(57)【要約】  本発明に係る燃料電池システムは、燃料処理器（４１）と、燃料電池スタック（６０）と、第１水タンク（１）と、燃焼器（４２）と、第１水タンク（１）に形成されている排水口（７６）に接続され、第１水タンク（１）内の水を排水するための排水経路（３１）と、排水口（７６）及び排水経路（３１）のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、第１水タンク（１）に水を供給する給水器（２）と、燃料電池スタック（６０）で発電が行われる前に、給水器（２）を作動させて第１水タンク（１）に水を供給する水張りステップを実行し、水張りステップにおいて水封検知器が排水口（７６）及び排水経路（３１）のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、第１水タンク（１）を介して燃焼器（４２）に可燃性ガスを供給して燃焼させる制御器（１０）と、を備える。
2012132181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、
少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、
前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、
前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、
前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、
前記第１水タンクに水を供給する給水器と、
前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させる制御器と、を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記給水器を予め定められた第１時間動作させた後に、前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方の水封を検知しなかった場合、前記給水器を停止させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水封検知器は、前記第１水タンク内の水位を検知する水位検知器、前記第１水タンクに供給される水の流量を検知する流量検知器、及び前記第１水タンク内の水圧を検知する水圧検知器のうちの少なくとも一つの検知器である、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水封検知器は、前記第１水タンクの水位を検知する水位検知器であり、
前記制御器は、前記水位検知器が予め定められた第１水位を検知した場合に、前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたと判断する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排水経路に設けられている第１弁をさらに備え、
前記制御器は、前記第１弁が閉止した状態で、該第１弁より上流側の排水経路が水封されたことを前記水封検知器が検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給し燃焼させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１水タンクは、前記燃料電池スタックから排出される燃料ガスであるオフ燃料ガス中の水分を少なくとも前記改質反応に用いられる水として貯めるように構成されており、
前記燃焼器は、水分が除去されたオフ燃料ガスを燃焼するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記水張りステップを完了させた後に、前記燃料電池スタックの発電を開始するように制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料処理器に原料ガスを供給する原料ガス供給器と、
前記燃料電池スタックから排出されるガスを前記燃焼器に供給するオフガス経路と、を備え、
前記第１水タンクは、前記オフガス経路の途中に設けられ、
前記制御器は、前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合、前記原料ガス供給器を動作させて、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に前記原料ガスを供給させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記給水器は、前記第１水タンクより上流に設けられている前記第２水タンクを介して前記第１水タンクに水を供給するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料処理器の外周に配置され、前記燃料処理器を加熱する電気ヒータをさらに備え、
前記燃焼器は、前記燃料処理器に設けられている改質触媒より内側に配置され、
前記制御器は、前記第１水タンクへの給水を開始する場合で、かつ、前記燃焼器で燃焼を行う前に、前記電気ヒータに電力を供給させる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料処理器と前記第１水タンクを接続する改質水供給経路を備え、
前記改質水供給経路の前記水タンクとの接続口は、前記排水口よりも上方に位置している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、
少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、
前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、
前記第１水タンクに水を供給する給水器と、
前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、をさらに備え、
前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させる、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する保全意識が高まっており、高効率なエネルギー（電力および熱の少なくとも一方）の供給が可能である燃料電池スタックを備えた燃料電池システムが環境保全に貢献する製品として注目されている。こうした燃料電池システムでは、水素を含む燃料ガスを作るために、燃料処理器が設けられている。【０００３】
燃料処理器では、原料ガス（例えば、天然ガス又はプロパンガス等）と水が供給され、燃料処理器に収納されている改質触媒で原料ガスと水とが改質反応して、水素を含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは燃料電池スタックのアノードに供給される。一方、酸素を含む酸化剤ガス（例えば、空気や酸素ボンベから供給される酸素）が燃料電池のカソードに供給される。そして、燃料電池スタックにおいて、水素と酸素とが電気化学的に反応して発電が行われ、電力と熱が発生する。【０００４】
ここで、燃料処理器の改質反応に用いられる水は、水タンクに蓄えられており、水タンクから燃料処理器へ水が供給される。また、水タンクの水は、燃料電池システムが設置された後に初めて発電を行う前に、外部から水道水（「市水」ともいう）が供給される。【０００５】
燃料電池システムの冷却水を貯留する冷却水貯留器を含む水貯留器（本願発明の「第１水タンク」に対応する）を、外部からの水で自動的に満たす水張りモード（本願発明の「水張りステップ」に対応する）を有する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池システムを設置した場合には、発電運転する前に、水張りモードを実施し、水貯留器とその配管の水張りが完了してから、起動及び発電を開始する手法がとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この水張りモードを含む試運転を実施するのは、燃料電池システムのメンテナンス及び設置をするために必要な知識を有する施工業者であるが、上記従来の構成では、水張りモードが完了した後に、燃料電池システムの起動工程及び発電工程といった試運転を行っていた。そのため、施工業者が水張りモードと試運転とを完了させるために時間が長くかかってしまい、その結果として、例えば、１日に設置可能な燃料電池システムの台数が制限されたり、試運転を含むサービス時間が長くなってしまいユーザーのコスト負担が増したりするなどの弊害があるという課題を有していた。【０００８】
また、燃料電池システムの設置後、又はメンテナンス後に、使用者が燃料電池システムを使用する場合に、水タンク内の水が不足すると、水タンクへの水の供給が行われる。この場合に、水タンクへの水の供給が完了してから、燃料電池システムの起動を開始すると、燃料電池システムの発電運転までに時間がかかるという課題があった。【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、改質反応に用いられる水を水タンクに供給する水張りステップを含む発電運転（又は試運転）を従来の構成より短い時間で効率よく実行することができる、燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来技術の課題を鑑みて、本願の発明者らが鋭意検討をした結果、本発明者らは、水張りステップにおいて、水タンク内の水位が、水タンクの排水口及び排水口と排水器との間の排水経路の少なくともいずれか一方が水封される水位である、第１水位に達した後であれば、水張りステップが完了していなくても、燃料処理器への可燃性ガスの供給を開始することができることを見出し、本発明に到達した。【００１１】
すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、前記第１水タンクに水を供給する給水器と、前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させる制御器と、を備える。【００１２】
これにより、燃料処理器に供給される可燃性ガスが水タンクの排水口から排水経路を介して外部に漏れ出ることなく、発電運転（又は試運転）を開始することができ、従来の燃料電池システムに比して、改質反応に用いられる水を第１水タンクに供給する水張りステップを含む発電運転（又は試運転）を短い時間で効率よく実行することができる。【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料処理器の外周に配置され、前記燃料処理器を加熱する電気ヒータをさらに備え、前記燃焼器は、前記燃料処理器に設けられている改質触媒より内側に配置され、前記制御器は、前記第１水タンクへの給水を開始する場合で、かつ、前記燃焼器で燃焼を行う前に、前記電気ヒータに電力を供給させてもよい。【００１４】
これにより、水張りを全て完了する前に、燃料処理器の昇温を迅速に行うことができ、水張りステップから試運転完了までの時間をより短縮することができる。【００１５】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料処理器と前記水タンクを接続する改質水供給経路を備え、前記改質水供給経路の前記水タンクとの接続口は、前記排水口よりも上方に位置していてもよい。【００１６】
さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、前記制御器は、前記水張りステップを完了させた後に、前記燃料電池スタックの発電を開始するように制御してもよい。【００１７】
これにより、水張りステップと発電運転（又は試運転）の起動工程及び発電工程とを同時に行った場合に、給水器の能力が低く水張りの時間が長くなった場合でも、発電動作を安全に実施することができる。【００１８】
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムは、前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、前記第１水タンクに水を供給する給水器と、前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、をさらに備え、前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させる。【００１９】
これにより、燃料処理器に供給される可燃性ガスが水タンクの排水口から排水経路を介して外部に漏れ出ることなく、発電運転（又は試運転）を開始することができ、従来の燃料電池システムに比して、改質反応に用いられる水を水タンクに供給する水張りステップを含む試運転を短い時間で効率よく実行することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、改質反応に用いられる水を水タンクに供給する水張りステップを含む発電運転（又は試運転）を従来の燃料電池システムに比して、短い時間で効率よく実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池システムの燃料処理器及び燃焼器の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る燃料電池システムの運転方法を示すフロー図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る燃料電池システムの運転の工程と燃料処理器の温度との関係を示すチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作（水張りステップ及び試運転）を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作（発電運転；起動及び発電工程）を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す燃料電池システムの燃料処理器及び燃焼器の概略構成を示す模式図である。図３は、実施の形態１に係る燃料電池システムの運転方法を示すフロー図である。図４は、実施の形態１に係る燃料電池システムの運転の工程と燃料処理器の温度との関係を示すチャートである。
【００２４】
まず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００の概略構成について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、天然ガスの配管やＬＰＧボンベにつながっている配管を介して原料ガス供給器４により供給される原料ガスと、水と、の改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器４１を有している。
【００２６】
燃料処理器４１は、燃焼器４２が可燃性ガスを燃焼させて発生する熱により加熱される。なお、電気ヒータ５０を燃料処理器４１に当接させて配置させ、制御器１０で電気ヒータ５０を制御することにより燃料処理器４１を加熱させてもよい。
【００２７】
燃料処理器４１が生成した水素を主成分として含む燃料ガスは、燃料電池スタック６０のアノードに供給される。また、燃料電池スタック６０には、空気供給器６１により燃料電池システム１００外の大気から燃料電池スタック６０のカソードに酸化剤ガスとして空気が供給される。
【００２８】
燃料電池スタック６０は、アノードとカソードとアノード及びカソードで挟まれている電解質を含むセルを複数有している。また、燃料電池スタック６０は、各セルの間に配置されているセパレータを複数有している。セパレータには、燃料ガスが通流する燃料ガス経路と、空気供給器６１によって供給される空気が通流する空気供給経路が形成されている。
【００２９】
そして、燃料電池スタック６０において、燃料ガスと空気中の酸素とが電気化学的に反応して、電力と熱が発生する。
【００３０】
燃料電池スタック６０において発生した電力は、インバータ６２により直流電力から交流電力に変換されるとともに、昇圧されて、系統を介し、テレビや洗濯機等の家庭内電力負荷に供給される。
【００３１】
また、燃料電池スタック６０において発生した熱は、冷却水タンク７１から冷却水循環経路７２を介して冷却水循環器７３の作動により供給される冷却水により冷却されて、燃料電池スタック６０は発電の反応に適した温度に維持される。燃料電池スタック６０の熱を吸収して高温になった冷却水は、貯湯タンク７４から貯湯循環経路７５を介して循環している貯湯水と熱交換器７７で熱交換する。そして、加熱された貯湯水がお湯として貯湯タンク７４に貯められ、使用者により貯湯タンク７４のお湯が風呂やキッチンで利用される。
【００３２】
さらに、燃料電池スタック６０の空気供給経路から排出されるオフ酸化剤ガスは、燃料電池システム１００のうちの様々な部品（燃料電池スタック６０、燃料処理器４１、第１水タンク１、インバータ６２等）を収納している筺体に形成されている第２排気口７０から筺体外に排気される。
【００３３】
また、燃料電池スタック６０の燃料ガス経路から排出されるオフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路６５を介して第１水タンク１に供給される。オフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路６５を通流する間、又は第１水タンク１において冷却されてオフ燃料ガス中の水蒸気が凝縮して第１水タンク１内に貯められる。そして、湿度が低下したオフ燃料ガスは、燃焼器４２に供給されて、燃焼器４２において燃焼する。燃焼器４２の燃焼により、燃料処理器４１が改質反応等をすることができる温度に加熱され、適宜な温度に維持される。
【００３４】
そして、燃焼器４２において燃焼した燃焼排ガスは、筺体に形成されている第１排気口６７から筺体外に排気される。
【００３５】
第１水タンク１に貯められた水は、改質水供給器５により燃料処理器４１に供給されて、天然ガス等の原料ガスの改質反応に用いられる。なお、第１水タンク１内の水は燃料処理器４１に供給される前に、イオン交換樹脂等で不純物が除去される。
【００３６】
また、燃料電池システム１００を設置後に初めて運転させる場合は、第１水タンク１内に水が貯められていないので、燃料電池システム１００を設置した施工業者が水張りステップを行い、給水器２を作動させて給水経路２１を介して水道配管などから第１水タンク１に水道水（「市水」ともいう）を供給する。水張りステップについては後で詳細に説明する。
【００３７】
さらに、第１水タンク１内の水が所定量を超えた場合に、第１水タンク１内から排水経路３１を介して下水道等に排水を行うために、排水経路３１に排水器３が配置されている。排水経路３１は、一端が第１水タンク１に形成されている排水口に接続され、他端が下水道につながる配管に接続されている。
【００３８】
次に、燃料電池システム１００の各構成部品について詳細に説明する。
【００３９】
原料ガス供給器４は、制御器１０により起動及び停止、出力の増減が制御されており、例えば、天然ガスを加圧して燃料処理器４１に天然ガスを供給している。つまり、原料ガスとは、天然ガス又はＬＰＧ等、少なくとも炭化水素を成分として含んでいる気体もしくは液体を意味する。
【００４０】
燃焼器４２は、燃料処理器４１内に収納されている構成や燃料処理器４１の外部に配置されている構成とすることができる。また、燃焼器４２には、少なくともオフ燃料ガスが供給されるが、別途原料ガスが直接供給されるような構成にすることもできる。ここで、図２を参照しながら、燃料処理器４１及び燃焼器４２の構成について、更に説明する。
【００４１】
図２に示すように、燃料処理器４１は、円筒状に形成されていて、第１筒８１、第２筒８２、及び第３筒８３が同心状に配設されている。第１筒８１の外周には、電気ヒータ５０が設けられている。
【００４２】
また、第２筒８２と第３筒８３で形成される筒状の空間の下部には、改質触媒８４が配置されている。第３筒８３の内方、すなわち、改質触媒８４より内側には、燃焼器４２が配置されている。燃焼器４２と第３筒８３の間の空間には、燃焼器４２で燃焼されて生成された燃焼排ガスが通流する燃焼排ガス流路が形成されている。
【００４３】
さらに、第１筒８１と第２筒８２で形成される筒状の空間の上部には、変成触媒８５及び酸化触媒８６が配置されている。なお、第２筒８２は、第１筒８１と第２筒８２で形成される筒状の空間の下部が、第２筒８２と第３筒８３で形成される空間と連通するように、燃料処理器４１の底面と接触しないように形成されている。
【００４４】
制御器１０は、燃料電池システム１００全体を制御しており、具体的には、少なくとも、給水器２、排水器３、原料ガス供給器４、改質水供給器５、電気ヒータ５０、空気供給器６１、インバータ６２、冷却水循環器７３の起動、停止、出力を制御している。また、制御器１０は、一つの制御装置から構成されていても、複数の制御装置から構成されていてもよい。
【００４５】
排水器（第１弁）３は、第１水タンク１の水、つまり液体が排水経路３１を流れないように排水経路３１を閉止することができれば、どのような態様のものであってもよい。排水器３としては、例えば、排水ポンプに限らず、弁など、排水経路３１を開放及び閉止するだけのものでよい。
【００４６】
なお、排水器３を排水経路３１に設けずに、排水経路３１に水封構造を設けてもよい。すなわち、排水経路３１を、その上流端をその下流端よりも、鉛直方向下側に位置するように形成し、排水経路３１の鉛直方向における最下点と下流端との高低差が、第１水タンク１にかかる最高圧力以上の水頭差となるように形成してもよい。これにより、排水器３を設けていなくても、排水経路３１を水封することができる。
【００４７】
第１水タンク１には、排水口７６及び排水経路３１の少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器が設けられている。水封検知器としては、例えば、第１水タンク１内の水位を検知する水位検知器、第１水タンク１に供給される水の流量を検知する流量検知器、及び第１水タンク１内の水圧を検知する水圧検知器が挙げられる。本実施の形態１においては、水位検知器１１を水封検知器として用いている。
【００４８】
次に、燃料電池システムの運転方法について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００４９】
燃料電池システム１００は、施工業者などにより家庭などの需要家に設置される。そして、設置された後に、燃料電池システム１００が正常に運転するか確かめるために、施工業者により試運転が行われる。
【００５０】
試運転や実際の発電では、燃料電池スタック６０で発電を行うために必要な準備を行う起動工程、起動工程後に行われ燃料電池スタック６０で実際に発電を行う発電工程、発電工程後に行われる停止処理工程、停止処理工程から起動工程までの待機工程がある。本発明の燃料電池システム１００は、起動工程、特に試運転時の起動工程に特徴があり、発電工程、停止処理工程、及び待機工程については従来と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
試運転時の起動工程について詳述する。
【００５２】
施工業者が試運転モードを実行するように燃料電池システム１００のリモコンや制御器１０を操作すると、まず制御器１０が給水器２を作動させて、第１水タンク１内に水道水の供給を開始し、水張りステップを開始する（ステップＳ１００）。このとき、制御器１０は、電気ヒータ５０への電力供給も始めて、電気ヒータ５０による燃料処理器４１の加熱も開始する（ステップＳ１０１）。なお、制御器１０は、排水器３が閉止状態にない場合には、給水器２を作動させる前に排水器３を閉止させる。
【００５３】
そして、水位検知器１１が、排水口７６、および、排水口７６と排水器３との間の排水経路３１の少なくともいずれか一方が水封される第１水位が検知すると、制御器１０に第１水位を検知したという信号を送信する（ステップＳ１０２でＹｅｓ）。この信号を受信した制御器１０は、原料ガス供給器４の動作を開始して、原料ガスを燃料処理器４１に供給し始める。このとき、燃料処理器４１はまだ十分に加熱されていないので、燃料処理器４１では原料ガスは十分に改質されず、一酸化炭素も十分に除去されていない。そのため、十分に改質されていない原料ガスは、図１では図示されていないバイパス経路を通り、燃料電池スタック６０を介せずに直接第１水タンク１を介し、燃焼器４２に供給される。また、燃焼器４２には、図示されていない空気供給器から燃焼のための空気が供給される。そして、制御器１０は、燃焼器４２においてイグナイター等で原料ガスに着火し燃焼させる（ステップＳ１０３）。
【００５４】
次に、制御器１０は、燃料処理器４１が改質反応及び一酸化炭素を除去するための反応（例えば、水性シフト反応、選択酸化反応）を十分に行える第１温度に達し、かつ、水張りステップが完了したことを検知する（ステップＳ１０４でＹｅｓ）と、起動工程を終了させ、発電工程に移行させる（ステップＳ１０５）。発電工程では、燃料処理器４１で改質および一酸化炭素の除去が行われた燃料ガスが燃料電池スタック６０の燃料ガス経路に供給されることで、発電工程が開始する。
【００５５】
次に、制御器１０は、発電工程が完了すると（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、停止処理工程を開始する（ステップＳ１０７）。そして、制御器１０は、燃料処理器４１の温度が所定の温度に下がると、停止処理工程が完了し（ステップＳ１０８）、試運転モードが終了する。
【００５６】
このように、本実施の形態の燃料電池システム１００では、水張りステップにおいて水位検知器が第１水位を検知すると、水張りステップが完了していなくても、原料ガスの供給を開始して燃焼器４２で燃料処理器４１を加熱するための燃焼を開始する。そのため、従来と比べて試運転が完了するまでの時間を短くすることができる。さらに、第１水位は、排水口７６及び排水口７６と排水器３との間の排水経路３１の少なくともいずれか一方が水封される水位である。そのため、第１水タンク１に供給された原料ガスは排水経路３１及び排水器３を介して下水道等の燃料電池システム１００外に漏れることも無いので、安全性を確保することができる。特に、排水器３は、水（液体）の流れを閉止するためのものであり、一般的に気体の流れを完全に閉止することが困難である。しかし、本実施の形態１の燃料電池システム１００では、排水器３のこのような特性も加味した上で試運転を効率的に実行しているので、安全性及び効率性を両立させた試運転を実行することができる。
【００５７】
なお、第１水タンク１は、本実施の形態１では一つである構成を説明したが、複数に分割されていても良い。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、少なくとも燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して燃料処理器を加熱する燃焼器と、第１水タンクに形成されている排水口に接続され、第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、排水口及び排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、第１水タンクに水を供給する給水器と、燃料電池スタックで発電が行われる前に、給水器を作動させて第１水タンクに水を供給する水張りステップを実行し、水張りステップにおいて水封検知器が排水口及び排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、第１水タンクを介して燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させる制御器と、を備える態様を例示するものである。
【００５８】
［燃料電池システムの構成］
図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、燃料処理器４１、燃料電池スタック６０、燃焼器４２、第１水タンク１、給水器２、水位検知器１１、排水経路３１、排水器３、及び制御器１０を備えており、これらの各機器は、筐体５１内に配置されている。そして、制御器１０は、燃料電池スタック６０で発電が行われる前に、給水器２を作動させて第１水タンク１に水を供給する水張りステップを実行し、水張りステップにおいて水位検知器１１が排水口７６及び排水経路３１のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、第１水タンク１を介して燃焼器４２に可燃性ガスを供給して燃焼させるように構成されている。
【００６０】
原料ガス供給器４は、原料ガス供給経路４３を介して燃料処理器４１と接続されている。また、原料ガス供給経路４３は、天然ガスのガスインフラライン（図示せず）に接続されている。原料ガス供給器４は、ブースターポンプを有しており、ブースターポンプに入力する電流パルス、入力電力等を制御することにより、原料の流量を調節できる。これにより、原料ガスが、原料ガス供給器４が作動することにより、原料ガス供給経路４３を介して燃料処理器４１に供給される。
【００６１】
なお、原料ガス供給器４として、上記ブースターポンプだけでなく、ブースターポンプの下流に、ニードル弁を備え、原料の供給量を微小に制御する形態を採用しても構わない。また、ガスインフララインの供給ガス圧力が高い場合、ガス圧を昇圧するための原料ガス供給器４のブースターポンプを設けず、ニードル弁（流量調整弁）のみで構成する形態を採用しても構わない。
【００６２】
また、燃料処理器４１には、改質水供給経路４４を介して第１水タンク１が接続されている。改質水供給経路４４の途中には、改質水供給器５が設けられている。なお、改質水供給経路４４の上流端は、後述する第１水タンク１の排水口７６よりも上方（鉛直方向において）の位置に接続されている。また、改質水供給経路４４の途中には、改質水供給経路４４を通流する水を浄化するためのイオン交換樹脂を有する浄化器が設けられている（図示せず）。
【００６３】
改質水供給器５は、水の流量を調整して供給することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、水の流量を調整する流量調整器であってもよい。流量調整器としては、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。これにより、第１水タンク１内の水が、改質水供給器５が作動することにより、改質水供給経路４４を介して、改質反応に用いられる水として、燃料処理器４１に供給される。
【００６４】
燃料処理器４１は、改質器を有していて、改質器は、原料ガスと水（水蒸気）とを改質反応させて水素含有ガスを生成する改質触媒を有している（いずれも図示せず）。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
【００６５】
そして、改質器では、供給された原料ガスと水（水蒸気）との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路４５を通流して、燃料電池スタック６０の燃料ガス経路６０Ａに供給される。
【００６６】
なお、本実施の形態２においては、改質器で生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池スタック６０に送出される構成としたが、これに限定されない。燃料処理器４１が、改質器より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を有していて、これらの機器を通過した後の水素含有ガスが燃料ガス経路６０Ａに送出される構成であってもよい。
【００６７】
また、燃料処理器４１には、燃焼器４２が設けられている。燃焼器４２は、バーナ若しくは燃焼触媒等で構成されている。燃焼器４２には、燃料電池スタック６０からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス経路６５を通流して、燃焼用燃料として供給される。また、燃焼器４２には、空気供給経路（図示せず）を介して、燃焼ファン（図示せず）が接続されている。燃焼ファンは、燃焼器４２に燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【００６８】
燃焼器４２では、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して、燃焼排ガスが生成され、熱が発生する。燃焼器４２で生成された燃焼排ガスは、改質器等を加熱した後、燃料電池システム１００（筐体５１）外に排出される。
【００６９】
燃料電池スタック６０の酸化剤ガス経路（空気供給経路）６０Ｂには、空気供給流路４６を介して、空気供給器６１が接続されている。空気供給器６１は、酸化剤ガス経路６０Ｂに酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【００７０】
燃料電池スタック６０は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池スタック６０では、燃料ガス経路６０Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス経路６０Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス経路６０Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス経路６０Ｂを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
【００７１】
なお、燃料電池スタック６０は、高分子電解質形燃料電池又は固体酸化物形燃料電池等の公知の燃料電池を用いることができ、燃料電池スタック６０の構成は、一般的な燃料電池スタックと同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
また、燃料電池スタック６０内で使用されなかったオフ酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス排出経路４７を介して、燃料電池システム１００（筐体５１）外に排出される。また、燃料電池スタック６０内で使用されなかったオフ燃料ガスは、上述したように、オフ燃料ガス経路６５を介して、燃焼器４２に供給される。
【００７３】
オフ燃料ガス経路６５の途中には、第１水タンク１が配設されている。第１水タンク１には、オフ燃料ガス中に含まれる水蒸気がオフ燃料ガス経路６５を通流する間に凝縮した水が、貯えられる。
【００７４】
第１水タンク１には、給水経路２１の下流端が接続されていて、給水経路２１の上流端は、水道に接続されている。給水経路２１の途中には、給水器２が設けられている。給水器２は、第１水タンク１に水を送出することができればどのような態様であってもよい。給水器２としては、例えば、ポンプを使用してもよく、ポンプと給水経路２１内の水の通流を許可／遮断する開閉弁を用いてもよい。また、給水器２としては、内部に水を貯えているカードリッジタンクを用いてもよい。
【００７５】
なお、本実施の形態２においては、給水器２は、給水経路２１に設ける形態を採用したが、これに限定されず、他の経路（例えば、冷却水タンク７１と第１水タンク１を接続する経路等）及び／又は冷却水タンク７１等の他のタンクに設けて、当該経路等から第１水タンク１に水を送出する形態を採用してもよい。
【００７６】
また、第１水タンク１には、第１水タンク１内の水を排出するための排水口７６が設けられている。排水口７６には、排水経路３１が接続されていて、その途中には、排水器３が設けられている。排水器３は、排水経路３１内の水の通流を許可／阻止することができれば、どのような態様であってもよい。排水器３としては、例えば、ポンプで構成されていてもよく、開閉弁で構成されていてもよく、また、ポンプと開閉弁で構成されていてもよい。そして、排水器３が作動することにより、第１水タンク１内の水が、燃料電池システム１００（筐体５１）外に排出される。
【００７７】
さらに、第１水タンク１には、水位検知器１１が設けられている。水位検知器１１は、第１水タンク１内の水の水位を検知することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。水位検知器１１は、検知した水位を制御器１０に出力する、
制御器１０は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器１０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。
【００７８】
なお、制御器１０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【００７９】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作について、図５乃至図７を参照しながら説明する。
【００８０】
上述したように、施工業者等により燃料電池システム１００が設置された場合、又は燃料電池システム１００のメンテナンスを実行した場合等においては、施工業者等により、第１水タンク１等に水を供給する水張りステップ及び試運転が行われる。また、燃料電池システム１００が長期間使用されない場合には、第１水タンク１等に貯えられている水は、燃料電池システム１００外に排出されるため、燃料電池システム１００を再度使用する際には、水張りステップ及び試運転が行われる。
【００８１】
なお、ここでは、第１水タンク１等に水を供給することを水張りステップといい、燃料電池システム１００で発電運転を行うことを試運転と定義し、これらを併せて試運転モードと定義しているが、水張りステップと発電運転を併せて、試運転と解してもよい。以下、試運転モードについて、具体的に説明する。
【００８２】
図６は、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作（水張りステップ及び試運転）を示すフローチャートである。
【００８３】
図６に示すように、例えば、施工業者等により、燃料電池システム１００が設置され、施工業者が、試運転モード開始するように、図示されないリモコンを操作したとする。すると、制御器１０は、試運転モード開始指令を取得する（ステップＳ２０１）。ついで、制御器１０は、給水器２を作動させて、水張りステップを開始する（ステップＳ２０２）。
【００８４】
次に、制御器１０は、水位検知器１１から水位検知器１１が検知した第１水タンク１内の水位ＷＬ１を取得し（ステップＳ２０３）、取得した水位ＷＬ１が、予め設定された第１水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ここで、第１水位は、第１水タンク１の排水口７６及び排水口７６と排水器３との間の排水経路３１の少なくともいずれか一方が水封される水位である。より詳しくは、第１水位は、第１水タンク１の排水口７６及び排水器３が閉じた状態での排水経路３１における、排水口７６と排水器３との間の経路の少なくともいずれか一方が水封される水位である。
【００８５】
制御器１０は、ステップＳ２０３で取得した水位ＷＬ１が、第１水位より低い場合（ステップＳ２０４でＮｏ）には、ステップＳ２０３に戻り、水位ＷＬ１が第１水位以上になるまで、ステップＳ２０３及びステップＳ２０４を繰り返す。一方。制御器１０は、ステップＳ２０３で取得した水位ＷＬ１が、第１水位以上になる（ステップＳ２０４でＹｅｓ）と、ステップＳ２０５に進む。
【００８６】
なお、制御器１０は、給水器２を作動させてから、予め設定された第１時間を経過しても、水位検知器１１が第１水位を検知しない場合には、給水器２を停止させ、本プログラムを終了させてもよい。給水器２を第１時間作動させても、水位検知器１１が第１水位を検知しない場合には、第１水タンク１又は給水経路２１等が破損していると考えられるからである。ここで、第１時間は、予め実験等で求められるものである。第１時間としては、例えば、第１水タンク１内に水が貯えられていない状態から、給水器２を作動させて、第１水タンク１内の水位が第１水位以上になるまでの時間としてもよい。
【００８７】
ステップＳ２０５では、制御器１０は、燃焼器４２を作動させる。具体的には、制御器１０は、原料ガス供給器４を作動させて、原料ガス供給経路４３、燃料ガス供給流路４５、バイパス経路（図５では図示せず）、及びオフ燃料ガス経路６５を経由して、原料ガスを燃焼用燃料として、燃焼器４２に供給させる。また、制御器１０は、空気供給器（図５では図示せず）を作動させて、燃焼用空気を燃焼器４２に供給させる。そして、燃焼器４２では、イグナイター等の着火器が作動して、燃焼用燃料と燃焼用空気が燃焼して、高温の燃焼排ガスが生成される。高温の燃焼排ガスは、燃料処理器４１内の改質器等を加熱して、燃料電池システム１００（筐体５１）外に排出される。
【００８８】
なお、バイパス経路は、燃料ガス供給流路４５とオフ燃料ガス経路６５とを接続する経路であり、本実施の形態２においては、燃料ガス供給流路４５と、オフ燃料ガス経路６５の第１水タンク１が設けられている部分よりも上流側の経路と、を接続している。
【００８９】
また、本実施の形態２においては、原料ガス供給器４が作動して、燃焼器４２に燃焼用燃料を供給する形態にしたが、これに限定されず、燃焼器４２に直接、燃焼用燃料を供給するための燃料供給器及び燃焼経路を設ける形態にしてもよい。
【００９０】
次に、制御器１０は、燃料処理器４１に設けられている温度検知器（図５では図示せず）から、燃料処理器４１の温度（例えば、改質器の温度）ｔを取得し、かつ、水位検知器１１から再び第１水タンク１内の水位（水位ＷＬ２）を取得する（ステップＳ２０６）。制御器１０は、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ２が第２水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０７）。
【００９１】
ここで、第１温度は、検知する温度（例えば、改質器の温度、又は変成器の温度等）と、使用する燃料電池の種類（例えば、高分子電解質形燃料電池、又は固体酸化物形燃料電池等）と、により適宜設定することができる。例えば、第１温度は、改質器の温度を検知し、使用する燃料電池が高分子電解質形燃料電池の場合、６５０〜７００℃と設定してもよい。
【００９２】
また、第２水位は、第１水タンク１等への水張りが終了したときの第１水タンク１内の水位であり、予め任意に設定される。例えば、第２水位は、第１水タンク１の満水時の水位であってもよい。
【００９３】
制御器１０は、ステップＳ２０６で取得した温度ｔが第１温度より低い、又は、ステップＳ２０６で取得した水位ＷＬ２が第２水位より低い場合（ステップＳ２０７でＮｏ）には、ステップＳ２０６に戻り、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ２が第２水位以上になるまで、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７を繰り返す。一方、制御器１０は、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ２が第２水位以上になる（ステップＳ２０７でＹｅｓ）と、ステップＳ２０８に進む。なお、温度ｔが第１温度以上になる前に、水位ＷＬ２が第２水位以上になった場合には、制御器１０は、給水器２を停止させることは言うまでもない。
【００９４】
ステップＳ２０８では、制御器１０は、燃料電池システム１００の発電を開始させる。具体的には、制御器１０は、インバータ６２（図５では図示せず）から、家庭の電力負荷等に電力を供給させる。ついで、制御器１０は、燃料電池システム１００の発電を確認する（ステップＳ２０９でＹｅｓ）と、燃料電池システム１００の停止処理を開始する（ステップＳ２１０）。
【００９５】
なお、燃料電池システム１００の発電の確認は、例えば、インバータ６２から家庭の電力負荷等への電力の供給開始、又はインバータ６２と系統電源とを接続する配線に設けられた電流計による電流の検知等によって、実行することができる。また、燃料電池システム１００の停止処理は、一般的な燃料電池システムの停止処理と同様に行われる（原料ガス供給器４、改質水供給器５の停止等）ので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
そして、制御器１０は、燃料電池システム１００の停止を確認する（ステップＳ２１１）と、本プログラム（燃料電池システム１００の試運転モード）を終了する。
【００９７】
次に、燃料電池システム１００の設置後、又はメンテナンス後に行われる燃料電池システム１００の発電運転について、図７を参照しながら説明する。
【００９８】
図７は、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００の動作（発電運転；起動及び発電工程）を示すフローチャートである。
【００９９】
図７に示すように、制御器１０が、燃料電池システム１００の発電運転開始指令を取得したとする（ステップＳ３０１）。すると、制御器１０は、水位検知器１１から水位検知器１１が検知した第１水タンク１内の水位ＷＬ１を取得し（ステップＳ３０２）、取得した水位ＷＬ１が、予め設定された第２水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。なお、燃料電池システム１００の発電運転開始指令は、予め設定された燃料電池システム１００の起動時刻になった場合、又は使用者が図示されないリモコンを操作して、燃料電池システム１００の発電運転開始を指示した場合に出力される。
【０１００】
制御器１０は、ステップＳ３０２で取得した水位ＷＬ１が、第２水位以上である場合（ステップＳ３０３でＹｅｓ）には、後述するステップＳ３０８に進む。この場合、第１水タンク１内に水が充分あるので、通常の起動工程を実行できるからである。一方、制御器１０は、ステップＳ３０２で取得した水位ＷＬ１が、第２水位より低い場合（ステップＳ３０３でＮｏ）には、ステップＳ３０４に進む。
【０１０１】
ステップＳ３０４では、制御器１０は、給水器２を作動させて、第１水タンク１に水を供給する。ついで、制御器１０は、再び水位検知器１１から水位検知器１１が検知した第１水タンク１内の水位ＷＬ２を取得し（ステップＳ３０５）、取得した水位ＷＬ２が、予め設定された第１水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０６）。
【０１０２】
制御器１０は、ステップＳ３０５で取得した水位ＷＬ２が、第１水位より低い場合（ステップＳ３０６でＮｏ）には、ステップＳ３０５に戻り、水位ＷＬ１が第１水位以上になるまで、ステップＳ３０５及びステップＳ３０６を繰り返す。一方、制御器１０は、ステップＳ３０５で取得した水位ＷＬ２が、第１水位以上になる（ステップＳ３０６でＹｅｓ）と、ステップＳ３０７に進む。
【０１０３】
なお、制御器１０は、給水器２を作動させてから、予め設定された第１時間を経過しても、水位検知器１１が第１水位を検知しない場合には、給水器２を停止させ、本プログラムを終了させてもよい。給水器２を第１時間作動させても、水位検知器１１が第１水位を検知しない場合には、第１水タンク１又は給水経路２１等が破損していると考えられるからである。ここで、第１時間は、予め実験等で求められるものである。第１時間としては、例えば、第１水タンク１内に水が貯えられていない状態から、給水器２を作動させて、第１水タンク１内の水位が第１水位以上になるまでの時間としてもよい。
【０１０４】
ステップＳ３０７では、制御器１０は、燃焼器４２を作動させる。次に、制御器１０は、燃料処理器４１に設けられている温度検知器（図５では図示せず）から、燃料処理器４１の温度（例えば、改質器の温度）ｔを取得し、かつ、水位検知器１１から再び第１水タンク１内の水位（水位ＷＬ３）を取得する（ステップＳ３０８）。制御器１０は、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ３が第２水位以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０９）。
【０１０５】
制御器１０は、ステップＳ３０８で取得した温度ｔが第１温度より低い、又は、ステップＳ３０８で取得した水位ＷＬ２が第２水位より低い場合（ステップＳ３０９でＮｏ）には、ステップＳ３０８に戻り、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ３が第２水位以上になるまで、ステップＳ３０８及びステップＳ３０９を繰り返す。一方、制御器１０は、温度ｔが第１温度以上、かつ、水位ＷＬ３が第２水位以上になる（ステップＳ３０９でＹｅｓ）と、ステップＳ３１０に進む。なお、温度ｔが第１温度以上になる前に、水位ＷＬ２が第２水位以上になった場合には、制御器１０は、給水器２を停止させることは言うまでもない。
【０１０６】
ステップＳ３１０では、制御器１０は、燃料電池システム１００の発電を開始させ、本プログラムを終了する。
【０１０７】
このように構成されている本実施の形態２に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、発電運転を実行する場合において、第１水タンク１内の水が充分でない場合に、第１水タンク１への水の供給を行うが、水位検知器１１が第１水位を検知すると、第１水タンク１への水の供給が完了していなくても、原料ガスの供給を開始して燃焼器４２で燃料処理器４１を加熱するための燃焼を開始する。このため、従来と比べて起動工程から発電工程までに要する時間（燃料電池システム１００の起動から発電運転を実行するまでの時間）を短くすることができる。
【０１０８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、給水器が、第１水タンクより上流に設けられている第２水タンクを介して第１水タンクに水を供給するように構成されている態様を例示するものである。
【０１０９】
［燃料電池システムの構成］
図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１１０】
図８に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態２に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第２水タンク１２が設けられている点が異なる。具体的には、第２水タンク１２は、給水経路２１の給水器２よりも下流側に設けられている。また、第２水タンク１２は、燃料電池スタック６０から排出されるオフ酸化剤ガス中に含まれる水分（水）を貯えるように構成されている。
【０１１１】
これにより、給水器２から、第２水タンク１２を介して、第１水タンク１に水が供給される。なお、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００では、給水器２から第２水タンク１２を介して、第１水タンク１に水を供給する形態を採用したが、これに限定されない。給水器２から、第２水タンク１２及び冷却水タンク７１（図１参照）を介して、第１水タンク１に水が供給される形態を採用してもよい。
【０１１２】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
【０１１３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、水張りステップと発電運転（試運転）とをより短い時間で効率的に行うことができるため、固体高分子形燃料電池や固体酸化物形燃料電池を含む、家庭用燃料電池システムや業務用燃料電池システム等として、有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  第１水タンク
２  給水器
３  排水器
４  原料ガス供給器
５  改質水供給器
６  インバータ
１０  制御器
１１  水位検知器
１２  第２水タンク
２１  給水経路
３１  排水経路
４１  燃料処理器
４２  燃焼器
４３  原料ガス供給経路
４４  改質水供給経路
４５  燃料ガス供給流路
４６  空気供給流路
４７  オフ酸化剤ガス排出経路
５０  電気ヒータ
５１  筐体
６０  燃料電池スタック
６０Ａ  燃料ガス経路
６０Ｂ  酸化剤ガス経路
６１  空気供給器
６２  インバータ
６５  オフ燃料ガス経路
６７  第１排気口
７０  第２排気口
７１  冷却水タンク
７２  冷却水循環経路
７３  冷却水循環器
７４  貯湯タンク
７５  貯湯循環経路
７６  排水口
７７  熱交換器
８１  第１筒
８２  第２筒
８３  第３筒
８４  改質触媒
８５  変成触媒
８６  酸化触媒
１００  燃料電池システム
【図１】
2012132181.tif 000003
【図２】
2012132181.tif 000004
【図３】
2012132181.tif 000005
【図４】
2012132181.tif 000006
【図５】
2012132181.tif 000007
【図６】
2012132181.tif 000008
【図７】
2012132181.tif 000009
【図８】
2012132181.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月20日(2013.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、
少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、
前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、
前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、
前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、
前記第１水タンクに水を供給する給水器と、
前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させ、かつ、前記第１水タンクへの前記水の供給を継続する制御器と、を備える、燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
前記燃料処理器と前記第１水タンクを接続する改質水供給経路を備え、
前記改質水供給経路の前記第１水タンクとの接続口は、前記排水口よりも上方に位置している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
原料ガスと水との改質反応により燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記燃料処理器が生成した燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、
少なくとも前記燃料処理器における改質反応に用いられる水を貯める第１水タンクと、
前記第１水タンクを経由して供給される可燃性ガスを燃焼して前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記第１水タンクに形成されている排水口に接続され、前記第１水タンク内の水を排水するための排水経路と、
前記第１水タンクに水を供給する給水器と、
前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知するように構成されている水封検知器と、をさらに備え、
前記燃料電池スタックで発電が行われる前に、前記給水器を作動させて前記第１水タンクに前記水を供給する水張りステップを実行し、前記水張りステップにおいて前記水封検知器が前記排水口及び前記排水経路のうちの少なくとも一方が水封されたことを検知した場合に、前記第１水タンクを介して前記燃焼器に可燃性ガスを供給して燃焼させ、かつ、前記第１水タンクへの前記水の供給を継続する、燃料電池システムの運転方法。
【国際調査報告】
2012132181.tif 000011
2012132181.tif 000012
2012132181.tif 000013
2012132181.tif 000014