動を停止するように、各種信号を送信すると共に、電磁弁１１，１２，１６〜１８を閉弁するように、各電磁弁に対して信号を送信する。
【００３５】
この後、電磁弁１１が閉弁されると、外部から脱硫器３への炭化水素系燃料の供給が停止される。また、電磁弁１２が閉弁されると、バッファタンク１４から脱硫器３への炭化水素系燃料の逆流が抑制される。また、電磁弁１６が閉弁されると、バッファタンク１５から改質器５への炭化水素系燃料の供給が停止される。また、電磁弁１７が閉弁されると、加湿タンク６から改質器５への改質ガスの逆流が抑制される。また、電磁弁１８が閉弁されると、オフガス排出経路Ｌ３から燃料電池スタック７へのオフガスの逆流が抑制される。
【００３６】
このときに、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなった場合には、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が閉弁状態の電磁弁１２の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１２が開弁されて、炭化水素系燃料がバッファタンク１４に向かうので、脱硫器３の圧抜きを行うことができる。また、電磁弁１２，１６〜１８は、各々の締切圧が式（５）の関係を満たすので、脱硫器３の圧抜き時に脱硫器３内の炭化水素系燃料を燃料経路下流側に向けてスムーズに放出させることができる。
【００３７】
また、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合には、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１７が開弁されて、改質器５内の流体が加湿タンク６に向かうので、改質器５の圧抜きを行うことができる。また、電磁弁１７，１８は、各々の締切圧が式（４）の関係を満たすので、改質器５の圧抜き時に改質器５内の流体を燃料経路下流側に向けてスムーズに放出させることができる。
【００３８】
また、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなった場合には、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１８が開弁されて、燃料電池スタック７内の流体がオフガス排出経路Ｌ３に流入するので、燃料電池スタック７の圧抜きを行うことができる。
【００３９】
次に、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、脱硫器３の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、脱硫器３の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態における脱硫器３内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、脱硫器３の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００４０】
制御装置８は、まず、ステップＳ１にて、電磁弁１１を開弁させると共に、電磁弁１２，１６〜１８を閉弁させる。すなわち、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を閉弁させる。
ステップＳ２では、第１燃料ポンプ２を作動させて、脱硫器３内の炭化水素系燃料を昇圧させる。なお、このステップＳ２にて、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧を促進するために、脱硫器３のヒータ３１により脱硫触媒を加熱して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を加熱してもよい。
【００４１】
ステップＳ３では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、昇圧目標値ＰＤＳ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＤＳ２は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＤＳ２は、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上の値である。つまり、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、昇圧目標値ＰＤＳ２と、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ２≦ＰＤＳ３ ・・・（６）
なお、昇圧目標値ＰＤＳ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＤＳ＜ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ４に進み、第１燃料ポンプ２の作動を継続して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を更に昇圧させる。
【００４２】
一方、ＰＤＳ≧ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ５に進み、第１燃料ポンプ２の作動を停止させると共に、電磁弁１１を閉弁させる。
ステップＳ６では、所定の期間（Ｔ１秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１２を用いる脱硫器３の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００４３】
この後、ステップＳ７では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、降圧目標値ＰＤＳ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＤＳ１は、脱硫器３の圧抜きが十分に行われて脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＤＳ１は、昇圧目標値ＰＤＳ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上の値である。つまり、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、降圧目標値ＰＤＳ１と、昇圧目標値ＰＤＳ２との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ１≦ＰＤＳ２ ・・・（７）
【００４４】
上記の式（６）及び式（７）より、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、降圧目標値ＰＤＳ１と、昇圧目標値ＰＤＳ２と、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ１≦ＰＤＳ２≦ＰＤＳ３ ・・・（８）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＤＳ１も記憶している。
【００４５】
ＰＤＳ≦ＰＤＳ１の場合は、電磁弁１２を用いた脱硫器３の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ８に進み、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＤＳ＞ＰＤＳ１の場合は、電磁弁１２を用いた脱硫器３の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ９に進み、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を開弁させて、脱硫器３の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ１０に進み、脱硫器３の圧抜きに異常がある旨を、燃料電池システム１に予め設けられた警報器等により外部に報知させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
【００４６】
なお、ステップＳ８及びＳ９にて、電磁弁１２，１６〜１８を開弁させることにより、脱硫器３内の炭化水素系燃料が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、脱硫器３内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
図３は、図２に示す脱硫器３内の圧力確認フローの第１の変形例である。
【００４７】
図２にて示した脱硫器３内の圧力確認フローと異なる点について説明する。
ステップＳ２にて第１燃料ポンプ２を作動させた後、その作動を継続したまま、ステップＳ２１にて所定の期間（Ｔ２秒間）待機する。この待機期間は、第１燃料ポンプ２の作動後、このポンプからの燃料供給量と、昇圧によって電磁弁１２を通過する燃料流量と、が釣り合い、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が安定するまでの期間（例えば、ポンプ作動による燃料昇圧速度（燃料圧力上昇速度）がゼロになるまでの期間）に基づいて、予め設定されたものである。
【００４８】
この後、ステップＳ７以降は、図２に示す圧力確認フローと同様である。
なお、ステップＳ２１では、上述の処理の代わりとして、待機期間を設定せずに、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力を監視して、燃料昇圧速度がゼロになった段階でステップＳ７の判定に進むようにしてもよい。
図４は、図２に示す脱硫器３内の圧力確認フローの第２の変形例である。
【００４９】
図２にて示した脱硫器３内の圧力確認フローと異なる点について説明する。
まず、ステップＳ３０では、全ての電磁弁１１，１２，１６〜１８を閉弁させる。
この後、ステップＳ３１では、脱硫器３のヒータ３１により脱硫触媒を加熱して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を加熱・昇圧させる。
ステップＳ３２では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、昇圧目標値ＰＤＳ２との比較を行う。
【００５０】
ＰＤＳ＜ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ３３に進み、脱硫器３のヒータ３１による加熱を継続して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を更に昇圧させる。
一方、ＰＤＳ≧ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ３４に進み、脱硫器３のヒータ３１による加熱を停止させる。
【００５１】
ステップＳ３５では、所定の期間（Ｔ３秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１２を用いる脱硫器３の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
この後、ステップＳ７以降は、図２に示す圧力確認フローと同様である。
以上のように、図２〜図４に示したステップＳ１〜Ｓ１０、Ｓ２１、及び、Ｓ３０〜３５により、本発明における第１の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００５２】
次に、改質器５内の流体の圧力が、改質器５の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、改質器５の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態における改質器５内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、改質器５の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００５３】
制御装置８は、まず、ステップＳ４１にて、電磁弁１１，１２，１６を開弁させると共に、電磁弁１７，１８を閉弁させる。すなわち、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を閉弁させる。
ステップＳ４２では、第２燃料ポンプ４を作動させて、改質器５内の流体を昇圧させる。なお、このステップＳ４２にて、第２燃料ポンプ４の作動に加えて、第１燃料ポンプ２を作動させて、改質器５内の流体の昇圧を促進させてもよい。
【００５４】
ステップＳ４３では、改質器５内の流体の圧力測定値ＰＦＰＳと、昇圧目標値ＰＦＰＳ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、改質器５内の流体が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以上の値である。つまり、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２と、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ２≦ＰＦＰＳ３ ・・・（９）
なお、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＦＰＳ＜ＰＦＰＳ２の場合は、改質器５内の流体の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ４４に進み、第２燃料ポンプ４の作動を継続して、改質器５内の流体を更に昇圧させる。
【００５５】
一方、ＰＦＰＳ≧ＰＦＰＳ２の場合は、改質器５内の流体が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ４５に進み、第２燃料ポンプ４の作動を停止させると共に、電磁弁１１，１２，１６を閉弁させる。
ステップＳ４６では、所定の期間（Ｔ４秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１７を用いる改質器５の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００５６】
この後、ステップＳ４７では、改質器５内の流体の圧力測定値ＰＦＰＳと、降圧目標値ＰＦＰＳ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＦＰＳ１は、改質器５の圧抜きが十分に行われて改質器５内の流体が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＦＰＳ１は、昇圧目標値ＰＦＰＳ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以上の値である。つまり、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、降圧目標値ＰＦＰＳ１と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ１≦ＰＦＰＳ２ ・・・（１０）
【００５７】
上記の式（９）及び式（１０）より、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、降圧目標値ＰＦＰＳ１と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２と、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ１≦ＰＦＰＳ２≦ＰＦＰＳ３ ・・・（１１）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＦＰＳ１も記憶している。
【００５８】
ＰＦＰＳ≦ＰＦＰＳ１の場合は、電磁弁１７を用いた改質器５の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ４８に進み、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＦＰＳ＞ＰＦＰＳ１の場合は、電磁弁１７を用いた改質器５の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ４９に進み、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を開弁させて、改質器５の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ５０に進み、改質器５の圧抜きに異常がある旨を、上記の警報器等により外部に報知させて、改質器５内の圧力確認フローを終了させる。
【００５９】
なお、ステップＳ４８及びＳ４９にて、電磁弁１７，１８を開弁させることにより、改質器５内の流体（炭化水素系燃料及び改質ガス）が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、改質器５内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
ここにおいて、図５に示したステップＳ４１〜Ｓ５０により、本発明における第２の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００６０】
次に、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、燃料電池スタック７の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態における燃料電池スタック７内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００６１】
制御装置８は、まず、ステップＳ６１にて、電磁弁１１，１２，１６，１７を開弁させると共に、電磁弁１８を閉弁させる。すなわち、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を閉弁させる。
ステップＳ６２では、第２燃料ポンプ４を作動させて、燃料電池スタック７内の流体を昇圧させる。なお、このステップＳ６２にて、第２燃料ポンプ４の作動に加えて、第１燃料ポンプ２を作動させて、燃料電池スタック７内の流体の昇圧を促進させてもよい。
【００６２】
ステップＳ６３では、燃料電池スタック７内の流体の圧力測定値ＰＦＣと、昇圧目標値ＰＦＣ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＦＣ２は、燃料電池スタック７内の流体が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＦＣ２は、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０以上の値である。つまり、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、昇圧目標値ＰＦＣ２と、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ２≦ＰＦＣ３ ・・・（１２）
なお、昇圧目標値ＰＦＣ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＦＣ＜ＰＦＣ２の場合は、燃料電池スタック７内の流体の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ６４に進み、第２燃料ポンプ４の作動を継続して、燃料電池スタック７内の流体を更に昇圧させる。
【００６３】
一方、ＰＦＣ≧ＰＦＣ２の場合は、燃料電池スタック７内の流体が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ６５に進み、第２燃料ポンプ４の作動を停止させると共に、電磁弁１１，１２，１６，１７を閉弁させる。
ステップＳ６６では、所定の期間（Ｔ５秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１８を用いる燃料電池スタック７の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００６４】
この後、ステップＳ６７では、燃料電池スタック７内の流体の圧力測定値ＰＦＣと、降圧目標値ＰＦＣ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＦＣ１は、燃料電池スタック７の圧抜きが十分に行われて燃料電池スタック７内の流体が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＦＣ１は、昇圧目標値ＰＦＣ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０以上の値である。つまり、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、降圧目標値ＰＦＣ１と、昇圧目標値ＰＦＣ２との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ１≦ＰＦＣ２ ・・・（１３）
【００６５】
上記の式（１２）及び式（１３）より、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、降圧目標値ＰＦＣ１と、昇圧目標値ＰＦＣ２と、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ１≦ＰＦＣ２≦ＰＦＣ３ ・・・（１４）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＦＣ１も記憶している。
【００６６】
ＰＦＣ≦ＰＦＣ１の場合は、電磁弁１８を用いた燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ６８に進み、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＦＣ＞ＰＦＣ１の場合は、電磁弁１８を用いた燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ６９に進み、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を開弁させて、燃料電池スタック７の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ７０に進み、燃料電池スタック７の圧抜きに異常がある旨を、上記の警報器等により外部に報知させて、燃料電池スタック７内の圧力確認フローを終了させる。
【００６７】
なお、ステップＳ６８及びＳ６９にて、電磁弁１８を開弁させることにより、燃料電池スタック７内の流体（改質ガス及びオフガス）が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、燃料電池スタック７内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
ここにおいて、図６に示したステップＳ６１〜Ｓ７０により、本発明における第３の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００６８】
次に、本実施形態における燃料電池システムの効果を、従来型の燃料電池システムと比較しつつ説明する。
図７は、従来型の燃料電池システムの一例の概略構成を示す。
図１にて示した本実施形態における燃料電池システムと異なる点について説明する。
従来型の燃料電池システム２１では、第１燃料経路Ｌ１における脱硫器３とキャピラリチューブ１３との間に電磁弁２２を備えている。この電磁弁２２は、本実施形態における電磁弁１２に対応するものであるが、電磁弁２２の締切圧は、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３よりも高い。
【００６９】
また、燃料電池システム２１では、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と加湿タンク６との間に電磁弁２３が設置されている。この電磁弁２３は、本実施形態における電磁弁１７に対応するものであるが、電磁弁２３の締切圧は、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３よりも高い。
また、本実施形態ではオフガス排出経路Ｌ３に逆流抑制用の電磁弁１８が設置されているが、燃料電池システム２１ではオフガス排出経路Ｌ３に逆流抑制用の電磁弁が設置されていない。
【００７０】
燃料電池システム２１は、脱硫器３の圧抜きを行うための脱硫器圧抜きラインＬ１０を備えている。この脱硫器圧抜きラインＬ１０は、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１１と脱硫器３との間から分岐して第１燃料ポンプ２の上流に戻るラインである。また、脱硫器圧抜きラインＬ１０は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が上昇して脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３に近づくと自動的に開弁するリリーフ弁（ＳＶ）２４を備えている。
【００７１】
また、燃料電池システム２１は、改質器５の圧抜きを行うための改質器圧抜きラインＬ１１を備えている。この改質器圧抜きラインＬ１１は、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と電磁弁２３との間から分岐して燃料電池システム２１外に向かうラインである。また、改質器圧抜きラインＬ１１は、改質器５内の流体の圧力が上昇して改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３に近づくと自動的に開弁するリリーフ弁（ＳＶ）２５を備えている。
【００７２】
燃料電池システム２１では、これらの構成により、脱硫器３及び改質器５の圧抜きを可能としている。
しかしながら、燃料電池システム２１では、例えば、改質器５内の流体の圧力が上昇して改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３に近づき、この結果、リリーフ弁２５が作動した場合に、リリーフ弁２５がゴミ等の異物を挟み込む可能性がある。このため、改質器５の圧抜き後に、改質器５内の流体の圧力が改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３より低くなっても、リリーフ弁２５が完全に閉弁されず、この結果、改質器５内からの改質ガス等が改質器圧抜きラインＬ１１を介して燃料電池システム２１外に洩れる可能性がある。
【００７３】
この点、本実施形態における燃料電池システム１では、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合に、改質器５内の流体の圧力により電磁弁１７が開弁されて、改質器５内の流体が加湿タンク６に向かうので、改質器５内からの改質ガス等が燃料電池システム１外に洩れる可能性は比較的小さい。
従って、本実施形態における燃料電池システム１は、従来型の燃料電池システム２１に比べて、改質ガス等の洩れを抑制することができるので、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
【００７４】
本実施形態によれば、燃料電池システム１は、脱硫器３と改質器５との間の第１燃料経路Ｌ１に備えられて、締切圧Ｐｂ０が脱硫器３（第１圧力容器）の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下に設定される電磁弁１２を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１２が閉弁された状態で、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなった場合には、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力によって電磁弁１２が開弁される。従って、電磁弁１２が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、脱硫器３用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１は、改質器５と燃料電池スタック７との間の第２燃料経路Ｌ２に備えられて、締切圧Ｐｄ０が改質器５（第２圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下に設定される電磁弁１７を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１７が閉弁された状態で、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合には、改質器５内の流体の圧力によって電磁弁１７が開弁される。従って、電磁弁１７が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、改質器５用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１は、燃料電池スタック７の出口側に備えられて、締切圧Ｐｅ０が燃料電池スタック７（第３圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下に設定される電磁弁１８を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１８が閉弁された状態で、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなった場合には、燃料電池スタック７内の流体の圧力によって電磁弁１８が開弁される。従って、電磁弁１８が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、燃料電池スタック７用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、電磁弁１７は、その締切圧Ｐｄ０が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以下に設定される。これにより、例えば、電磁弁１２，１７が閉弁されて、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなったときに、この圧力が電磁弁１２に作用し、電磁弁１２が開弁されて、更に、この圧力が改質器５を介して、電磁弁１７に作用した場合であっても、この電磁弁１７に作用した圧力により、電磁弁１７が開弁されるので、脱硫器３の圧抜きを確実に行うことができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、電磁弁１８は、その締切圧Ｐｅ０が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以下に設定される。これにより、例えば、電磁弁１７，１８が閉弁されて、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなったときに、この圧力が電磁弁１７に作用し、電磁弁１７が開弁されて、更に、この圧力が燃料電池スタック７を介して、電磁弁１８に作用した場合であっても、この電磁弁１８に作用した圧力により、電磁弁１８が開弁されるので、改質器５の圧抜きを確実に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、脱硫器３内の流体の圧力が、電磁弁１２により、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ１〜Ｓ１０、Ｓ２１、及び、Ｓ３０〜３５）。これにより、電磁弁１２の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知して対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７により、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ４１〜Ｓ５０）。これにより、電磁弁１７の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知して対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、電磁弁１８により、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ６１〜Ｓ７０）。これにより、電磁弁１８の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知にて対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８２】
なお、上述の実施形態では、原燃料として、ＬＰＧや都市ガス等の気体の炭化水素系燃料を用いて説明したが、原燃料は、気体の炭化水素系燃料に限らず、この他、原燃料として、灯油等の液体の炭化水素系燃料を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 燃料電池システム
２ 第１燃料ポンプ
３ 脱硫器（ＤＳ）
４ 第２燃料ポンプ
５ 改質器（ＦＰＳ）
６ 加湿タンク
７ 燃料電池スタック
８ 制御装置
１１ 電磁弁
１２ 電磁弁（第１電磁弁）
１３ キャピラリチューブ
１４，１５ バッファタンク
１６ 電磁弁
１７ 電磁弁（第２電磁弁）
１８ 電磁弁（第３電磁弁）
２１ 燃料電池システム
２２，２３ 電磁弁
２４，２５ リリーフ弁
３１ ヒータ
５１ バーナ
Ｌ１ 第１燃料経路
Ｌ２ 第２燃料経路
Ｌ３ オフガス排出経路
Ｌ１０ 脱硫器圧抜きライン
Ｌ１１ 改質器圧抜きライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、システム内の高圧部を圧抜きするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、原燃料である炭化水素系の気体燃料から硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫処理後の気体燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池と、を備える燃料電池システムが記載されている。このシステムでは、気体燃料の供給元、脱硫器、及び改質器は、気体燃料が通流する燃料供給路を介して接続されている。また、燃料供給路における脱硫器の上流に、気体燃料の通流・遮断を行うための電磁弁を備える一方、脱硫器の下流に、脱硫器への気体燃料の逆流を抑制するための電磁弁を備えている。そして、燃料電池システムの運転を停止させる場合には、上記２つの電磁弁を閉じることによって、燃料電池システムへの気体燃料の供給を遮断すると共に、脱硫器への気体燃料の逆流を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４４６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような燃料電池システムの運転時には、脱硫器等を構成する圧力容器の内部が高温・高圧になり得るので、例えば運転停止時に、燃料供給路における圧力容器の上流及び下流に位置する各電磁弁を上述のように閉じると、圧力容器内の圧力が急激に上昇する可能性がある。
この急激な圧力上昇によって、圧力容器内の圧力が、圧力容器の所定の許容圧力（例えば、圧力容器の耐圧、又は、法定基準圧力）を超過しないようにするためには、通常、圧力容器内の圧力を圧力容器外に逃がすための「圧抜き機構」を圧力容器に設けることで対処している。ここで、「圧抜き機構」の一例としては、圧力容器の所定の許容圧力以上で自動的に開弁するリリーフ弁（安全弁）を備える圧力容器用の圧抜きラインが考えられる。
【０００５】
しかしながら、このような「圧抜き機構」を圧力容器に設けると、燃料電池システムを構成する部品の点数が増加するので、製造やメンテナンス等のコストが増大してしまう。
本発明は、このような実状に鑑み、上述のような「圧抜き機構」を脱硫器等の圧力容器に設けずとも、圧力容器の圧抜きを行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため本発明に係る燃料電池システムは、外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、を含んで構成される。
【０００７】
そして、本発明に係る燃料電池システムは、第１圧力容器と第２圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第１圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第１電磁弁と、第２圧力容器と第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、を更に含んで構成され、第２電磁弁は、その締切圧が、第１電磁弁の締切圧以下に設定される。
【０００８】
または、本発明に係る燃料電池システムは、第２圧力容器と第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁と、を更に含んで構成され、第３電磁弁は、その締切圧が、第２電磁弁の締切圧以下に設定される。
【０００９】
なお、本発明において、締切圧とは、流体が流れる流路に備えられた電磁弁の閉弁可能最大圧力をいい、この圧力よりも高い流体圧力が閉弁状態（締切状態）の電磁弁に作用すると、電磁弁は開弁する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力容器の出口側に設置される電磁弁は、その締切圧が、圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される。これにより、例えば、燃料電池システムの運転停止時に電磁弁が閉弁された状態で、圧力容器内の流体の圧力が電磁弁の締切圧より高くなった場合には、圧力容器内の流体の圧力によって電磁弁が開弁される。従って、電磁弁が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、圧力容器用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システムの製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００１１】
更に、本発明によれば、第２電磁弁は、その締切圧が、第１電磁弁の締切圧以下に設定される。これにより、例えば、第１及び第２電磁弁が閉弁されて、脱硫器（第１圧力容器）内の流体の圧力が、第１電磁弁の締切圧より高くなったときに、脱硫器内の流体の圧力が第１電磁弁に作用し、第１電磁弁が開弁されて、更に、この圧力が改質器（第２圧力容器）を介して、第２電磁弁に作用した場合であっても、この第２電磁弁に作用した圧力により、第２電磁弁が開弁されるので、脱硫器の圧抜きを確実に行うことができる。
【００１２】
または、本発明によれば、第３電磁弁は、その締切圧が、第２電磁弁の締切圧以下に設定される。これにより、例えば、第２及び第３電磁弁が閉弁されて、改質器（第２圧力容器）内の流体の圧力が、第２電磁弁の締切圧より高くなったときに、改質器内の流体の圧力が第２電磁弁に作用し、第２電磁弁が開弁されて、更に、この圧力が燃料電池スタック（第３圧力容器）を介して、第３電磁弁に作用した場合であっても、この第３電磁弁に作用した圧力により、第３電磁弁が開弁されるので、改質器の圧抜きを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池システムの概略構成図
【図２】同上実施形態における脱硫器内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図３】図２に示す脱硫器内の圧力確認フローの第１の変形例を示すフローチャート
【図４】図２に示す脱硫器内の圧力確認フローの第２の変形例を示すフローチャート
【図５】同上実施形態における改質器内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図６】同上実施形態における燃料電池スタック内の圧力確認フローを示すフローチャート
【図７】従来型の燃料電池システムの一例を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す。
本実施形態における燃料電池システムは、原燃料として気体の炭化水素系燃料（ＬＰＧ、都市ガス等）を用いて発電を行うものである。
図１に示すように、燃料電池システム１は、第１燃料ポンプ２、脱硫器（ＤＳ）３、第２燃料ポンプ４、改質器（ＦＰＳ）５、加湿タンク６、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）スタック７、及び、燃料電池システム１の運転制御や各種演算を行う制御装置８を備える。
【００１５】
また、燃料電池システム１は、外部から供給される炭化水素系燃料を、第１燃料ポンプ２、脱硫器３、及び、第２燃料ポンプ４を介して、改質器５に供給する第１燃料経路Ｌ１と、改質器５にて生成された改質燃料（改質ガス）を、加湿タンク６を介して、燃料電池スタック７に供給する第２燃料経路Ｌ２と、を備える。
第１燃料ポンプ２は、外部からの炭化水素系燃料を高圧化して脱硫器３に供給するものであり、その作動が、制御装置８からの信号によって制御される。なお、外部の燃料供給源がＬＰＧボンベ等の高圧ガス容器であって、脱硫器３に供給される炭化水素系燃料が十分に高圧である場合には、第１燃料ポンプ２を省略することが可能である。
【００１６】
第１燃料経路Ｌ１における第１燃料ポンプ２と脱硫器３との間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１１が設置されている。
電磁弁１１は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。また、電磁弁１１は、その締切圧（閉止圧）Ｐａ０が、後述する電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上に設定されている。
【００１７】
脱硫器３は、第１燃料ポンプ２より炭化水素系燃料が供給される圧力容器（本発明における第１圧力容器）と、この圧力容器内の炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫触媒（図示せず）と、脱硫触媒を加熱するヒータ３１と、を備える。
また、脱硫器３は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第１圧力容器内の炭化水素系燃料の圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＤＳが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、脱硫器３内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１１と脱硫器３との間に設置される。
【００１８】
脱硫処理後の炭化水素系燃料は、第２燃料ポンプ４を介して、改質器５に圧送される。
第１燃料経路Ｌ１における脱硫器３と第２燃料ポンプ４との間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１２と、燃料流量を調整する絞り（例えば、キャピラリチューブ１３）と、燃料の脈動を抑制するバッファタンク（貯留装置）１４と、が設置されている。
【００１９】
電磁弁１２は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
電磁弁１２は、その締切圧（閉止圧）Ｐｂ０が、脱硫器３（第１圧力容器）の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下（例えば、脱硫器３の耐圧以下、又は、法定基準圧力以下）に設定されている。これにより、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなると、電磁弁１２が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１２が開弁される。ここで、電磁弁１２は、本発明における「第１電磁弁」に対応する。
【００２０】
また、上述のように、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と電磁弁１１の締切圧Ｐａ０との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦Ｐａ０ ・・・（１）
キャピラリチューブ１３は、極細管が螺旋状に巻回されたものである。このキャピラリチューブ１３により、小流量でも脱硫器３内の高圧化を促進することができる。
【００２１】
第１燃料経路Ｌ１における第２燃料ポンプ４と改質器５の間には、燃料の脈動を抑制するバッファタンク（貯留装置）１５と、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１６と、が設置されている。
電磁弁１６は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００２２】
また、電磁弁１６は、その締切圧Ｐｃ０が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０と電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０との関係は、次式で示される。
Ｐｃ０≦Ｐｂ０ ・・・（２）
改質器５は、第２燃料ポンプ４より炭化水素系燃料が供給される圧力容器（本発明における第２圧力容器）を備え、この圧力容器内（第２圧力容器内）に供給された炭化水素系燃料と水蒸気とを改質触媒で改質反応させて、水素を含有する改質ガスを生成する。
【００２３】
また、改質器５は、改質触媒加熱用のバーナ５１を備える。このバーナ５１には、外部より供給される炭化水素系燃料に加えて、後述するオフガス排出経路Ｌ３からのオフガスが供給される。
また、改質器５は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第２圧力容器内の炭化水素系燃料及び改質ガスの圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＦＰＳが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、改質器５内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１６と改質器５との間に設置される。
【００２４】
第２燃料経路Ｌ２における改質器５と加湿タンク６の間には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１７が設置されている。
電磁弁１７は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００２５】
電磁弁１７は、その締切圧（閉止圧）Ｐｄ０が、改質器５（第２圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下（例えば、改質器５の耐圧以下、又は、法定基準圧力以下）に設定されている。これにより、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなると、電磁弁１７が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１７が開弁される。ここで、電磁弁１７は、本発明における「第２電磁弁」に対応する。
【００２６】
また、電磁弁１７は、その締切圧Ｐｄ０が、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦Ｐｃ０ ・・・（３）
加湿タンク６は、燃料電池スタック７に供給される改質ガスを加湿するものである。
【００２７】
加湿タンク６にて加湿処理された改質ガスは、第２燃料経路Ｌ２を介して、燃料電池スタック７に供給される。
燃料電池スタック７は、直列に接続された複数の電池セルを備える。各電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置された電解質とを有する。また、燃料電池スタック７は、加湿タンク６より改質ガスが供給される圧力容器（本発明における第３圧力容器）を備え、この圧力容器内に、各電池セルのアノードが配置されている。そして、各電池セルでは、各々のアノードに改質ガスが供給され、かつ、カソードに空気が供給されると、発電反応を起こして電力を発生させる。
【００２８】
なお、本実施形態では、燃料電池スタック７の発電継続による電池セルの乾燥を抑制するために、加湿タンク６を用いて改質ガスを加湿しているが、この加湿が不要である場合には、燃料電池システム１において、加湿タンク６を省略してもよい。この場合には、改質器５にて生成された改質ガスが、電磁弁１７を有する第２燃料経路Ｌ２を介して、燃料電池スタック７に直接的に供給される。
【００２９】
また、燃料電池スタック７は、その圧力容器内の流体の圧力（すなわち、第３圧力容器内の改質ガス等の圧力）を間接的又は直接的に測定する圧力センサ（図示せず）を備え、この圧力センサにて測定された圧力測定値ＰＦＣが、制御装置８に伝送される。なお、この圧力センサにより、燃料電池スタック７の圧力容器内の流体の圧力を間接的に測定する場合には、この圧力センサが、例えば、第２燃料経路Ｌ２における加湿タンク６と燃料電池スタック７との間に設置される。
【００３０】
燃料電池スタック７には、発電反応に寄与しなかった水素（すなわち、未反応燃料）を含有するオフガスを排出させるためのオフガス排出経路Ｌ３の一端が接続されている。このオフガス排出経路Ｌ３の他端は、改質器５のバーナ５１に接続されている。また、オフガス排出経路Ｌ３は、燃料電池スタック７から改質器５のバーナ５１へ向かう途中で分岐して、燃料電池システム１内の貯湯槽（図示せず）のバックアップボイラー（図示せず）に接続されている。なお、貯湯槽に貯留される温水は、燃料電池システム１にて発生した熱を回収して昇温されたものである。
【００３１】
オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の出口側には、制御装置８からの信号に応じて開閉する電磁弁１８が設置されている。
電磁弁１８は、例えば、弁座にその下流側から対向する弁体と、弁体を上流側圧力に抗して閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体を電磁力により開弁方向に駆動可能なソレノイドと、を含んで構成される。
【００３２】
電磁弁１８は、その締切圧（閉止圧）Ｐｅ０が、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下（例えば、燃料電池スタック７を構成する圧力容器の耐圧以下）に設定されている。これにより、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなると、電磁弁１８が仮に閉弁状態（締切状態）であっても、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させるので、制御装置８からの信号の有無に関係なく電磁弁１８が開弁される。ここで、電磁弁１８は、本発明における「第３電磁弁」に対応する。
【００３３】
また、電磁弁１８は、その締切圧Ｐｅ０が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以下に設定されている。すなわち、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦Ｐｄ０ ・・・（４）
従って、上記の式（１）〜（４）より、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０、電磁弁１６の締切圧Ｐｃ０、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０、及び、電磁弁１１の締切圧Ｐａ０の関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦Ｐｄ０≦Ｐｃ０≦Ｐｂ０≦Ｐａ０ ・・・（５）
【００３４】
次に、燃料電池システム１の運転停止時における脱硫器３、改質器５、及び、燃料電池スタック７の圧抜きについて説明する。
燃料電池システム１の運転を停止させる場合に、制御装置８は、第１燃料ポンプ２、脱硫器３、第２燃料ポンプ４、改質器５、加湿タンク６、及び、燃料電池スタック７の作動を停止するように、各種信号を送信すると共に、電磁弁１１，１２，１６〜１８を閉弁するように、各電磁弁に対して信号を送信する。
【００３５】
この後、電磁弁１１が閉弁されると、外部から脱硫器３への炭化水素系燃料の供給が停止される。また、電磁弁１２が閉弁されると、バッファタンク１４から脱硫器３への炭化水素系燃料の逆流が抑制される。また、電磁弁１６が閉弁されると、バッファタンク１５から改質器５への炭化水素系燃料の供給が停止される。また、電磁弁１７が閉弁されると、加湿タンク６から改質器５への改質ガスの逆流が抑制される。また、電磁弁１８が閉弁されると、オフガス排出経路Ｌ３から燃料電池スタック７へのオフガスの逆流が抑制される。
【００３６】
このときに、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなった場合には、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が閉弁状態の電磁弁１２の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１２が開弁されて、炭化水素系燃料がバッファタンク１４に向かうので、脱硫器３の圧抜きを行うことができる。また、電磁弁１２，１６〜１８は、各々の締切圧が式（５）の関係を満たすので、脱硫器３の圧抜き時に脱硫器３内の炭化水素系燃料を燃料経路下流側に向けてスムーズに放出させることができる。
【００３７】
また、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合には、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１７が開弁されて、改質器５内の流体が加湿タンク６に向かうので、改質器５の圧抜きを行うことができる。また、電磁弁１７，１８は、各々の締切圧が式（４）の関係を満たすので、改質器５の圧抜き時に改質器５内の流体を燃料経路下流側に向けてスムーズに放出させることができる。
【００３８】
また、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなった場合には、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の弁体に作用してこれを開弁方向に動作させる。これにより、電磁弁１８が開弁されて、燃料電池スタック７内の流体がオフガス排出経路Ｌ３に流入するので、燃料電池スタック７の圧抜きを行うことができる。
【００３９】
次に、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、脱硫器３の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、脱硫器３の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態における脱硫器３内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、脱硫器３の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００４０】
制御装置８は、まず、ステップＳ１にて、電磁弁１１を開弁させると共に、電磁弁１２，１６〜１８を閉弁させる。すなわち、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を閉弁させる。
ステップＳ２では、第１燃料ポンプ２を作動させて、脱硫器３内の炭化水素系燃料を昇圧させる。なお、このステップＳ２にて、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧を促進するために、脱硫器３のヒータ３１により脱硫触媒を加熱して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を加熱してもよい。
【００４１】
ステップＳ３では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、昇圧目標値ＰＤＳ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＤＳ２は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＤＳ２は、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上の値である。つまり、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、昇圧目標値ＰＤＳ２と、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ２≦ＰＤＳ３ ・・・（６）
なお、昇圧目標値ＰＤＳ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＤＳ＜ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ４に進み、第１燃料ポンプ２の作動を継続して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を更に昇圧させる。
【００４２】
一方、ＰＤＳ≧ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ５に進み、第１燃料ポンプ２の作動を停止させると共に、電磁弁１１を閉弁させる。
ステップＳ６では、所定の期間（Ｔ１秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１２を用いる脱硫器３の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００４３】
この後、ステップＳ７では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、降圧目標値ＰＤＳ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＤＳ１は、脱硫器３の圧抜きが十分に行われて脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＤＳ１は、昇圧目標値ＰＤＳ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以上の値である。つまり、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、降圧目標値ＰＤＳ１と、昇圧目標値ＰＤＳ２との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ１≦ＰＤＳ２ ・・・（７）
【００４４】
上記の式（６）及び式（７）より、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０と、降圧目標値ＰＤＳ１と、昇圧目標値ＰＤＳ２と、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｂ０≦ＰＤＳ１≦ＰＤＳ２≦ＰＤＳ３ ・・・（８）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＤＳ１も記憶している。
【００４５】
ＰＤＳ≦ＰＤＳ１の場合は、電磁弁１２を用いた脱硫器３の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ８に進み、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＤＳ＞ＰＤＳ１の場合は、電磁弁１２を用いた脱硫器３の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ９に進み、燃料経路における脱硫器３の下流側の電磁弁１２，１６〜１８を開弁させて、脱硫器３の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ１０に進み、脱硫器３の圧抜きに異常がある旨を、燃料電池システム１に予め設けられた警報器等により外部に報知させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
【００４６】
なお、ステップＳ８及びＳ９にて、電磁弁１２，１６〜１８を開弁させることにより、脱硫器３内の炭化水素系燃料が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、脱硫器３内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
図３は、図２に示す脱硫器３内の圧力確認フローの第１の変形例である。
【００４７】
図２にて示した脱硫器３内の圧力確認フローと異なる点について説明する。
ステップＳ２にて第１燃料ポンプ２を作動させた後、その作動を継続したまま、ステップＳ２１にて所定の期間（Ｔ２秒間）待機する。この待機期間は、第１燃料ポンプ２の作動後、このポンプからの燃料供給量と、昇圧によって電磁弁１２を通過する燃料流量と、が釣り合い、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が安定するまでの期間（例えば、ポンプ作動による燃料昇圧速度（燃料圧力上昇速度）がゼロになるまでの期間）に基づいて、予め設定されたものである。
【００４８】
この後、ステップＳ７以降は、図２に示す圧力確認フローと同様である。
なお、ステップＳ２１では、上述の処理の代わりとして、待機期間を設定せずに、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力を監視して、燃料昇圧速度がゼロになった段階でステップＳ７の判定に進むようにしてもよい。
図４は、図２に示す脱硫器３内の圧力確認フローの第２の変形例である。
【００４９】
図２にて示した脱硫器３内の圧力確認フローと異なる点について説明する。
まず、ステップＳ３０では、全ての電磁弁１１，１２，１６〜１８を閉弁させる。
この後、ステップＳ３１では、脱硫器３のヒータ３１により脱硫触媒を加熱して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を加熱・昇圧させる。
ステップＳ３２では、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力測定値ＰＤＳと、昇圧目標値ＰＤＳ２との比較を行う。
【００５０】
ＰＤＳ＜ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ３３に進み、脱硫器３のヒータ３１による加熱を継続して、脱硫器３内の炭化水素系燃料を更に昇圧させる。
一方、ＰＤＳ≧ＰＤＳ２の場合は、脱硫器３内の炭化水素系燃料が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ３４に進み、脱硫器３のヒータ３１による加熱を停止させる。
【００５１】
ステップＳ３５では、所定の期間（Ｔ３秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１２を用いる脱硫器３の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
この後、ステップＳ７以降は、図２に示す圧力確認フローと同様である。
以上のように、図２〜図４に示したステップＳ１〜Ｓ１０、Ｓ２１、及び、Ｓ３０〜３５により、本発明における第１の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００５２】
次に、改質器５内の流体の圧力が、改質器５の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、改質器５の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態における改質器５内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、改質器５の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００５３】
制御装置８は、まず、ステップＳ４１にて、電磁弁１１，１２，１６を開弁させると共に、電磁弁１７，１８を閉弁させる。すなわち、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を閉弁させる。
ステップＳ４２では、第２燃料ポンプ４を作動させて、改質器５内の流体を昇圧させる。なお、このステップＳ４２にて、第２燃料ポンプ４の作動に加えて、第１燃料ポンプ２を作動させて、改質器５内の流体の昇圧を促進させてもよい。
【００５４】
ステップＳ４３では、改質器５内の流体の圧力測定値ＰＦＰＳと、昇圧目標値ＰＦＰＳ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、改質器５内の流体が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以上の値である。つまり、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２と、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ２≦ＰＦＰＳ３ ・・・（９）
なお、昇圧目標値ＰＦＰＳ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＦＰＳ＜ＰＦＰＳ２の場合は、改質器５内の流体の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ４４に進み、第２燃料ポンプ４の作動を継続して、改質器５内の流体を更に昇圧させる。
【００５５】
一方、ＰＦＰＳ≧ＰＦＰＳ２の場合は、改質器５内の流体が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ４５に進み、第２燃料ポンプ４の作動を停止させると共に、電磁弁１１，１２，１６を閉弁させる。
ステップＳ４６では、所定の期間（Ｔ４秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１７を用いる改質器５の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００５６】
この後、ステップＳ４７では、改質器５内の流体の圧力測定値ＰＦＰＳと、降圧目標値ＰＦＰＳ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＦＰＳ１は、改質器５の圧抜きが十分に行われて改質器５内の流体が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＦＰＳ１は、昇圧目標値ＰＦＰＳ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以上の値である。つまり、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、降圧目標値ＰＦＰＳ１と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ１≦ＰＦＰＳ２ ・・・（１０）
【００５７】
上記の式（９）及び式（１０）より、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０と、降圧目標値ＰＦＰＳ１と、昇圧目標値ＰＦＰＳ２と、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３との関係は、次式で示される。
Ｐｄ０≦ＰＦＰＳ１≦ＰＦＰＳ２≦ＰＦＰＳ３ ・・・（１１）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＦＰＳ１も記憶している。
【００５８】
ＰＦＰＳ≦ＰＦＰＳ１の場合は、電磁弁１７を用いた改質器５の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ４８に進み、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＦＰＳ＞ＰＦＰＳ１の場合は、電磁弁１７を用いた改質器５の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ４９に進み、燃料経路における改質器５の下流側の電磁弁１７，１８を開弁させて、改質器５の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ５０に進み、改質器５の圧抜きに異常がある旨を、上記の警報器等により外部に報知させて、改質器５内の圧力確認フローを終了させる。
【００５９】
なお、ステップＳ４８及びＳ４９にて、電磁弁１７，１８を開弁させることにより、改質器５内の流体（炭化水素系燃料及び改質ガス）が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、改質器５内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
ここにおいて、図５に示したステップＳ４１〜Ｓ５０により、本発明における第２の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００６０】
次に、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、燃料電池スタック７の所定の許容圧力以下であることを確認する（すなわち、燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われているか否かを確認する）際に制御装置８にて行われる処理について、図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態における燃料電池スタック７内の圧力確認フローを示す。
制御装置８は、燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われるか否かの確認を、燃料電池システム１の起動時又は運転停止時に行う。
【００６１】
制御装置８は、まず、ステップＳ６１にて、電磁弁１１，１２，１６，１７を開弁させると共に、電磁弁１８を閉弁させる。すなわち、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を閉弁させる。
ステップＳ６２では、第２燃料ポンプ４を作動させて、燃料電池スタック７内の流体を昇圧させる。なお、このステップＳ６２にて、第２燃料ポンプ４の作動に加えて、第１燃料ポンプ２を作動させて、燃料電池スタック７内の流体の昇圧を促進させてもよい。
【００６２】
ステップＳ６３では、燃料電池スタック７内の流体の圧力測定値ＰＦＣと、昇圧目標値ＰＦＣ２との比較を行う。ここで、昇圧目標値ＰＦＣ２は、燃料電池スタック７内の流体が十分に昇圧したか否かを判定するための閾値である。また、昇圧目標値ＰＦＣ２は、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０以上の値である。つまり、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、昇圧目標値ＰＦＣ２と、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ２≦ＰＦＣ３ ・・・（１２）
なお、昇圧目標値ＰＦＣ２は、制御装置８の記憶手段にて記憶されている。
ＰＦＣ＜ＰＦＣ２の場合は、燃料電池スタック７内の流体の昇圧が不十分であると判定し、ステップＳ６４に進み、第２燃料ポンプ４の作動を継続して、燃料電池スタック７内の流体を更に昇圧させる。
【００６３】
一方、ＰＦＣ≧ＰＦＣ２の場合は、燃料電池スタック７内の流体が十分に昇圧されたと判定し、ステップＳ６５に進み、第２燃料ポンプ４の作動を停止させると共に、電磁弁１１，１２，１６，１７を閉弁させる。
ステップＳ６６では、所定の期間（Ｔ５秒間）待機する。この待機期間は、電磁弁１８を用いる燃料電池スタック７の圧抜きに必要とされる期間であり、予め設定されたものである。
【００６４】
この後、ステップＳ６７では、燃料電池スタック７内の流体の圧力測定値ＰＦＣと、降圧目標値ＰＦＣ１とを比較する。ここで、降圧目標値ＰＦＣ１は、燃料電池スタック７の圧抜きが十分に行われて燃料電池スタック７内の流体が十分に降圧したか否かを判定するための閾値である。また、降圧目標値ＰＦＣ１は、昇圧目標値ＰＦＣ２以下の値であり、かつ、圧抜きに使用される電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０以上の値である。つまり、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、降圧目標値ＰＦＣ１と、昇圧目標値ＰＦＣ２との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ１≦ＰＦＣ２ ・・・（１３）
【００６５】
上記の式（１２）及び式（１３）より、電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０と、降圧目標値ＰＦＣ１と、昇圧目標値ＰＦＣ２と、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３との関係は、次式で示される。
Ｐｅ０≦ＰＦＣ１≦ＰＦＣ２≦ＰＦＣ３ ・・・（１４）
なお、制御装置８の記憶手段は、降圧目標値ＰＦＣ１も記憶している。
【００６６】
ＰＦＣ≦ＰＦＣ１の場合は、電磁弁１８を用いた燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われていると判定してステップＳ６８に進み、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を開弁させて、脱硫器３内の圧力確認フローを終了させる。
一方、ＰＦＣ＞ＰＦＣ１の場合は、電磁弁１８を用いた燃料電池スタック７の圧抜きが正常に行われていないと判定し、ステップＳ６９に進み、オフガス排出経路Ｌ３における燃料電池スタック７の下流側の電磁弁１８を開弁させて、燃料電池スタック７の圧抜きを実施する。この後、ステップＳ７０に進み、燃料電池スタック７の圧抜きに異常がある旨を、上記の警報器等により外部に報知させて、燃料電池スタック７内の圧力確認フローを終了させる。
【００６７】
なお、ステップＳ６８及びＳ６９にて、電磁弁１８を開弁させることにより、燃料電池スタック７内の流体（改質ガス及びオフガス）が、燃料電池システム１外に放出されることなく、バックアップボイラー等で回収されるので、燃料電池スタック７内の圧力確認フローを実行することによるシステムのエネルギー効率の低下を抑制することができる。
ここにおいて、図６に示したステップＳ６１〜Ｓ７０により、本発明における第３の圧抜き確認手段の機能が実現される。
【００６８】
次に、本実施形態における燃料電池システムの効果を、従来型の燃料電池システムと比較しつつ説明する。
図７は、従来型の燃料電池システムの一例の概略構成を示す。
図１にて示した本実施形態における燃料電池システムと異なる点について説明する。
従来型の燃料電池システム２１では、第１燃料経路Ｌ１における脱硫器３とキャピラリチューブ１３との間に電磁弁２２を備えている。この電磁弁２２は、本実施形態における電磁弁１２に対応するものであるが、電磁弁２２の締切圧は、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３よりも高い。
【００６９】
また、燃料電池システム２１では、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と加湿タンク６との間に電磁弁２３が設置されている。この電磁弁２３は、本実施形態における電磁弁１７に対応するものであるが、電磁弁２３の締切圧は、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３よりも高い。
また、本実施形態ではオフガス排出経路Ｌ３に逆流抑制用の電磁弁１８が設置されているが、燃料電池システム２１ではオフガス排出経路Ｌ３に逆流抑制用の電磁弁が設置されていない。
【００７０】
燃料電池システム２１は、脱硫器３の圧抜きを行うための脱硫器圧抜きラインＬ１０を備えている。この脱硫器圧抜きラインＬ１０は、第１燃料経路Ｌ１における電磁弁１１と脱硫器３との間から分岐して第１燃料ポンプ２の上流に戻るラインである。また、脱硫器圧抜きラインＬ１０は、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が上昇して脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３に近づくと自動的に開弁するリリーフ弁（ＳＶ）２４を備えている。
【００７１】
また、燃料電池システム２１は、改質器５の圧抜きを行うための改質器圧抜きラインＬ１１を備えている。この改質器圧抜きラインＬ１１は、第２燃料経路Ｌ２における改質器５と電磁弁２３との間から分岐して燃料電池システム２１外に向かうラインである。また、改質器圧抜きラインＬ１１は、改質器５内の流体の圧力が上昇して改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３に近づくと自動的に開弁するリリーフ弁（ＳＶ）２５を備えている。
【００７２】
燃料電池システム２１では、これらの構成により、脱硫器３及び改質器５の圧抜きを可能としている。
しかしながら、燃料電池システム２１では、例えば、改質器５内の流体の圧力が上昇して改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３に近づき、この結果、リリーフ弁２５が作動した場合に、リリーフ弁２５がゴミ等の異物を挟み込む可能性がある。このため、改質器５の圧抜き後に、改質器５内の流体の圧力が改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３より低くなっても、リリーフ弁２５が完全に閉弁されず、この結果、改質器５内からの改質ガス等が改質器圧抜きラインＬ１１を介して燃料電池システム２１外に洩れる可能性がある。
【００７３】
この点、本実施形態における燃料電池システム１では、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合に、改質器５内の流体の圧力により電磁弁１７が開弁されて、改質器５内の流体が加湿タンク６に向かうので、改質器５内からの改質ガス等が燃料電池システム１外に洩れる可能性は比較的小さい。
従って、本実施形態における燃料電池システム１は、従来型の燃料電池システム２１に比べて、改質ガス等の洩れを抑制することができるので、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
【００７４】
本実施形態によれば、燃料電池システム１は、脱硫器３と改質器５との間の第１燃料経路Ｌ１に備えられて、締切圧Ｐｂ０が脱硫器３（第１圧力容器）の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下に設定される電磁弁１２を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１２が閉弁された状態で、脱硫器３内の流体の圧力が電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなった場合には、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力によって電磁弁１２が開弁される。従って、電磁弁１２が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、脱硫器３用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１は、改質器５と燃料電池スタック７との間の第２燃料経路Ｌ２に備えられて、締切圧Ｐｄ０が改質器５（第２圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下に設定される電磁弁１７を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１７が閉弁された状態で、改質器５内の流体の圧力が電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなった場合には、改質器５内の流体の圧力によって電磁弁１７が開弁される。従って、電磁弁１７が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、改質器５用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１は、燃料電池スタック７の出口側に備えられて、締切圧Ｐｅ０が燃料電池スタック７（第３圧力容器）の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下に設定される電磁弁１８を含んで構成される。これにより、例えば、燃料電池システム１の運転停止時に電磁弁１８が閉弁された状態で、燃料電池スタック７内の流体の圧力が電磁弁１８の締切圧Ｐｅ０より高くなった場合には、燃料電池スタック７内の流体の圧力によって電磁弁１８が開弁される。従って、電磁弁１８が、実質的にはリリーフ弁のように機能することにより、燃料電池スタック７用の「圧抜き機構」を別途設ける必要がないので、燃料電池システム１の製造やメンテナンス等のコストを抑制することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、電磁弁１７は、その締切圧Ｐｄ０が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０以下に設定される。これにより、例えば、電磁弁１２，１７が閉弁されて、脱硫器３内の炭化水素系燃料の圧力が、電磁弁１２の締切圧Ｐｂ０より高くなったときに、この圧力が電磁弁１２に作用し、電磁弁１２が開弁されて、更に、この圧力が改質器５を介して、電磁弁１７に作用した場合であっても、この電磁弁１７に作用した圧力により、電磁弁１７が開弁されるので、脱硫器３の圧抜きを確実に行うことができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、電磁弁１８は、その締切圧Ｐｅ０が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０以下に設定される。これにより、例えば、電磁弁１７，１８が閉弁されて、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７の締切圧Ｐｄ０より高くなったときに、この圧力が電磁弁１７に作用し、電磁弁１７が開弁されて、更に、この圧力が燃料電池スタック７を介して、電磁弁１８に作用した場合であっても、この電磁弁１８に作用した圧力により、電磁弁１８が開弁されるので、改質器５の圧抜きを確実に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、脱硫器３内の流体の圧力が、電磁弁１２により、脱硫器３の所定の許容圧力ＰＤＳ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ１〜Ｓ１０、Ｓ２１、及び、Ｓ３０〜３５）。これにより、電磁弁１２の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知して対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、改質器５内の流体の圧力が、電磁弁１７により、改質器５の所定の許容圧力ＰＦＰＳ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ４１〜Ｓ５０）。これにより、電磁弁１７の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知して対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１では、燃料電池スタック７内の流体の圧力が、電磁弁１８により、燃料電池スタック７の所定の許容圧力ＰＦＣ３以下に抑制されることを確認する（ステップＳ６１〜Ｓ７０）。これにより、電磁弁１８の圧抜き機能が低下した場合であっても比較的早期にその機能低下を検知にて対処することができるので、燃料電池システム１のフェールセーフ性を向上させることができる。
【００８２】
なお、上述の実施形態では、原燃料として、ＬＰＧや都市ガス等の気体の炭化水素系燃料を用いて説明したが、原燃料は、気体の炭化水素系燃料に限らず、この他、原燃料として、灯油等の液体の炭化水素系燃料を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 燃料電池システム
２ 第１燃料ポンプ
３ 脱硫器（ＤＳ）
４ 第２燃料ポンプ
５ 改質器（ＦＰＳ）
６ 加湿タンク
７ 燃料電池スタック
８ 制御装置
１１ 電磁弁
１２ 電磁弁（第１電磁弁）
１３ キャピラリチューブ
１４，１５ バッファタンク
１６ 電磁弁
１７ 電磁弁（第２電磁弁）
１８ 電磁弁（第３電磁弁）
２１ 燃料電池システム
２２，２３ 電磁弁
２４，２５ リリーフ弁
３１ ヒータ
５１ バーナ
Ｌ１ 第１燃料経路
Ｌ２ 第２燃料経路
Ｌ３ オフガス排出経路
Ｌ１０ 脱硫器圧抜きライン
Ｌ１１ 改質器圧抜きライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、
前記脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、
前記改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、
前記第１圧力容器と前記第２圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第１圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第１電磁弁と、
前記第２圧力容器と前記第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、
を含んで構成され、
前記第２電磁弁は、その締切圧が、前記第１電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が前記第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁を更に含んで構成され、
前記第３電磁弁は、その締切圧が、前記第２電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第３圧力容器内の流体の圧力が、前記第３電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第３の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１圧力容器内の流体の圧力が、前記第１電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第１の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、
前記脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、
前記改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、
前記第２圧力容器と前記第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、
前記第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が前記第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁と、
を含んで構成され、
前記第３電磁弁は、その締切圧が、前記第２電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記第３圧力容器内の流体の圧力が、前記第３電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第３の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第２圧力容器内の流体の圧力が、前記第２電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第２の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１】
外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、
前記脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、
前記改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、
前記第１圧力容器と前記第２圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第１圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第１電磁弁と、
前記第２圧力容器と前記第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、
を含んで構成され、
前記第２電磁弁は、その締切圧が、前記第１電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が前記第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁を更に含んで構成され、
前記第３電磁弁は、その締切圧が、前記第２電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第３圧力容器内の流体の圧力が、前記第３電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第３の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１圧力容器内の流体の圧力が、前記第１電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第１の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
外部より供給される炭化水素系燃料から硫黄分を除去する脱硫器を構成する第１圧力容器と、
前記脱硫器にて脱硫処理された炭化水素系燃料を用いて水素を含有する改質燃料を生成する改質器を構成する第２圧力容器と、
前記改質器にて生成された改質燃料を用いて発電を行い未反応燃料を排出する燃料電池スタックを構成する第３圧力容器と、
前記第２圧力容器と前記第３圧力容器との間の燃料経路に備えられて、締切圧が前記第２圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第２電磁弁と、
前記第３圧力容器の出口側に備えられて、締切圧が前記第３圧力容器の所定の許容圧力以下に設定される第３電磁弁と、
を含んで構成され、
前記第３電磁弁は、その締切圧が、前記第２電磁弁の締切圧以下に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記第３圧力容器内の流体の圧力が、前記第３電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第３の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第２圧力容器内の流体の圧力が、前記第２電磁弁により、当該圧力容器の所定の許容圧力以下に抑制されることを確認する第２の圧抜き確認手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１３９９１（Ｐ２０１２−１１３９９１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２６２２（Ｐ２０１０−２６２６２２）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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