燃料電池システム
【課題】燃料電池システムにおいて、外乱やユーザ負荷に関係なく通常の発電運転中においても的確に異常判定が可能となる。
【解決手段】燃料電池システムの制御装置は、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段（ステップ２０４〜２０８）と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段（ステップ２１０〜２２２）と、を備えている。
【解決手段】燃料電池システムの制御装置は、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段（ステップ２０４〜２０８）と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段（ステップ２１０〜２２２）と、を備えている。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特
許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、定期的な運転時に、寿命演算手段２は燃焼ファン制御手段６により、燃焼ファン９を一定回転数に回転させ、その時の燃焼空気流量を流量検出手段７で検出し、第１の記憶手段３に時系列に記憶し、それを第１の時系列データとするようになっている。また、燃焼ファン９を一定量に操作した場合の燃焼ファン回転数を回転数検出手段５により検出し、第２の記憶手段４に時系列に記憶し、それを第２の時系列データとするようになっている。寿命演算手段２は第１の時系列データまたは、第２の時系列データから空気フィルタ８もしくは燃焼ファン９の寿命を個別に予測するようになっている。
【０００３】
なお、「定期的な運転時」とは、例えば「週１回や月1回のように、燃料電池装置が自己診断するタイミングを設け、その一環で空気フィルタの診断を実行する」のような状況を想定している。また、「燃焼ファン９が一定の回転数で回転している状態」というのは、回転数フィードバック制御によって、燃焼ファン９が一定回転数で回転している状態のことである。
【０００４】
また、燃料電池システムの他の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図２−５に示されているように、燃料電池システムおいては、冷却ファンの回転数を設定し（Ａ−３）、冷却ファン１８の回転数が正常に変更されたかどうかを前記ファン回転数検出手段３４で検出し、正常に変更したことを確認できなかったとき（Ａ−４）、ファン故障検出手段でファンの故障検出を行うようになっている。また、寿命判定手段６３は、演算手段６２が測定した改質手段冷却ファン１８の積算動作時間と、記憶手段６１に記憶している、改質手段冷却ファン１８を交換する目安となる改質手段冷却ファン１８の寿命閾値の比較を行う（Ｃ−４）。比較した結果、改質手段冷却ファン１８の積算動作時間γ１が寿命閾値γ２を超えている場合は、改質手段冷却ファン１８の寿命であると判断するようになっている（Ｃ−６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０３３９３４号公報
【特許文献２】特開２００６−１４００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、燃料電池装置が自己診断するタイミングを設ける必要があるが、通常の発電運転中（起動運転中）に自己診断をすることは不可能である。運転が停止されているときには、可能であるが、２４時間３６５日運転を行っている場合には不可能である。また、燃焼部の圧損変化、排気口の閉塞などの外乱がある場合、ポンプの回転数、流量が可変するため、誤判断するおそれがある。
【０００７】
上述した特許文献２に記載されている燃料電池システムにおいては、特許文献１と同様に、外乱の影響により誤判断するおそれがあり、ユーザ負荷（特に低負荷の場合）によっても誤判断するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、外乱やユーザ負荷に関係なく通常の発電運転中においても的確に異常判定が可能となることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とにより燃料を生成する改質部と、電動モータで駆動されるように構成され改質用原料を供給する改質用原料供給装置を少なくとも含む改質用原料供給系と、電動モータで駆動されるように構成され改質水を供給する改質水供給装置を少なくとも含む改質水供給系と、電動モータで駆動されるように構成され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置を少なくとも含む酸化剤ガス供給系と、各供給装置の各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を各供給装置に対して行う制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段と、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する状態判断手段と、状態判断手段により判断された状態が異常状態を表す場合には、その旨を警告する警告手段と、を備えている。
【００１０】
また請求項２に係る発明は、請求項１において、供給系異常判定手段は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、を備えている。
【００１１】
また請求項３に係る発明は、請求項２において、供給系異常判定手段は、第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている。
【００１２】
また請求項４に係る発明は、請求項１において、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている。
【００１３】
また請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１４】
また請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも改質部を含む改質系をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系および改質水供給系に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１５】
また請求項７に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部を加熱する燃焼部と、燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１６】
また請求項８に係る発明は、請求項２乃至請求項７の何れか一項において、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、をさらに備えている。
【００１７】
また請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流量−指示値特性導出手段が、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する。供給系異常判定手段が、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する。状態判断手段が、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する。
【００１９】
これにより、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出された流量−指示値導出特性と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性とを比較することで、改質用原料、改質水または酸化剤ガスの供給系が異常であると判定することができる。したがって、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、供給系異常判定手段は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２において、供給系異常判定手段は、第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている。これにより、正常と判定した時点において、近い将来異常となることが予想できるため、その旨を事前に警告することで起こりうる異常に対して早期に対処することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１において、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも改質部を含む改質系をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系および改質水供給系に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部を加熱する燃焼部と、燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項２乃至請求項７の何れか一項において、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、をさらに備えている。これにより、異常判定を行った時点以降において燃料電池システムの状態の内容に応じて適切な運転を行うことができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている。これにより、貯湯水系に対しても、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャート（各供給系の異常判定）である。
【図５】供給装置のフィードバック制御を説明するためのブロック線図である。
【図６】改質用原料について流量−制御指示値相関図を示す図である。
【図７】対応制御指示値の時間変化の一例を示すタイムチャートである。
【図８】各供給系の異常・正常の組み合わせにおける燃料電池システムの状態判断および制御方法を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。
【００３０】
筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２より上方および下方に第１室Ｒ１および第２室Ｒ２が形成される。
【００３１】
燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施の形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および燃焼部２６を備えている。
【００３２】
ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造により支持されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。
【００３３】
蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００３４】
この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、水タンク１３側から順番に改質水ポンプ４１ａおよび流量センサ４１ｂが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給（改質水供給装置）するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水ポンプ４１ａには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４１ａ１が設けられている。流量センサ４１ｂは、給水管４１を流れ蒸発部２２に供給されている改質水の流量（単位時間あたりの流量）を検出し、検出結果（出力信号）を制御装置６０に送信している。
【００３５】
また、蒸発部２２には、燃料供給源（図示省略）からの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、上流から順番に一対の原料バルブ４２ａ，４２ｂ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、および原料ポンプ４２ｅが設けられている。
【００３６】
原料バルブ４２ａ，４２ｂは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。これら原料バルブ４２ａ，４２ｂは改質用原料からごみ、塵などを除去するためのフィルタを内蔵している。流量センサ４２ｃは、燃料電池２４に供給されている燃料（改質用原料）の流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。脱硫器４２ｄは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。
【００３７】
原料ポンプ４２ｅは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する改質用原料供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって燃料供給源からの燃料供給量を調整するものである。原料ポンプ４２ｅには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４２ｅ１が設けられている。
【００３８】
改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から接続管２２ａを介して供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００３９】
燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施の形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。
【００４０】
セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。
【００４１】
燃料電池２４は、燃料電池２４の温度を検出する温度センサ２４ｄを備えている。温度センサ２４ｄは、燃料電池２４のセル２４ａの積層方向の中央部分であって上下方向中央部分に設けられている。温度センサ２４ｄは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００４２】
燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａ（カソードエア供給装置）によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００４３】
また、カソードエア供給管４４には、流量センサ４４ｂが設けられている。流量センサ４４ｂは、燃料電池２４に供給されているカソードエアの流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。
【００４４】
カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。
また、カソードブロワ４４ａの吸入口にはごみ、塵などを除去するためのフィルタ４４ｃが設けられている。さらに、カソードブロワ４４ａには、ブロワまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４４ａ１が設けられている。
【００４５】
燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
【００４６】
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００４７】
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
【００４８】
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００４９】
そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）によって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。
【００５０】
このように上記燃焼空間Ｒ３は、少なくとも燃料電池２４のアノードオフガスを燃焼させて改質部２３を加熱する燃焼部２６を構成する。燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、燃焼部２６には、燃焼部２６の温度を検出するための一対の温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２が設けられている。温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２の検出結果（出力信号）は制御装置６０に送信されている。
【００５１】
燃料電池モジュール２０の排気口２１ａには、燃焼触媒２８およびヒータ２９が設けられている。燃焼触媒２８は、燃料電池モジュール２０から排気される気体のうち可燃性ガスを触媒によって燃焼させるものである。可燃性ガスとしては、水素、メタンガス、一酸化炭素などが挙げられる。触媒としては、ＰｔやＰｄ系の触媒が挙げられる。ヒータ２９は、燃焼触媒２８を加熱するものであり、触媒を活性化するため（起動当初など）に使用する。
【００５２】
排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える貯湯水系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。
【００５３】
貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。
【００５４】
貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水供給装置である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、および第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ３２ａ１が設けられている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。
【００５５】
第１温度センサ３２ｂは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第１温度センサ３２ｂは、貯湯水の熱交換器３３の入口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の出口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００５６】
第２温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の出口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００５７】
熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施の形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。
【００５８】
熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部には、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通する接続管４５が接続されている。ケーシング３３ａの下部には、第１排気口１１ａに接続されている排気管４６が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４７が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｂが配設されている。
【００５９】
このように構成された熱交換器３３においては、燃焼触媒２８で処理された燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、接続管４５を通ってケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
【００６０】
また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク１３には、純水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。
【００６１】
純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して純水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って純水タンク１３に導出される。
【００６２】
また、燃料電池システムは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成された空気導入口１１ｃと、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成された空気導出口１１ｂと、仕切部材１２に形成された空気導入口１２ａに設けられた換気用空気ブロワ１５と、を備えている。この換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｃを介して第２室Ｒ２内に吸い込まれ、換気用空気ブロワ１５によって第１室Ｒ１内に送出され、第１室Ｒ１内の空気が空気導出口１１ｂを介して外部に排出される。
【００６３】
さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。
【００６４】
系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータシステム１５を介して電源ライン５２に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。
【００６５】
補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ｅ、換気用空気ブロワ１５およびカソードエアブロワ４４ａ、貯湯水を循環させるためのモータ駆動のポンプ３２ａなどから構成されている。この補機は直流電圧にて駆動されるものである。
【００６６】
さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２４ｄ，２６ｂ１，２６ｂ２，３２ｂ，３２ｃ、流量センサ４１ｂ，４２ｃ，４４ｂ、回転数センサ３２ａ１，４１ａ１，４２ｅ１、４４ａ１、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、各ブロワ１５，４４ａ、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、ヒータ２９が接続されている（図２参照）。制御装置６０は、各供給装置であるポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、ブロワ１５，４４ａの各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を各供給装置に対して行うものである。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００６７】
なお、上述した各ポンプ、ブロワは電動モータで駆動されるように構成されている。
【００６８】
また、改質用原料供給系Ｌ１は、改質用原料供給管４２、原料バルブ４２ａ，４２ｂ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、および原料ポンプ４２ｅから構成されている。改質水供給系Ｌ２は、給水管４１、改質水ポンプ４１ａおよび流量センサ４１ｂから構成されている。酸化剤ガス（カソードエア）供給系Ｌ３は、カソードエア供給管４４、カソードエアブロワ４４ａ、流量センサ４４ｂおよびフィルタ４４ｃから構成されている。
【００６９】
貯湯水系は、貯湯槽３１、貯湯水循環ライン３２、熱交換器３３、貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、および第２温度センサ３２ｃから構成されている。改質系Ｌ４は、少なくとも改質部２３を含むものである。例えば改質系Ｌ４は、接続管２２ａ、改質部２３および改質ガス供給管４３から構成されている。排気系Ｌ５は、燃料電池モジュール２０からの燃焼ガスが筐体１１の外部に排気される系である。例えば排気系Ｌ５は、燃料電池モジュール２０、燃焼触媒２８、接続管４５、熱交換器３３および排気管４６から構成されている。
【００７０】
なお、蒸発部２２は、改質用原料供給系Ｌ１および改質水供給系Ｌ２の両方に属する。また、マニホールド２５は、カソードエア供給系Ｌ３および改質系Ｌ４の両方に属する。
【００７１】
次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると、図３に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。発電運転中（または起動運転中）において、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１について異常であるか否かの判定を行う改質用原料供給系異常判定（ステップ１０２）、改質水供給系Ｌ２について異常であるか否かの判定を行う改質水供給系異常判定（ステップ１０４）、カソードエア供給系Ｌ３について異常であるか否かの判定を行うカソードエア供給系異常判定（ステップ１０６）、および貯湯水系について異常であるか否かの判定を行う貯湯水異常判定（ステップ１０８）を並行に行う。
【００７２】
改質用原料供給系異常判定について図４に示すフローチャートを参照して説明する。制御装置６０は、前回の判定完了（第１回目の判定においては最初の起動）から第１の所定時間ＴＭ１が経過している場合には、ステップ２０２で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ２０４以降に進める。制御装置６０は、前回の判定完了から第１の所定時間ＴＭ１が経過するまでは、ステップ２０２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。なお、第１の所定時間ＴＭ１は、例えば１週間、１ヶ月である。
【００７３】
制御装置６０は、実際に行っている発電運転または起動運転中の所定期間（第３の所定時間ＴＭ３）内において取得した制御指示値および流体の流量（または電動モータの回転数）のデータに基づいて流量−指示値導出特性を導出する（流量−指示値特性導出手段；ステップ２０４〜２０８）。例えば、供給装置が原料ポンプ４２ｅである場合について説明する。
【００７４】
供給装置の制御方法について図６を参照して説明する。この制御方法はフィードバック制御である。すなわち、制御装置６０は、制御目標値と検出装置である検出センサ（例えば流量センサ４２ｃ）が検出した検出値（例えば流量）との差を入力し、その差に基づいて制御指示値であるデューティ比を供給装置であるポンプ（例えば原料ポンプ４２ｅ）に出力する。このように、制御指示値は、制御装置６０からの各供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）に対する制御指示値である。制御指示値は、例えばデューティ比である。流量は、当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）が供給する流体（例えば改質用原料）の流量（単位時間あたりの流量）である。この流量は、流量センサ（例えば流量センサ４２ｃ）により検出される。
【００７５】
なお、燃料の供給量、改質水の供給量、カソードエアの供給量の各制御目標値は、燃料電池２４の発電負荷に基づいて設定される。また、貯湯水の供給量の制御目標値は、予め決められた所定温度の応じた値に設定されている。
【００７６】
供給装置を含む供給系が閉塞気味または閉塞すると流体は流れ難くなり最終的に流れなくなる。このとき、流量センサによる検出値は減少傾向にあり最終的には０になる。これに対して、供給装置はフィードバック制御されているため、デューティ比は増大される。反対に、供給装置を含む供給系が漏れ気味または漏れると流体は流れやすくなる。このとき、流量センサによる検出値は増大傾向にある。これに対して、供給装置はフィードバック制御されているため、デューティ比は減少される。このように、流量と制御指示値とは相関がある。これを利用して、後述する供給系の異常であることを判定している。
【００７７】
流量−指示値特性は、流量と制御指示値との相関関係を示す特性であり、マップや演算式で表わされるものである。流量−指示値導出特性は、流量−指示値特性であって、実際に行っている発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した実際の制御指示値および流体の流量（または電動モータの回転数）のデータに基づいて導出されたものである。なお、流量−指示値特性は、流量と制御指示値との相関関係だけでなく、流量と高い相関のある供給装置の電動モータの回転数（またはポンプ、ブロワの回転数）と制御指示値との相関関係で表わすようにしてもよい。
【００７８】
具体的には、制御装置６０は、最初に、第１の所定時間ＴＭ１が経過した時点から第３の所定時間ＴＭ３が経過するまでの間において、第２の所定時間ＴＭ２毎に制御指示値および流量のデータを取得し関連付けて記憶する（ステップ２０４）。第３の所定時間ＴＭ３は、第１の所定時間ＴＭ１より短い時間に設定されており、例えば１日である。この第３の所定時間ＴＭ３が本願の特許請求の範囲に記載の「所定期間」である。第２の所定時間ＴＭ２は、第３の所定時間ＴＭ３より短い時間に設定されており、例えば数秒から十数秒である。これにより、制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３分の流量と制御指示値とを関連付けたデータを蓄積することができる。
【００７９】
制御装置６０は、ステップ２０６において、第１の所定時間ＴＭ１が経過した時点から第３の所定時間ＴＭ３が経過したか否かを判定する。制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３が経過していないときには、ステップ２０６で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ２０４に戻す。制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３が経過したときには、ステップ２０６で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ２０８に進める。
【００８０】
次に、制御装置６０は、ステップ２０８において、先に蓄積した第３の所定時間ＴＭ３分の流量と制御指示値とを関連付けたデータを使用して、流量−指示値導出特性を導出する。導出した流量−指示値導出特性を図６に示す。図６では、改質用原料に関する流量−指示値導出特性を示している。蓄積したデータに基づいて最小二乗法などにより近似することで、流量−指示値導出特性を導出する。流量−指示値導出特性は制御指示値＝ａ×流量−ｂという一次式で近似することとなる。
【００８１】
次に、制御装置６０は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かを判定する（供給系異常判定手段；ステップ２１０〜２２２）。
【００８２】
流量−指示値基準特性は、流量−指示値特性であって、当該燃料電池システムの実機を使用して制御指示値を燃料電池２４の出力電力の全レンジ内で変化させて制御指示値毎の流量を検出して流量と制御指示値とを関連付けたデータから導出されるものである。実機を使用しないでシミュレートして導出するようにしてもよい。流量−指示値基準特性は、図６に一点破線で示すように、流量と制御指示値とが正比例の関係にある。
【００８３】
具体的には、制御装置６０は、最初に、流量−指示値特性導出手段（ステップ２０８）によって導出された流量−指示値導出特性から、流量（または前記電動モータの回転数）のうちの所定値に応じた制御指示値（対応制御指示値）を算出するとともに記憶する（対応制御指示値算出手段；ステップ２１０）。すなわち、制御装置６０は、図６に示す流量−指示値導出特性から所定値である所定流量Ｑ１に応じた対応制御指示値Ａを算出するとともに記憶する。今回算出した対応制御指示値ＡはＡ１であるとする。
【００８４】
次に、制御装置６０は、ステップ２１０で算出された対応制御指示値Ａが第１の所定範囲（ＡＬ以上でありＡＵ以下である範囲）内にあれば当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系（例えば改質用原料供給系Ｌ１）は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する（第１判定手段；ステップ２１２、２１８〜２２２）。
【００８５】
第１の所定範囲は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から、所定値である所定流量Ｑ１に応じて導出されるものである。すなわち、制御装置６０は、図６に示す流量−指示値基準特性から所定値である所定流量Ｑ１に応じた制御指示値ＡＣを算出する。この制御指示値ＡＣを含む範囲が第１の所定範囲であり、上限がＡＵであり、下限がＡＬである。例えば、制御指示値ＡＣが中心となるように第１の所定範囲を設定するようにしてもよい。なお、第１の所定範囲は、供給装置であるポンプ、ブロワの装置毎の性能の差、流量センサの公差（器差）、システム毎の圧損の差などを考慮して決定されており、これらの差、公差に起因して誤検知が発生しないように設定されている。
【００８６】
すなわち、対応制御指示値ＡがＡＬ以上でありＡＵ以下である場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＹＥＳ」と判定し、原則当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。また、対応制御指示値ＡがＡＵより大きい場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限を超えた状態の異常（上限異常）である旨を判定する（ステップ２２０）。また、対応制御指示値ＡがＡＬより小さい場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限を超えた状態の異常（下限異常）である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００８７】
さらに、制御装置６０は、第１判定手段（ステップ２１２）が当該供給系（例えば改質用原料供給系Ｌ１）は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する（第２判定手段；ステップ２１４〜２２２）。
【００８８】
なお、第２所定範囲は、補機の劣化許容範囲（補機特性）内の変化、環境温度（気温）による流量計やポンプ等の特性等で誤検知しない範囲が設定される。また、第２の所定範囲は、第１の所定範囲のレンジ幅、第１の所定時間ＴＭ１などに基づいて設定するようにしてもよい。第２の所定範囲の上限は正の値（例えばｄＡＵである）であり、下限は負の値（例えばｄＡＬである）である。また、第１および第２の所定範囲は本願の特許請求の範囲に記載の「所定範囲」に相当する。
【００８９】
すなわち、制御装置６０は、最初に、記憶している複数の対応制御指示値Ａから対応制御指示値Ａの変化量である対応制御指示値変化量ｄＡを導出する（ステップ２１４）。具体的には、例えば、今回導出した対応制御指示値Ａと前回導出して記憶した対応制御指示値Ａとの差を算出することで導出すればよい。
【００９０】
次に、対応制御指示値変化量ｄＡが第２の所定範囲（ｄＡＬ以上でありｄＡＵ以下である範囲）内にある場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＹＥＳ」と判定し、当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＵより大きい場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨を判定する（ステップ２２０）。また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＬより小さい場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００９１】
なお、制御装置６０は、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＵより大きい場合には、当該供給系は上限異常となるおそれがある旨を判定するようにしてもよく、また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＬより小さい場合には、下限異常となるおそれがある旨を判定するようにしてもよい。
【００９２】
具体的には、図７に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間において、対応制御指示値ＡがＡ１で一定である場合には（実線で示す）、対応制御指示値変化量ｄＡは０であるため第２の所定範囲内にあるので、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６で「ＹＥＳ」と判定し、当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間隔は、第１の所定時間ＴＭ１である。
【００９３】
また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間において対応制御指示値ＡはＡ１で一定であるが、時刻ｔ３から増大し始めた場合について説明する（上側の破線で示す）。時刻ｔ４においては、対応制御指示値ＡはＡ１より大きい値となるが、第１の所定範囲内にある。しかし、対応制御指示値変化量ｄＡは第２の所定範囲の上限ｄＡＵを超えており、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６でそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨（または上限異常のおそれがある旨）を判定する（ステップ２２０）。
【００９４】
さらに、時刻ｔ５においては、対応制御指示値Ａは第１の所定範囲の上限ＡＵを超えているため、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨を判定する（ステップ２２０）。
【００９５】
さらに、時刻ｔ３から減少し始めた場合について説明する（下側の破線で示す）。時刻ｔ４においては、対応制御指示値ＡはＡ１より小さい値となるが、第１の所定範囲内にある。しかし、対応制御指示値変化量ｄＡは第２の所定範囲の下限ｄＡＬを超えており、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６でそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨（または下限異常のおそれがある旨）を判定する（ステップ２２２）。
【００９６】
さらに、時刻ｔ５においては、対応制御指示値Ａは第１の所定範囲の下限ＡＬを超えているため、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００９７】
制御装置６０は、上述したように、ステップ１０２において、改質用原料供給系Ｌ１が正常であるか異常であるかを判定する。異常である場合には、制御装置６０は、その異常が上限異常であるか下限異常であるかを判定する。
【００９８】
制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１の異常判定と同様に、改質水供給系Ｌ２を改質水供給系異常判定手段（ステップ１０４）により、カソードエア供給系Ｌ３をカソードエア供給系異常判定手段（ステップ１０６）により、貯湯水系を貯湯水系異常判定手段（ステップ１０８）により、それぞれ異常であるか正常であるかを判定する。
【００９９】
制御装置６０は、それら４つの系が全て正常であると判定した場合には、ステップ１１０で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１１２に進める。制御装置６０は、ステップ１１２において、正常である旨の判定をした時点の燃料電池システムの運転状態（運転モード）を継続する。例えば、判定をした時点の運転モードが発電運転であれば、発電運転を継続する。図８に示すケース１の場合である。
【０１００】
一方、制御装置６０は、４つの系のうち１つ以上に異常判定がなされた場合には、ステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１４に進める。制御装置６０は、ステップ１１４において、上述した各供給系異常判定手段による判定結果に基づいて図８に示す状態判定表から燃料電池システムの状態を判断する。
【０１０１】
以下、ケース２からケース９までの場合について説明する。ケース２は、改質水供給系Ｌ２のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２（例えば改質水供給管４１、蒸発部２２、流量センサ４１ｂの少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０２】
ケース３は、カソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、カソードエア供給系Ｌ３（例えばカソードエア供給管４４、流量センサ４４ｂ、フィルタ４４ｃの少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、カソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０３】
ケース４は、改質用原料供給系Ｌ１のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１（例えば、改質用原料供給管４２、原料バルブ４２ａ，４２ｂ内のフィルタ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、蒸発部２２の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０４】
ケース５は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０５】
ケース６は、改質水供給系Ｌ２および改質用原料供給系Ｌ１のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質系Ｌ４（例えば、接続管２２ａ、改質部２３、改質ガス供給管４３の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質系Ｌ４が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０６】
ケース７は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０７】
ケース８は、改質用原料供給系Ｌ１、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３の全てが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、排気系Ｌ５（例えば、燃料電池モジュール２０の燃焼触媒２８、排気管４６の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、排気系Ｌ５（例えば、燃料電池モジュール２０、接続管４５、熱交換器３３および排気管４６の少なくとも何れか一つ）が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０８】
ケース９は、貯湯水系３０のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、貯湯水系３０（例えば、貯湯槽３１、貯湯水循環ライン３２、熱交換器３３の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、貯湯水系３０が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０９】
そして、制御装置６０は、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について第１または第２の所定範囲の上限を超えた異常である（またはその異常のおそれがある）と判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する（運転継続手段；ステップ１２２，１２４）。一方、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について第１または第２の所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う（停止運転手段；ステップ１１８，１２０）。
【０１１０】
具体的には、制御装置６０は、ステップ１１６において、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において下限異常の判定をしたか否かを判定する。上限異常であると判定した場合には、制御装置６０は、ステップ１１６にて「ＮＯ」と判定する。制御装置６０は、ステップ１２２において、状態判断手段（ステップ１１４）において判断した内容を表示してその旨を警告する（警告手段）。警告方法は、表示器（ＬＥＤ画面、ランプなど）に表示させるようにしてもよいし、スピーカなどにより音声で知らせるようにしてもよい。制御装置６０は、ステップ１２４において、供給系異常判定手段が判定した時点における燃料電池システムの運転状態（運転モード）を継続する。
【０１１１】
この場合、燃料電池システムの発電運転または起動運転を止めることなく継続しながら、ユーザは警告内容に応じたメンテナンス（自分で部品交換したり修理依頼をしたりするなど）を行うことができる。
【０１１２】
なお、燃料電池システムは正常な運転状態ではないので、このような状態での運転中に他に異常が発生したことを検出すれば、制御装置６０は燃料電池システムの運転を停止する停止運転を行う（ステップ１２０）。具体的には、制御装置６０は、ステップ１２６において、他に異常があるか否かを判定する。制御装置６０は、他に異常がなければステップ１２６で「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１２４に戻し、一方、他に異常があればステップ１２６で「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１２０に進める。
【０１１３】
一方、制御装置６０は、下限異常であると判定した場合には、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定する。制御装置６０は、ステップ１１８において、ステップ１２２と同様に状態判断手段（ステップ１１４）において判断した内容を表示してその旨を警告する（警告手段）。警告と合わせて、制御装置６０は、ステップ１２０において、燃料電池システムの停止運転を行う（停止運転手段）。
【０１１４】
上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、流量−指示値特性導出手段（ステップ２０４〜２０８）が、制御装置６０からの各供給装置（３２ａ，４１ａ，４２ｅ，４４ａ）に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間（第３の所定時間ＴＭ３）内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する。供給系異常判定手段（ステップ２１０〜２２２）が、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する。状態判断手段（ステップ１１４）が、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する。
【０１１５】
これにより、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出された流量−指示値導出特性と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性とを比較することで、改質用原料、改質水または酸化剤ガスの供給系が異常であると判定することができる。したがって、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【０１１６】
さらに、上記制御により、異常となる前に異常を判断し的確な処理（メンテナンスや停止運転）が可能となる。各サイトでの電力負荷の差等によらず、上記判断が可能となる。例えば、定格７００Ｗの発電装置の場合に電力負荷が低い（３００〜５００Ｗ程度）家庭においても、３００〜５００Ｗ時のデータを元に既定運転時の状態を演算する。低負荷では圧損も低くデューティ比も低いため、検出がしにくい、誤検知しやすいという課題があるが、上記制御により誤検知等なく、異常となる前に判断し的確な処理が可能となる。
【０１１７】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８、ステップ２１０〜２２２）は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段（ステップ２１０）と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段（ステップ２１２，２１８〜２２２）と、を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【０１１８】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８、ステップ２１０〜２２２）は、第１判定手段（ステップ２１２、２１８）が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段（ステップ２１４〜２２２）をさらに備えている。これにより、正常と判定した時点において、近い将来異常となることが予想できるため、その旨を事前に警告することで起こりうる異常に対して早期に対処することができる。
【０１１９】
また、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２０】
また、少なくとも改質部２３を含む改質系Ｌ４をさらに備え、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系Ｌ１および改質水供給系Ｌ２に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系Ｌ４が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系Ｌ４が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２１】
また、少なくとも燃料電池２４のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部２３を加熱する燃焼部２６と、燃焼ガスを排気する排気系Ｌ５と、をさらに備え、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系Ｌ５が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系Ｌ５が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２２】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段（ステップ１２２）による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段（ステップ１２４）と、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段（ステップ１１８）による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段（ステップ１２０）と、をさらに備えている。これにより、異常判定を行った時点以降において燃料電池システムの状態の内容に応じて適切な運転を行うことができる。
【０１２３】
また、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池２４の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置（貯湯水循環ポンプ３２ａ）を少なくとも含む貯湯水系３０をさらに備えている。これにより、貯湯水系３０に対しても、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【０１２４】
なお、上述した実施形態においては、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えるようにしてもよい。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【０１２５】
なお、例えば、第３の所定範囲は、図６に示す流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲に設定するようにすればよい。例えば流量が所定流量Ｑ１である場合には、上下方向に所定の幅で規定される範囲は、上限がＡＵであり下限がＡＬである第１の所定範囲に対応するものである。よって、第１の所定範囲と同様に、第３の所定範囲は、供給装置であるポンプ、ブロワの装置毎の性能の差、流量センサの公差（器差）、システム毎の圧損の差などを考慮して決定されており、これらの差、公差に起因して誤検知が発生しないように設定されている。
【０１２６】
このとき、流量−指示値導出特性は流量−指示値基準特性の傾きと同一である場合もあれば、異なる場合もある。同一である場合には、流量−指示値導出特性が前述した流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲内にあれば、当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定するようにすればよい。一方、異なる場合には、流量が所定範囲（例えば図６のＱ１を中心に所定幅をもつ範囲）であるときに、その範囲内において、流量−指示値導出特性が前述した流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲内にあれば、当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定するようにすればよい。
【０１２７】
また、上述した実施形態において、対応制御指示値Ａの絶対値に基づく判定を省略するようにしてもよい。この場合、図４に示すフローチャートのステップ２１２の処理を削除すればよい。
【０１２８】
また、上述した実施形態において、流量と制御指示値との相関関係に代えて、ポンプまたはブロワの回転数（または駆動用電動モータの回転数）と制御指示値との相関関係を用いるようにしてもよい。これによれば、流量センサがない場合でも、各供給系の異常判定をすることができる。
【０１２９】
また、上述した実施形態においては、燃料電池は固体酸化物形燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池に適用するようにしてもよい。この場合、燃料電池システムは、燃料電池、改質器、排熱回収システム（上述したものと同様なものである）を備えている。燃料電池は、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。
【０１３０】
改質器は、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池に供給するものであり、バーナ（燃焼部）、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。
【０１３１】
バーナは、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。
【０１３２】
改質部は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部に導出される。
【０１３３】
ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。
【０１３４】
ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池の燃料極に導出される。
【符号の説明】
【０１３５】
１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１１ｂ…空気導出口、１１ｃ…空気導入口、１２…仕切部材、１２ａ…空気導入口、１３…水タンク、１４…純水器、１５…換気用空気ブロワ、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２４ｄ…温度センサ、２５…マニホールド、３０…排熱回収システム（貯湯水系）、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２…貯湯水循環ポンプ、３２ｂ，３２ｃ…温度センサ、３３…熱交換器、４１ａ…改質水ポンプ、４１ｂ…流量センサ、４２ｃ…流量センサ、４２ｅ…原料ポンプ、４４ａ…カソードエアブロワ、４４ｂ…流量センサ、５０…インバータ装置、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置、Ｌ１…改質用原料供給系、Ｌ２…改質水供給系、Ｌ３…カソードエア供給系（酸化剤ガス供給系）、Ｌ４…改質系、Ｌ５…排気系、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特
許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムにおいては、定期的な運転時に、寿命演算手段２は燃焼ファン制御手段６により、燃焼ファン９を一定回転数に回転させ、その時の燃焼空気流量を流量検出手段７で検出し、第１の記憶手段３に時系列に記憶し、それを第１の時系列データとするようになっている。また、燃焼ファン９を一定量に操作した場合の燃焼ファン回転数を回転数検出手段５により検出し、第２の記憶手段４に時系列に記憶し、それを第２の時系列データとするようになっている。寿命演算手段２は第１の時系列データまたは、第２の時系列データから空気フィルタ８もしくは燃焼ファン９の寿命を個別に予測するようになっている。
【０００３】
なお、「定期的な運転時」とは、例えば「週１回や月1回のように、燃料電池装置が自己診断するタイミングを設け、その一環で空気フィルタの診断を実行する」のような状況を想定している。また、「燃焼ファン９が一定の回転数で回転している状態」というのは、回転数フィードバック制御によって、燃焼ファン９が一定回転数で回転している状態のことである。
【０００４】
また、燃料電池システムの他の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図２−５に示されているように、燃料電池システムおいては、冷却ファンの回転数を設定し（Ａ−３）、冷却ファン１８の回転数が正常に変更されたかどうかを前記ファン回転数検出手段３４で検出し、正常に変更したことを確認できなかったとき（Ａ−４）、ファン故障検出手段でファンの故障検出を行うようになっている。また、寿命判定手段６３は、演算手段６２が測定した改質手段冷却ファン１８の積算動作時間と、記憶手段６１に記憶している、改質手段冷却ファン１８を交換する目安となる改質手段冷却ファン１８の寿命閾値の比較を行う（Ｃ−４）。比較した結果、改質手段冷却ファン１８の積算動作時間γ１が寿命閾値γ２を超えている場合は、改質手段冷却ファン１８の寿命であると判断するようになっている（Ｃ−６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０３３９３４号公報
【特許文献２】特開２００６−１４００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、燃料電池装置が自己診断するタイミングを設ける必要があるが、通常の発電運転中（起動運転中）に自己診断をすることは不可能である。運転が停止されているときには、可能であるが、２４時間３６５日運転を行っている場合には不可能である。また、燃焼部の圧損変化、排気口の閉塞などの外乱がある場合、ポンプの回転数、流量が可変するため、誤判断するおそれがある。
【０００７】
上述した特許文献２に記載されている燃料電池システムにおいては、特許文献１と同様に、外乱の影響により誤判断するおそれがあり、ユーザ負荷（特に低負荷の場合）によっても誤判断するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、外乱やユーザ負荷に関係なく通常の発電運転中においても的確に異常判定が可能となることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とにより燃料を生成する改質部と、電動モータで駆動されるように構成され改質用原料を供給する改質用原料供給装置を少なくとも含む改質用原料供給系と、電動モータで駆動されるように構成され改質水を供給する改質水供給装置を少なくとも含む改質水供給系と、電動モータで駆動されるように構成され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置を少なくとも含む酸化剤ガス供給系と、各供給装置の各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を各供給装置に対して行う制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段と、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する状態判断手段と、状態判断手段により判断された状態が異常状態を表す場合には、その旨を警告する警告手段と、を備えている。
【００１０】
また請求項２に係る発明は、請求項１において、供給系異常判定手段は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、を備えている。
【００１１】
また請求項３に係る発明は、請求項２において、供給系異常判定手段は、第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている。
【００１２】
また請求項４に係る発明は、請求項１において、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている。
【００１３】
また請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１４】
また請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも改質部を含む改質系をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系および改質水供給系に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１５】
また請求項７に係る発明は、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部を加熱する燃焼部と、燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。
【００１６】
また請求項８に係る発明は、請求項２乃至請求項７の何れか一項において、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、をさらに備えている。
【００１７】
また請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、流量−指示値特性導出手段が、制御装置からの各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する。供給系異常判定手段が、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する。状態判断手段が、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する。
【００１９】
これにより、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出された流量−指示値導出特性と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性とを比較することで、改質用原料、改質水または酸化剤ガスの供給系が異常であると判定することができる。したがって、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、供給系異常判定手段は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２において、供給系異常判定手段は、第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている。これにより、正常と判定した時点において、近い将来異常となることが予想できるため、その旨を事前に警告することで起こりうる異常に対して早期に対処することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１において、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも改質部を含む改質系をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系および改質水供給系に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部を加熱する燃焼部と、燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、状態判断手段は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項２乃至請求項７の何れか一項において、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、をさらに備えている。これにより、異常判定を行った時点以降において燃料電池システムの状態の内容に応じて適切な運転を行うことができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている。これにより、貯湯水系に対しても、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャート（各供給系の異常判定）である。
【図５】供給装置のフィードバック制御を説明するためのブロック線図である。
【図６】改質用原料について流量−制御指示値相関図を示す図である。
【図７】対応制御指示値の時間変化の一例を示すタイムチャートである。
【図８】各供給系の異常・正常の組み合わせにおける燃料電池システムの状態判断および制御方法を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。
【００３０】
筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２より上方および下方に第１室Ｒ１および第２室Ｒ２が形成される。
【００３１】
燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施の形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４および燃焼部２６を備えている。
【００３２】
ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造により支持されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。
【００３３】
蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００３４】
この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、水タンク１３側から順番に改質水ポンプ４１ａおよび流量センサ４１ｂが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給（改質水供給装置）するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水ポンプ４１ａには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４１ａ１が設けられている。流量センサ４１ｂは、給水管４１を流れ蒸発部２２に供給されている改質水の流量（単位時間あたりの流量）を検出し、検出結果（出力信号）を制御装置６０に送信している。
【００３５】
また、蒸発部２２には、燃料供給源（図示省略）からの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、上流から順番に一対の原料バルブ４２ａ，４２ｂ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、および原料ポンプ４２ｅが設けられている。
【００３６】
原料バルブ４２ａ，４２ｂは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。これら原料バルブ４２ａ，４２ｂは改質用原料からごみ、塵などを除去するためのフィルタを内蔵している。流量センサ４２ｃは、燃料電池２４に供給されている燃料（改質用原料）の流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。脱硫器４２ｄは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。
【００３７】
原料ポンプ４２ｅは、燃料電池２４に燃料（改質用原料）を供給する改質用原料供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって燃料供給源からの燃料供給量を調整するものである。原料ポンプ４２ｅには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４２ｅ１が設けられている。
【００３８】
改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から接続管２２ａを介して供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００３９】
燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施の形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。
【００４０】
セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。
【００４１】
燃料電池２４は、燃料電池２４の温度を検出する温度センサ２４ｄを備えている。温度センサ２４ｄは、燃料電池２４のセル２４ａの積層方向の中央部分であって上下方向中央部分に設けられている。温度センサ２４ｄは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００４２】
燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａ（カソードエア供給装置）によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００４３】
また、カソードエア供給管４４には、流量センサ４４ｂが設けられている。流量センサ４４ｂは、燃料電池２４に供給されているカソードエアの流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信している。
【００４４】
カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。
また、カソードブロワ４４ａの吸入口にはごみ、塵などを除去するためのフィルタ４４ｃが設けられている。さらに、カソードブロワ４４ａには、ブロワまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ４４ａ１が設けられている。
【００４５】
燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
【００４６】
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００４７】
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
【００４８】
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００４９】
そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）によって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。
【００５０】
このように上記燃焼空間Ｒ３は、少なくとも燃料電池２４のアノードオフガスを燃焼させて改質部２３を加熱する燃焼部２６を構成する。燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。燃焼部２６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。また、燃焼部２６には、燃焼部２６の温度を検出するための一対の温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２が設けられている。温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２の検出結果（出力信号）は制御装置６０に送信されている。
【００５１】
燃料電池モジュール２０の排気口２１ａには、燃焼触媒２８およびヒータ２９が設けられている。燃焼触媒２８は、燃料電池モジュール２０から排気される気体のうち可燃性ガスを触媒によって燃焼させるものである。可燃性ガスとしては、水素、メタンガス、一酸化炭素などが挙げられる。触媒としては、ＰｔやＰｄ系の触媒が挙げられる。ヒータ２９は、燃焼触媒２８を加熱するものであり、触媒を活性化するため（起動当初など）に使用する。
【００５２】
排熱回収システム３０は、燃料電池２４の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える貯湯水系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３と、が備えられている。
【００５３】
貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。
【００５４】
貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水供給装置である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、および第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａには、ポンプまたは内蔵の電動モータの回転数（単位時間あたりの回転数）を検出して制御装置６０に出力する回転数センサ３２ａ１が設けられている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。
【００５５】
第１温度センサ３２ｂは、熱交換器３３の貯湯水導入側の貯湯水循環ライン３２であって熱交換器３３と貯湯槽３１との間に配設されている。第１温度センサ３２ｂは、貯湯水の熱交換器３３の入口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の出口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００５６】
第２温度センサ３２ｃは、熱交換器３３の貯湯水導出側の貯湯水循環ライン３２に配設されている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の出口温度すなわち貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。
【００５７】
熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施の形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。
【００５８】
熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部には、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通する接続管４５が接続されている。ケーシング３３ａの下部には、第１排気口１１ａに接続されている排気管４６が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４７が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｂが配設されている。
【００５９】
このように構成された熱交換器３３においては、燃焼触媒２８で処理された燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、接続管４５を通ってケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管４６を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４７を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。
【００６０】
また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク１３には、純水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。
【００６１】
純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４８を介して純水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４８を通って純水タンク１３に導出される。
【００６２】
また、燃料電池システムは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成された空気導入口１１ｃと、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成された空気導出口１１ｂと、仕切部材１２に形成された空気導入口１２ａに設けられた換気用空気ブロワ１５と、を備えている。この換気用空気ブロワ１５が作動すると、外気が空気導入口１１ｃを介して第２室Ｒ２内に吸い込まれ、換気用空気ブロワ１５によって第１室Ｒ１内に送出され、第１室Ｒ１内の空気が空気導出口１１ｂを介して外部に排出される。
【００６３】
さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機や制御装置６０に出力する第２機能と、を有している。
【００６４】
系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータシステム１５を介して電源ライン５２に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。
【００６５】
補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ｅ、換気用空気ブロワ１５およびカソードエアブロワ４４ａ、貯湯水を循環させるためのモータ駆動のポンプ３２ａなどから構成されている。この補機は直流電圧にて駆動されるものである。
【００６６】
さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２４ｄ，２６ｂ１，２６ｂ２，３２ｂ，３２ｃ、流量センサ４１ｂ，４２ｃ，４４ｂ、回転数センサ３２ａ１，４１ａ１，４２ｅ１、４４ａ１、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、各ブロワ１５，４４ａ、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２、ヒータ２９が接続されている（図２参照）。制御装置６０は、各供給装置であるポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、ブロワ１５，４４ａの各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を各供給装置に対して行うものである。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００６７】
なお、上述した各ポンプ、ブロワは電動モータで駆動されるように構成されている。
【００６８】
また、改質用原料供給系Ｌ１は、改質用原料供給管４２、原料バルブ４２ａ，４２ｂ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、および原料ポンプ４２ｅから構成されている。改質水供給系Ｌ２は、給水管４１、改質水ポンプ４１ａおよび流量センサ４１ｂから構成されている。酸化剤ガス（カソードエア）供給系Ｌ３は、カソードエア供給管４４、カソードエアブロワ４４ａ、流量センサ４４ｂおよびフィルタ４４ｃから構成されている。
【００６９】
貯湯水系は、貯湯槽３１、貯湯水循環ライン３２、熱交換器３３、貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、および第２温度センサ３２ｃから構成されている。改質系Ｌ４は、少なくとも改質部２３を含むものである。例えば改質系Ｌ４は、接続管２２ａ、改質部２３および改質ガス供給管４３から構成されている。排気系Ｌ５は、燃料電池モジュール２０からの燃焼ガスが筐体１１の外部に排気される系である。例えば排気系Ｌ５は、燃料電池モジュール２０、燃焼触媒２８、接続管４５、熱交換器３３および排気管４６から構成されている。
【００７０】
なお、蒸発部２２は、改質用原料供給系Ｌ１および改質水供給系Ｌ２の両方に属する。また、マニホールド２５は、カソードエア供給系Ｌ３および改質系Ｌ４の両方に属する。
【００７１】
次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると、図３に示すフローチャートに対応するプログラムの実行を開始する。発電運転中（または起動運転中）において、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１について異常であるか否かの判定を行う改質用原料供給系異常判定（ステップ１０２）、改質水供給系Ｌ２について異常であるか否かの判定を行う改質水供給系異常判定（ステップ１０４）、カソードエア供給系Ｌ３について異常であるか否かの判定を行うカソードエア供給系異常判定（ステップ１０６）、および貯湯水系について異常であるか否かの判定を行う貯湯水異常判定（ステップ１０８）を並行に行う。
【００７２】
改質用原料供給系異常判定について図４に示すフローチャートを参照して説明する。制御装置６０は、前回の判定完了（第１回目の判定においては最初の起動）から第１の所定時間ＴＭ１が経過している場合には、ステップ２０２で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ２０４以降に進める。制御装置６０は、前回の判定完了から第１の所定時間ＴＭ１が経過するまでは、ステップ２０２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。なお、第１の所定時間ＴＭ１は、例えば１週間、１ヶ月である。
【００７３】
制御装置６０は、実際に行っている発電運転または起動運転中の所定期間（第３の所定時間ＴＭ３）内において取得した制御指示値および流体の流量（または電動モータの回転数）のデータに基づいて流量−指示値導出特性を導出する（流量−指示値特性導出手段；ステップ２０４〜２０８）。例えば、供給装置が原料ポンプ４２ｅである場合について説明する。
【００７４】
供給装置の制御方法について図６を参照して説明する。この制御方法はフィードバック制御である。すなわち、制御装置６０は、制御目標値と検出装置である検出センサ（例えば流量センサ４２ｃ）が検出した検出値（例えば流量）との差を入力し、その差に基づいて制御指示値であるデューティ比を供給装置であるポンプ（例えば原料ポンプ４２ｅ）に出力する。このように、制御指示値は、制御装置６０からの各供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）に対する制御指示値である。制御指示値は、例えばデューティ比である。流量は、当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）が供給する流体（例えば改質用原料）の流量（単位時間あたりの流量）である。この流量は、流量センサ（例えば流量センサ４２ｃ）により検出される。
【００７５】
なお、燃料の供給量、改質水の供給量、カソードエアの供給量の各制御目標値は、燃料電池２４の発電負荷に基づいて設定される。また、貯湯水の供給量の制御目標値は、予め決められた所定温度の応じた値に設定されている。
【００７６】
供給装置を含む供給系が閉塞気味または閉塞すると流体は流れ難くなり最終的に流れなくなる。このとき、流量センサによる検出値は減少傾向にあり最終的には０になる。これに対して、供給装置はフィードバック制御されているため、デューティ比は増大される。反対に、供給装置を含む供給系が漏れ気味または漏れると流体は流れやすくなる。このとき、流量センサによる検出値は増大傾向にある。これに対して、供給装置はフィードバック制御されているため、デューティ比は減少される。このように、流量と制御指示値とは相関がある。これを利用して、後述する供給系の異常であることを判定している。
【００７７】
流量−指示値特性は、流量と制御指示値との相関関係を示す特性であり、マップや演算式で表わされるものである。流量−指示値導出特性は、流量−指示値特性であって、実際に行っている発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した実際の制御指示値および流体の流量（または電動モータの回転数）のデータに基づいて導出されたものである。なお、流量−指示値特性は、流量と制御指示値との相関関係だけでなく、流量と高い相関のある供給装置の電動モータの回転数（またはポンプ、ブロワの回転数）と制御指示値との相関関係で表わすようにしてもよい。
【００７８】
具体的には、制御装置６０は、最初に、第１の所定時間ＴＭ１が経過した時点から第３の所定時間ＴＭ３が経過するまでの間において、第２の所定時間ＴＭ２毎に制御指示値および流量のデータを取得し関連付けて記憶する（ステップ２０４）。第３の所定時間ＴＭ３は、第１の所定時間ＴＭ１より短い時間に設定されており、例えば１日である。この第３の所定時間ＴＭ３が本願の特許請求の範囲に記載の「所定期間」である。第２の所定時間ＴＭ２は、第３の所定時間ＴＭ３より短い時間に設定されており、例えば数秒から十数秒である。これにより、制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３分の流量と制御指示値とを関連付けたデータを蓄積することができる。
【００７９】
制御装置６０は、ステップ２０６において、第１の所定時間ＴＭ１が経過した時点から第３の所定時間ＴＭ３が経過したか否かを判定する。制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３が経過していないときには、ステップ２０６で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ２０４に戻す。制御装置６０は、第３の所定時間ＴＭ３が経過したときには、ステップ２０６で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ２０８に進める。
【００８０】
次に、制御装置６０は、ステップ２０８において、先に蓄積した第３の所定時間ＴＭ３分の流量と制御指示値とを関連付けたデータを使用して、流量−指示値導出特性を導出する。導出した流量−指示値導出特性を図６に示す。図６では、改質用原料に関する流量−指示値導出特性を示している。蓄積したデータに基づいて最小二乗法などにより近似することで、流量−指示値導出特性を導出する。流量−指示値導出特性は制御指示値＝ａ×流量−ｂという一次式で近似することとなる。
【００８１】
次に、制御装置６０は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かを判定する（供給系異常判定手段；ステップ２１０〜２２２）。
【００８２】
流量−指示値基準特性は、流量−指示値特性であって、当該燃料電池システムの実機を使用して制御指示値を燃料電池２４の出力電力の全レンジ内で変化させて制御指示値毎の流量を検出して流量と制御指示値とを関連付けたデータから導出されるものである。実機を使用しないでシミュレートして導出するようにしてもよい。流量−指示値基準特性は、図６に一点破線で示すように、流量と制御指示値とが正比例の関係にある。
【００８３】
具体的には、制御装置６０は、最初に、流量−指示値特性導出手段（ステップ２０８）によって導出された流量−指示値導出特性から、流量（または前記電動モータの回転数）のうちの所定値に応じた制御指示値（対応制御指示値）を算出するとともに記憶する（対応制御指示値算出手段；ステップ２１０）。すなわち、制御装置６０は、図６に示す流量−指示値導出特性から所定値である所定流量Ｑ１に応じた対応制御指示値Ａを算出するとともに記憶する。今回算出した対応制御指示値ＡはＡ１であるとする。
【００８４】
次に、制御装置６０は、ステップ２１０で算出された対応制御指示値Ａが第１の所定範囲（ＡＬ以上でありＡＵ以下である範囲）内にあれば当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系（例えば改質用原料供給系Ｌ１）は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する（第１判定手段；ステップ２１２、２１８〜２２２）。
【００８５】
第１の所定範囲は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から、所定値である所定流量Ｑ１に応じて導出されるものである。すなわち、制御装置６０は、図６に示す流量−指示値基準特性から所定値である所定流量Ｑ１に応じた制御指示値ＡＣを算出する。この制御指示値ＡＣを含む範囲が第１の所定範囲であり、上限がＡＵであり、下限がＡＬである。例えば、制御指示値ＡＣが中心となるように第１の所定範囲を設定するようにしてもよい。なお、第１の所定範囲は、供給装置であるポンプ、ブロワの装置毎の性能の差、流量センサの公差（器差）、システム毎の圧損の差などを考慮して決定されており、これらの差、公差に起因して誤検知が発生しないように設定されている。
【００８６】
すなわち、対応制御指示値ＡがＡＬ以上でありＡＵ以下である場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＹＥＳ」と判定し、原則当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。また、対応制御指示値ＡがＡＵより大きい場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限を超えた状態の異常（上限異常）である旨を判定する（ステップ２２０）。また、対応制御指示値ＡがＡＬより小さい場合には、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限を超えた状態の異常（下限異常）である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００８７】
さらに、制御装置６０は、第１判定手段（ステップ２１２）が当該供給系（例えば改質用原料供給系Ｌ１）は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する（第２判定手段；ステップ２１４〜２２２）。
【００８８】
なお、第２所定範囲は、補機の劣化許容範囲（補機特性）内の変化、環境温度（気温）による流量計やポンプ等の特性等で誤検知しない範囲が設定される。また、第２の所定範囲は、第１の所定範囲のレンジ幅、第１の所定時間ＴＭ１などに基づいて設定するようにしてもよい。第２の所定範囲の上限は正の値（例えばｄＡＵである）であり、下限は負の値（例えばｄＡＬである）である。また、第１および第２の所定範囲は本願の特許請求の範囲に記載の「所定範囲」に相当する。
【００８９】
すなわち、制御装置６０は、最初に、記憶している複数の対応制御指示値Ａから対応制御指示値Ａの変化量である対応制御指示値変化量ｄＡを導出する（ステップ２１４）。具体的には、例えば、今回導出した対応制御指示値Ａと前回導出して記憶した対応制御指示値Ａとの差を算出することで導出すればよい。
【００９０】
次に、対応制御指示値変化量ｄＡが第２の所定範囲（ｄＡＬ以上でありｄＡＵ以下である範囲）内にある場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＹＥＳ」と判定し、当該供給装置（例えば原料ポンプ４２ｅ）を含む当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＵより大きい場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨を判定する（ステップ２２０）。また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＬより小さい場合には、制御装置６０は、ステップ２１６で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００９１】
なお、制御装置６０は、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＵより大きい場合には、当該供給系は上限異常となるおそれがある旨を判定するようにしてもよく、また、対応制御指示値変化量ｄＡがｄＡＬより小さい場合には、下限異常となるおそれがある旨を判定するようにしてもよい。
【００９２】
具体的には、図７に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間において、対応制御指示値ＡがＡ１で一定である場合には（実線で示す）、対応制御指示値変化量ｄＡは０であるため第２の所定範囲内にあるので、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６で「ＹＥＳ」と判定し、当該供給系は正常である旨を判定する（ステップ２１８）。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間隔は、第１の所定時間ＴＭ１である。
【００９３】
また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間において対応制御指示値ＡはＡ１で一定であるが、時刻ｔ３から増大し始めた場合について説明する（上側の破線で示す）。時刻ｔ４においては、対応制御指示値ＡはＡ１より大きい値となるが、第１の所定範囲内にある。しかし、対応制御指示値変化量ｄＡは第２の所定範囲の上限ｄＡＵを超えており、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６でそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨（または上限異常のおそれがある旨）を判定する（ステップ２２０）。
【００９４】
さらに、時刻ｔ５においては、対応制御指示値Ａは第１の所定範囲の上限ＡＵを超えているため、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は上限異常である旨を判定する（ステップ２２０）。
【００９５】
さらに、時刻ｔ３から減少し始めた場合について説明する（下側の破線で示す）。時刻ｔ４においては、対応制御指示値ＡはＡ１より小さい値となるが、第１の所定範囲内にある。しかし、対応制御指示値変化量ｄＡは第２の所定範囲の下限ｄＡＬを超えており、制御装置６０は、ステップ２１２，２１６でそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨（または下限異常のおそれがある旨）を判定する（ステップ２２２）。
【００９６】
さらに、時刻ｔ５においては、対応制御指示値Ａは第１の所定範囲の下限ＡＬを超えているため、制御装置６０は、ステップ２１２で「ＮＯ」と判定し、当該供給系は下限異常である旨を判定する（ステップ２２２）。
【００９７】
制御装置６０は、上述したように、ステップ１０２において、改質用原料供給系Ｌ１が正常であるか異常であるかを判定する。異常である場合には、制御装置６０は、その異常が上限異常であるか下限異常であるかを判定する。
【００９８】
制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１の異常判定と同様に、改質水供給系Ｌ２を改質水供給系異常判定手段（ステップ１０４）により、カソードエア供給系Ｌ３をカソードエア供給系異常判定手段（ステップ１０６）により、貯湯水系を貯湯水系異常判定手段（ステップ１０８）により、それぞれ異常であるか正常であるかを判定する。
【００９９】
制御装置６０は、それら４つの系が全て正常であると判定した場合には、ステップ１１０で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１１２に進める。制御装置６０は、ステップ１１２において、正常である旨の判定をした時点の燃料電池システムの運転状態（運転モード）を継続する。例えば、判定をした時点の運転モードが発電運転であれば、発電運転を継続する。図８に示すケース１の場合である。
【０１００】
一方、制御装置６０は、４つの系のうち１つ以上に異常判定がなされた場合には、ステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１４に進める。制御装置６０は、ステップ１１４において、上述した各供給系異常判定手段による判定結果に基づいて図８に示す状態判定表から燃料電池システムの状態を判断する。
【０１０１】
以下、ケース２からケース９までの場合について説明する。ケース２は、改質水供給系Ｌ２のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２（例えば改質水供給管４１、蒸発部２２、流量センサ４１ｂの少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０２】
ケース３は、カソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、カソードエア供給系Ｌ３（例えばカソードエア供給管４４、流量センサ４４ｂ、フィルタ４４ｃの少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、カソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０３】
ケース４は、改質用原料供給系Ｌ１のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１（例えば、改質用原料供給管４２、原料バルブ４２ａ，４２ｂ内のフィルタ、流量センサ４２ｃ、脱硫器４２ｄ、蒸発部２２の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０４】
ケース５は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０５】
ケース６は、改質水供給系Ｌ２および改質用原料供給系Ｌ１のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質系Ｌ４（例えば、接続管２２ａ、改質部２３、改質ガス供給管４３の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質系Ｌ４が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０６】
ケース７は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、改質用原料供給系Ｌ１およびカソードエア供給系Ｌ３が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０７】
ケース８は、改質用原料供給系Ｌ１、改質水供給系Ｌ２およびカソードエア供給系Ｌ３の全てが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、排気系Ｌ５（例えば、燃料電池モジュール２０の燃焼触媒２８、排気管４６の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、排気系Ｌ５（例えば、燃料電池モジュール２０、接続管４５、熱交換器３３および排気管４６の少なくとも何れか一つ）が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０８】
ケース９は、貯湯水系３０のみが異常である場合である。このとき、上限異常である場合には、制御装置６０は、貯湯水系３０（例えば、貯湯槽３１、貯湯水循環ライン３２、熱交換器３３の少なくとも何れか一つ）が閉塞していると判断し、下限異常である場合には、制御装置６０は、貯湯水系３０が破れるなどして漏れていると判断する。
【０１０９】
そして、制御装置６０は、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について第１または第２の所定範囲の上限を超えた異常である（またはその異常のおそれがある）と判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する（運転継続手段；ステップ１２２，１２４）。一方、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について第１または第２の所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う（停止運転手段；ステップ１１８，１２０）。
【０１１０】
具体的には、制御装置６０は、ステップ１１６において、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において下限異常の判定をしたか否かを判定する。上限異常であると判定した場合には、制御装置６０は、ステップ１１６にて「ＮＯ」と判定する。制御装置６０は、ステップ１２２において、状態判断手段（ステップ１１４）において判断した内容を表示してその旨を警告する（警告手段）。警告方法は、表示器（ＬＥＤ画面、ランプなど）に表示させるようにしてもよいし、スピーカなどにより音声で知らせるようにしてもよい。制御装置６０は、ステップ１２４において、供給系異常判定手段が判定した時点における燃料電池システムの運転状態（運転モード）を継続する。
【０１１１】
この場合、燃料電池システムの発電運転または起動運転を止めることなく継続しながら、ユーザは警告内容に応じたメンテナンス（自分で部品交換したり修理依頼をしたりするなど）を行うことができる。
【０１１２】
なお、燃料電池システムは正常な運転状態ではないので、このような状態での運転中に他に異常が発生したことを検出すれば、制御装置６０は燃料電池システムの運転を停止する停止運転を行う（ステップ１２０）。具体的には、制御装置６０は、ステップ１２６において、他に異常があるか否かを判定する。制御装置６０は、他に異常がなければステップ１２６で「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１２４に戻し、一方、他に異常があればステップ１２６で「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１２０に進める。
【０１１３】
一方、制御装置６０は、下限異常であると判定した場合には、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定する。制御装置６０は、ステップ１１８において、ステップ１２２と同様に状態判断手段（ステップ１１４）において判断した内容を表示してその旨を警告する（警告手段）。警告と合わせて、制御装置６０は、ステップ１２０において、燃料電池システムの停止運転を行う（停止運転手段）。
【０１１４】
上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、流量−指示値特性導出手段（ステップ２０４〜２０８）が、制御装置６０からの各供給装置（３２ａ，４１ａ，４２ｅ，４４ａ）に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間（第３の所定時間ＴＭ３）内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する。供給系異常判定手段（ステップ２１０〜２２２）が、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する。状態判断手段（ステップ１１４）が、供給系異常判定手段による判定結果に基づいて燃料電池システムの状態を判断する。
【０１１５】
これにより、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した制御指示値および流体の流量または電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出された流量−指示値導出特性と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性とを比較することで、改質用原料、改質水または酸化剤ガスの供給系が異常であると判定することができる。したがって、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【０１１６】
さらに、上記制御により、異常となる前に異常を判断し的確な処理（メンテナンスや停止運転）が可能となる。各サイトでの電力負荷の差等によらず、上記判断が可能となる。例えば、定格７００Ｗの発電装置の場合に電力負荷が低い（３００〜５００Ｗ程度）家庭においても、３００〜５００Ｗ時のデータを元に既定運転時の状態を演算する。低負荷では圧損も低くデューティ比も低いため、検出がしにくい、誤検知しやすいという課題があるが、上記制御により誤検知等なく、異常となる前に判断し的確な処理が可能となる。
【０１１７】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８、ステップ２１０〜２２２）は、流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、流量または電動モータの回転数のうちの所定値に応じた制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段（ステップ２１０）と、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段（ステップ２１２，２１８〜２２２）と、を備えている。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【０１１８】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８、ステップ２１０〜２２２）は、第１判定手段（ステップ２１２、２１８）が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段（ステップ２１４〜２２２）をさらに備えている。これにより、正常と判定した時点において、近い将来異常となることが予想できるため、その旨を事前に警告することで起こりうる異常に対して早期に対処することができる。
【０１１９】
また、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２０】
また、少なくとも改質部２３を含む改質系Ｌ４をさらに備え、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において改質用原料供給系Ｌ１および改質水供給系Ｌ２に係る各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には改質系Ｌ４が閉塞またはそのおそれがあると判断し、各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には改質系Ｌ４が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２１】
また、少なくとも燃料電池２４のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより改質部２３を加熱する燃焼部２６と、燃焼ガスを排気する排気系Ｌ５と、をさらに備え、状態判断手段（ステップ１１４）は、供給系異常判定手段において供給系の全てについて所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には排気系Ｌ５が閉塞またはそのおそれがあると判断し、所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には排気系Ｌ５が漏れまたはそのおそれがあると判断する。これにより、燃料電池システムの状態の内容をより的確かつ具体的に把握することができる。
【０１２２】
また、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段（ステップ１２２）による警告とともに、燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段（ステップ１２４）と、供給系異常判定手段（ステップ１０２〜１０８）において供給系のいずれか一について所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、警告手段（ステップ１１８）による警告とともに、燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段（ステップ１２０）と、をさらに備えている。これにより、異常判定を行った時点以降において燃料電池システムの状態の内容に応じて適切な運転を行うことができる。
【０１２３】
また、電動モータで駆動されるように構成され燃料電池２４の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置（貯湯水循環ポンプ３２ａ）を少なくとも含む貯湯水系３０をさらに備えている。これにより、貯湯水系３０に対しても、燃料電池システムの停止状態に異常判定のためだけに専用の時間を設けることなく、通常の発電運転中または起動運転中において異常の判定を的確に行うことができる。また、外乱の影響も含んでいる実際のデータ、またユーザの実際の使用態様におけるデータを使用して異常の判定を行うことができるので、外乱やユーザ負荷の変動に左右されることなく、異常の判定を的確に行うことができる。
【０１２４】
なお、上述した実施形態においては、供給系異常判定手段は、予め記憶されている流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えるようにしてもよい。これにより、各供給系の異常判定をより簡便かつ具体的に行うことができ、ひいては燃料電池システムの状態の内容をより的確に把握することができる。
【０１２５】
なお、例えば、第３の所定範囲は、図６に示す流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲に設定するようにすればよい。例えば流量が所定流量Ｑ１である場合には、上下方向に所定の幅で規定される範囲は、上限がＡＵであり下限がＡＬである第１の所定範囲に対応するものである。よって、第１の所定範囲と同様に、第３の所定範囲は、供給装置であるポンプ、ブロワの装置毎の性能の差、流量センサの公差（器差）、システム毎の圧損の差などを考慮して決定されており、これらの差、公差に起因して誤検知が発生しないように設定されている。
【０１２６】
このとき、流量−指示値導出特性は流量−指示値基準特性の傾きと同一である場合もあれば、異なる場合もある。同一である場合には、流量−指示値導出特性が前述した流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲内にあれば、当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定するようにすればよい。一方、異なる場合には、流量が所定範囲（例えば図６のＱ１を中心に所定幅をもつ範囲）であるときに、その範囲内において、流量−指示値導出特性が前述した流量−指示値基準特性を基準にして上下方向に所定の幅で規定される範囲内にあれば、当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定するようにすればよい。
【０１２７】
また、上述した実施形態において、対応制御指示値Ａの絶対値に基づく判定を省略するようにしてもよい。この場合、図４に示すフローチャートのステップ２１２の処理を削除すればよい。
【０１２８】
また、上述した実施形態において、流量と制御指示値との相関関係に代えて、ポンプまたはブロワの回転数（または駆動用電動モータの回転数）と制御指示値との相関関係を用いるようにしてもよい。これによれば、流量センサがない場合でも、各供給系の異常判定をすることができる。
【０１２９】
また、上述した実施形態においては、燃料電池は固体酸化物形燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池に適用するようにしてもよい。この場合、燃料電池システムは、燃料電池、改質器、排熱回収システム（上述したものと同様なものである）を備えている。燃料電池は、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば４０Ｖ）を出力するものである。
【０１３０】
改質器は、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池に供給するものであり、バーナ（燃焼部）、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがある。
【０１３１】
バーナは、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池の燃料極からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。
【０１３２】
改質部は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部に導出される。
【０１３３】
ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。
【０１３４】
ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池の燃料極に導出される。
【符号の説明】
【０１３５】
１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１１ｂ…空気導出口、１１ｃ…空気導入口、１２…仕切部材、１２ａ…空気導入口、１３…水タンク、１４…純水器、１５…換気用空気ブロワ、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２４ｄ…温度センサ、２５…マニホールド、３０…排熱回収システム（貯湯水系）、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２…貯湯水循環ポンプ、３２ｂ，３２ｃ…温度センサ、３３…熱交換器、４１ａ…改質水ポンプ、４１ｂ…流量センサ、４２ｃ…流量センサ、４２ｅ…原料ポンプ、４４ａ…カソードエアブロワ、４４ｂ…流量センサ、５０…インバータ装置、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、６０…制御装置、Ｌ１…改質用原料供給系、Ｌ２…改質水供給系、Ｌ３…カソードエア供給系（酸化剤ガス供給系）、Ｌ４…改質系、Ｌ５…排気系、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とにより前記燃料を生成する改質部と、
電動モータで駆動されるように構成され前記改質用原料を供給する改質用原料供給装置を少なくとも含む改質用原料供給系と、
電動モータで駆動されるように構成され前記改質水を供給する改質水供給装置を少なくとも含む改質水供給系と、
電動モータで駆動されるように構成され前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置を少なくとも含む酸化剤ガス供給系と、
前記各供給装置の前記各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を前記各供給装置に対して行う制御装置と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記制御装置からの前記各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した前記制御指示値および前記流体の流量または前記電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段と、
予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、前記流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段と、
前記供給系異常判定手段による判定結果に基づいて前記燃料電池システムの状態を判断する状態判断手段と、
前記状態判断手段により判断された状態が異常状態を表す場合には、その旨を警告する警告手段と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記供給系異常判定手段は、
前記流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、前記流量または前記電動モータの回転数のうちの所定値に応じた前記制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、
予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から前記所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、前記対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記供給系異常判定手段は、前記第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、前記対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記供給系異常判定手段は、予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、前記流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも前記改質部を含む改質系をさらに備え、
前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記改質用原料供給系および前記改質水供給系に係る前記各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には前記改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には前記改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも前記燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより前記改質部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、
前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記供給系の全てについて前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には前記排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には前記排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７の何れか一項において、前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、前記警告手段による警告とともに、前記燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、
前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、前記警告手段による警告とともに、前記燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、
をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され前記燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とにより前記燃料を生成する改質部と、
電動モータで駆動されるように構成され前記改質用原料を供給する改質用原料供給装置を少なくとも含む改質用原料供給系と、
電動モータで駆動されるように構成され前記改質水を供給する改質水供給装置を少なくとも含む改質水供給系と、
電動モータで駆動されるように構成され前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置を少なくとも含む酸化剤ガス供給系と、
前記各供給装置の前記各流体の供給量がそれぞれ制御目標値となるような制御を前記各供給装置に対して行う制御装置と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記制御装置からの前記各供給装置に対する制御指示値と当該供給装置が供給する流体の流量または当該供給装置の電動モータの回転数との相関関係を示すマップまたは演算式を、実際の発電運転または起動運転中の所定期間内において取得した前記制御指示値および前記流体の流量または前記電動モータの回転数のデータに基づいてそれぞれ導出する流量−指示値特性導出手段と、
予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、前記流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その比較結果に基づいて当該供給装置を含む当該供給系が異常であるか否かをそれぞれ判定する供給系異常判定手段と、
前記供給系異常判定手段による判定結果に基づいて前記燃料電池システムの状態を判断する状態判断手段と、
前記状態判断手段により判断された状態が異常状態を表す場合には、その旨を警告する警告手段と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記供給系異常判定手段は、
前記流量−指示値特性導出手段によって導出された流量−指示値導出特性から、前記流量または前記電動モータの回転数のうちの所定値に応じた前記制御指示値を算出する対応制御指示値算出手段と、
予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性から前記所定値に応じて導出された第１の所定範囲内に、前記対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値があれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第１判定手段と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記供給系異常判定手段は、前記第１判定手段が当該供給系は正常である旨を判定した場合に、前記対応制御指示値算出手段により算出された対応制御指示値の変化量が第２の所定範囲内にあれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第２判定手段をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記供給系異常判定手段は、予め記憶されている前記流量−指示値特性の基準である流量−指示値基準特性と、前記流量−指示値特性導出手段により導出された流量−指示値導出特性と、を比較し、その相違が第３の所定範囲内であれば当該供給装置を含む当該供給系は正常である旨を判定し、そうでなければ当該供給装置を含む当該供給系は正常でない旨を判定する第３判定手段を備えている燃料電池システム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には当該供給系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも前記改質部を含む改質系をさらに備え、
前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記改質用原料供給系および前記改質水供給系に係る前記各所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には前記改質系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記各所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には前記改質系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２乃至請求項４の何れか一項において、少なくとも前記燃料電池のアノードオフガスを燃焼させてその燃焼ガスにより前記改質部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼ガスを排気する排気系と、をさらに備え、
前記状態判断手段は、前記供給系異常判定手段において前記供給系の全てについて前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には前記排気系が閉塞またはそのおそれがあると判断し、前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には前記排気系が漏れまたはそのおそれがあると判断する燃料電池システム。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７の何れか一項において、前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の上限を超えた異常であると判定された場合には、前記警告手段による警告とともに、前記燃料電池システムの発電運転または起動運転を継続する運転継続手段と、
前記供給系異常判定手段において前記供給系のいずれか一について前記所定範囲の下限を超えた異常であると判定された場合には、前記警告手段による警告とともに、前記燃料電池システムの停止運転を行う停止運転手段と、
をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、電動モータで駆動されるように構成され前記燃料電池の排熱を回収する貯湯水を循環させる貯湯水供給装置を少なくとも含む貯湯水系をさらに備えている燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３０３０３（Ｐ２０１３−３０３０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４１５１（Ｐ２０１１−１６４１５１）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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