(57)【要約】【課題】改質系の高温異常を適切に監視してコーキングの発生を防止する。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原料ガスを燃料ガスに改質して燃料電池に供給する改質器と、原料ガスを改質器に供給する原料ガス供給装置と、改質水を気化した水蒸気を改質器に供給する気化器と、改質水を気化器に供給する改質水供給装置と、燃料電池に要求される出力に応じて目標ガス流量を設定して原料ガス供給装置を制御すると共に目標改質水量を設定して改質水供給装置を制御する制御装置と、気化器と改質器とを含む改質系の温度を検出する温度検出器と、を備え、制御装置は、燃料電池の発電出力が安定した状態で、温度検出器により検出される温度が所定の閾値を超える高温異常の有無を監視する監視処理を実行し、所定の閾値は、燃料電池の発電出力が小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように設定される。【選択図】図３
2020027714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、
水蒸気を用いて原料ガスを燃料ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質器と、
原料ガスを前記改質器に供給する原料ガス供給装置と、
改質水を気化した水蒸気を前記改質器に供給する気化器と、
改質水を前記気化器に供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池に要求される出力に応じて該燃料電池が発電するように目標ガス流量を設定して前記原料ガス供給装置を制御すると共に前記目標ガス流量に応じた目標改質水量を設定して前記改質水供給装置を制御する制御装置と、
前記気化器と前記改質器とを含む改質系の温度を検出する温度検出器と、
を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電出力が安定した状態で、前記温度検出器により検出される前記改質系の温度が所定の閾値を超える高温異常の有無を監視する監視処理を実行し、
前記所定の閾値は、前記燃料電池の発電出力が小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように設定される
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電出力の変動が所定幅内となる状態が所定時間以上継続している場合に、前記燃料電池の発電出力が安定した状態であるとする
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、原料ガスと水蒸気との比であるスチームカーボン比と前記目標ガス流量とに基づいて前記目標改質水量を設定し、
前記スチームカーボン比は、前記温度検出器により検出される前記改質系の温度が高い場合には低い場合に比して大きな比となるように変更される
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記監視処理の実行により前記改質系の高温異常を検出した場合に、システムを停止させる
燃料電池システム。
【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】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、供給された改質水を気化する気化器（蒸発器）と、気化器により気化された水蒸気を用いて原料ガスを改質して燃料ガス（改質ガス）を生成する改質器と、燃料電池で利用されなかったオフガスを燃焼して気化器と改質器とを含む改質系を加熱する燃焼部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムの制御部は、改質器に供給される水蒸気量と原料ガスの炭素量との比であるスチームカーボン比に基づいて改質水の供給量を制御している。改質触媒は、高温に晒されるとコーキングが生じ易いから、改質系の温度が高いほどスチームカーボン比の目標値を大きな値（比）に変更することで、改質水の供給量を多くして改質触媒の温度上昇を抑えてコーキングを防止するものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８７１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、高温状態ではコーキングが生じ易いから、改質系の温度を検出してコーキングのおそれがある高温異常の有無を判定することも考えられる。しかしながら、改質系の温度は、燃料電池の出力に応じた改質水の供給量やオフガス量などによって変化し、その温度変化は燃料電池の出力変化に対して遅れが生じるものとなる。このため、改質系の温度を単に一律の閾値と比較することで異常を判定する手法では、高温異常を誤判定する場合がある。
【０００５】
本発明は、改質系の高温異常を適切に監視してコーキングの発生を防止することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、水蒸気を用いて原料ガスを燃料ガスに改質して前記燃料電池に供給する改質器と、原料ガスを前記改質器に供給する原料ガス供給装置と、改質水を気化した水蒸気を前記改質器に供給する気化器と、改質水を前記気化器に供給する改質水供給装置と、前記燃料電池に要求される出力に応じて該燃料電池が発電するように目標ガス流量を設定して前記原料ガス供給装置を制御すると共に前記目標ガス流量に応じた目標改質水量を設定して前記改質水供給装置を制御する制御装置と、前記気化器と前記改質器とを含む改質系の温度を検出する温度検出器と、を備え、前記制御装置は、前記燃料電池の発電出力が安定した状態で、前記温度検出器により検出される前記改質系の温度が所定の閾値を超える高温異常の有無を監視する監視処理を実行し、前記所定の閾値は、前記燃料電池の発電出力が小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように設定されることを要旨とする。
【０００８】
本発明の燃料電池システムでは、燃料電池の発電出力が安定した状態で、温度検出器により検出される改質系の温度が所定の閾値を超える高温異常の有無を監視する監視処理を実行する。また、高温異常の判定に用いる所定の閾値は、燃料電池の発電出力が小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように設定される。このため、燃料電池の発電出力の大きさに拘わらず、発電出力の大きさに応じて設定される所定の閾値を用いて高温異常の有無を監視することができるから、コーキングが生じ易い高温異常の状態を検出して適切な対処が可能となる。また、燃料電池の発電出力が安定した状態で監視処理を実行するから、発電出力の変動に対する改質系の温度変化の遅れの影響を排除して、高温異常の誤判定を防止することができる。したがって、改質系の高温異常を適切に監視してコーキングの発生を防止することができる。
【０００９】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池の発電出力の変動が所定幅内となる状態が所定時間以上継続している場合に、前記燃料電池の発電出力が安定した状態であるとするものとしてもよい。こうすれば、発電出力が安定した状態を簡易な処理で判定して、監視処理を適切に実行することができる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、原料ガスと水蒸気との比であるスチームカーボン比と前記目標ガス流量とに基づいて前記目標改質水量を設定し、前記スチームカーボン比は、前記温度検出器により検出される前記改質系の温度が高い場合には低い場合に比して大きな比となるように変更されるものとしてもよい。このようなスチームカーボン比の変更により、改質系の温度が高い場合にさらなる温度上昇を抑制するから、監視処理の実行と相まってコーキングの発生をより適切に防止することができる。
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記監視処理の実行により前記改質系の高温異常を検出した場合に、システムを停止させるものとしてもよい。こうすれば、改質系の高温異常を検出した場合に、コーキングの発生をより確実に防止して改質系の故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】改質器温度ＴとＳ／Ｃの関係の一例を示す説明図である。
【図３】閾値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】異常監視処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】閾値Ｔｒｅｆ設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
図１は本実施形態の燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、図１に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス（エア）との供給を受けて発電する燃料電池スタック３６を有する発電ユニット２０と、発電ユニット２０の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク１０１を有する給湯ユニット１００と、システム全体を制御する制御装置８０と、を備える。
【００１５】
発電ユニット２０は、気化器３２，改質器３３および燃料電池スタック３６を含む燃料電池モジュール３０と、気化器３２に原料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）を供給する原料ガス供給装置４０と、燃料電池スタック３６にエアを供給するエア供給装置５０と、改質水を気化器３２に供給する改質水供給装置５５と、燃料電池モジュール３０で発生した排熱を回収する排熱回収装置６０と、を備える。これらは、筐体２２に収容されている。なお、筐体２２には、吸気口２２ａと排気口２２ｂとが設けられ、吸気口２２ａ付近には外気を取り込んで筐体２２の内部を換気するための換気ファン２４が設けられている。
【００１６】
気化器３２は、改質供給装置５５からの改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原料ガス供給装置４０からの原料ガスを予熱する。改質器３３は、セラミックなどの担体に改質触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が担持されて構成され、気化器３２から供給された原料ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質反応によって燃料ガス（改質ガス）に改質する。改質器３３の入口付近には、改質器３３の入口の温度（改質器温度Ｔ）を検出するための温度センサ９１が設けられている。なお、温度センサ９１は、気化器３２と改質器３３とを含む改質系の温度を検出するものであればよく、気化器３２の出口付近に設けられてもよいし、気化器３２と改質器３３との間に設けられてもよい。
【００１７】
気化器３２、改質器３３および燃料電池スタック３６は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース３１内に収容されている。モジュールケース３１内には、燃料電池スタック３６の起動や、気化器３２における水蒸気の生成、改質器３３における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部３４が設けられている。燃焼部３４には燃料電池スタック３６を通過した燃料オフガス（アノードオフガス）と酸化剤オフガス（カソードオフガス）とが供給され、これらの混合ガスを点火ヒータ３５により点火して燃焼させることにより、燃料電池スタック３６や気化器３２、改質器３３を加熱する。燃焼部３４には、当該燃焼部３４の温度を検出するための温度センサ９２が設けられている。燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼触媒３７を介して熱交換器６２へ供給される。燃焼触媒３７は、燃焼部３４で燃え残った燃料ガスを触媒によって再燃焼させる酸化触媒である。
【００１８】
排熱回収装置６０は、燃料電池モジュール３０から燃焼排ガスが供給される熱交換器６２と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク１０１とを接続して貯湯水の循環路を形成する循環配管６１を有する。循環配管６１には、循環ポンプ６３が設けられており、循環ポンプ６３を駆動することにより、熱交換器６２における貯湯水と燃焼排ガスとの熱交換により貯湯水を加温すると共に加温した貯湯水を貯湯タンク１０１へ貯湯する。熱交換器６２は、凝縮水供給管６６を介して改質水タンク５７に接続されると共に排気ガス排出管６７を介して外気と接続されている。熱交換器６２に供給された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換により水蒸気成分が凝縮され、凝縮された水（凝縮水）が図示しない水精製器によって浄化されて改質水タンク５７に回収される。また、残りの排気ガス（ガス成分）は、排気ガス排出管６７を介して外気へ排出される。
【００１９】
原料ガス供給装置４０は、ガス供給源１と気化器３２とを接続する原料ガス供給管４１を有する。原料ガス供給管４１には、ガス供給源１側から順に、原料ガス供給弁（電磁弁）４２，４３、オリフィス４４、原料ガスポンプ４５、脱硫器４６が設けられており、原料ガス供給弁４２，４３を開弁した状態で原料ガスポンプ４５を駆動することにより、ガス供給源１からの原料ガスを脱硫器４６を通過させて気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された原料ガスは、気化器３２を経て改質器３３へ供給され、燃料ガスへと改質される。原料ガス供給弁４２，４３は、直列に接続された２連弁である。脱硫器４６は、原料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。なお、脱硫方式は、常温脱硫方式に限られず、種々の方式を採用し得る。また、原料ガス供給管４１の原料ガス供給弁４３とオリフィス４４との間には、当該原料ガス供給管４１内の原料ガスの圧力を検出する圧力センサ４７が設けられ、オリフィス４４と原料ガスポンプ４５との間には、原料ガス供給管４１を流れる原料ガスの単位時間当たりの流量（ガス流量Ｆｇ）を検出する流量センサ４８が設けられている。
【００２０】
エア供給装置５０は、外気と連通するフィルタ５２と燃料電池スタック３６とを接続するエア供給管５１を有する。エア供給管５１には、エアブロワ５３が設けられており、エアブロワ５３を駆動することにより、フィルタ５２を介して吸入したエアを燃料電池スタック３６へ供給する。また、エア供給管５１には、エアブロワ５３の下流側に、エア供給管５１を流れるエアの単位時間当たりの流量（エア流量Ｆａ）を検出する流量センサ５４が設けられている。
【００２１】
改質水供給装置５５は、改質水を貯蔵する改質水タンク５７と気化器３２とを接続する改質水供給管５６を有する。改質水供給管５６には、改質水ポンプ５８が設けられており、改質ポンプ５８を駆動することにより、改質水タンク５７の改質水を気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された改質水は、気化器３２で水蒸気とされ、改質器３３における水蒸気改質反応に利用される。また、改質水タンク５７には、貯蔵される改質水を精製するための図示しない水精製器が設けられている。
【００２２】
燃料電池スタック３６は、酸素イオン伝導体からなる固体電解質と、固体電解質の一方の面に設けられたアノードと、固体電解質の他方の面に設けられたカソードとを備える固体酸化物燃料電池セルが積層されたものである。燃料電池スタック３６は、アノードに供給される燃料ガス中の水素とカソードに供給されるエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池スタック３６の近傍には、当該燃料電池スタック３６の温度を検出する温度センサ９３が設けられている。燃料電池スタック３６の出力端子にはパワーコンディショナ７０を介して商用電源２から負荷４への電力ライン３が接続されている。
【００２３】
パワーコンディショナ７０は、燃料電池スタック３６から出力された直流電圧を所定電圧（例えば、ＤＣ２５０Ｖ〜３００Ｖ）まで昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータや、昇圧された直流電圧を商用電力系統２と連系可能な交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換するインバータを含む。パワーコンディショナ７０から分岐した電力ラインには電源基板７８が接続されている。電源基板７８は、燃料電池スタック３６から出力された直流電圧や商用電力系統２からの交流電圧を補機類の作動に適した直流電圧に変換して当該補機類に供給するものである。実施形態では、補機類としては、原料ガス供給弁４２，４３や原料ガスポンプ４５、エアブロワ５３、改質水ポンプ５８、循環ポンプ６３などがある。
【００２４】
制御装置８０は、ＣＰＵ８１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ８２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ８３と、計時を行なうタイマ８４と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置８０には、圧力センサ４７や流量センサ４８，５４、電流センサ７３、温度センサ９１〜９３などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置８０からは、換気ファン２４のファンモータへの駆動信号や原料ガス供給弁４２，４３のソレノイドへの駆動信号、原料ガスポンプ４５のポンプモータへの駆動信号、エアブロワ５３のブロワモータへの駆動信号、改質水ポンプ５８のポンプモータへの駆動信号、循環ポンプ６３のポンプモータへの駆動信号、パワーコンディショナ７０（ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ）への制御信号、電源基板７８への制御信号、点火ヒータ３５への駆動信号、各種情報を表示する表示パネル９０への表示信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２５】
こうして構成された燃料電池システム１０では、負荷４が要求する要求出力に基づくシステム要求値（システム要求出力）を入力し、入力したシステム要求値に基づいて燃料電池スタック３６の目標スタック電流Ｉｏｕｔ＊を設定し、設定した目標スタック電流Ｉｏｕｔ＊に応じて原料ガス供給装置４０と改質水供給装置５５とエア供給装置５０とを制御すると共にパワーコンディショナ７０を制御する。具体的には、原料ガス供給装置４０の制御は、目標スタック電流Ｉｏｕｔ＊に基づいて原料ガス供給装置４０が供給すべき目標ガス流量Ｆｇ＊を設定し、目標ガス流量Ｆｇ＊と流量センサ４８により検出されるガス流量Ｆｇとの偏差に基づくフィードバック制御によりデューティＤｇを設定し、設定したデューティＤｇに基づいて原料ガスポンプ４５のポンプモータを制御することにより行なわれる。改質水供給装置５５の制御は、改質器３３に供給される原料ガスの単位時間当たりの流量に対する水蒸気の単位時間当たりの流量の比率であるスチームカーボン比（Ｓ／Ｃ）が所定の比率となるように目標改質水流量Ｆｗ＊を設定し、設定した目標改質水流量Ｆｗ＊に基づいてデューティＤｗを設定し、設定したデューティＤｗに基づいて改質水ポンプ５８のポンプモータを制御することにより行なわれる。エア供給装置５０の制御は、原料ガスの目標ガス流量Ｆｇ＊に対して所定の比率（空燃比）となるようにエア供給装置５０が供給すべき目標エア流量Ｆａ＊を設定し、設定した目標エア流量Ｆａ＊と流量センサ５４により検出されるエア流量Ｆａとの偏差に基づくフィードバック制御によりデューティＤａを設定し、設定したデューティＤａに基づいてエアブロワ５３のブロワモータを制御することにより行なわれる。パワーコンディショナ７０の制御は、目標スタック電流Ｉｏｕｔ＊と電流センサ７３により検出されるスタック電流Ｉｏｕｔとの偏差に基づくフィードバック制御によりパワーコンディショナ７０のインバータのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号によりインバータをスイッチングすることにより行なわれる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、温度センサ９１により検出される改質器温度Ｔに基づいてＳ／Ｃを変更して、目標改質水流量Ｆｗ＊の設定が行なわれる。図２は改質器温度ＴとＳ／Ｃとの関係の一例を示す説明図である。図示するように、本実施形態では、改質器温度Ｔが高い場合に低い場合に比してＳ／Ｃを大きな比率（値）とする。例えば改質器温度Ｔが６００℃などの第１温度（高温）でＳ／Ｃを値５とし、改質器温度Ｔが第１温度よりも低い４５０℃などの第２温度（中温）でＳ／Ｃを値４とし、改質器温度Ｔが第２温度よりも低い３００℃などの第３温度（低温）でＳ／Ｃを値３とする。改質器３３は、改質触媒が高温に晒されるとコーキングが生じ易いため、改質性能の低下などが引き起こされるおそれがある。このため、改質器温度Ｔが高い場合には、さらなる温度上昇を抑制して改質触媒が高温に晒されるのを防止するために、Ｓ／Ｃを大きな値に変更する。これにより、Ｓ／Ｃを用いて設定される目標改質水流量Ｆｗ＊が大きな値となり、より多くの改質水が気化器３２に供給されるから、温度上昇を抑制することが可能となる。また、実際のＳ／Ｃが例えば値２程度あるいは値２未満などに低下している状態（低Ｓ／Ｃ状態）は、水蒸気が少なく原料ガスの供給が過剰となるから、コーキングが生じ易い状態といえる。このため、この低Ｓ／Ｃ状態などの改質系の異常を監視して適切に対応する必要がある。
【００２７】
以下、燃料電池システム１０の改質系の異常を監視する際の動作について説明する。図３は閾値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図４は異常監視処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。これらの処理は、制御装置８０のＣＰＵ８１により実行される。図３の閾値設定処理ルーチンでは、制御装置８０のＣＰＵ８１は、まず、燃料電池スタック３６の出力として電流センサ７３により検出されるスタック電流Ｉｏｕｔを取得し（Ｓ１００）、取得したスタック電流Ｉｏｕｔの変動が所定幅内の状態が所定時間に亘って継続しているか否かを判定する（Ｓ１１０）。Ｓ１１０の処理は、燃料電池スタック３６の出力が安定した状態であることを判定するために行われ、例えば１０分や１５分などの十数分程度の所定時間に亘ってスタック電流Ｉｏｕｔの変動が数Ａ程度の所定幅内にあるか否かを判定する。
【００２８】
ＣＰＵ８１は、Ｓ１１０でスタック電流Ｉｏｕｔの変動が所定幅内の状態が所定時間に亘って継続していると判定すると、監視フラグがオフであるか否かを判定する（Ｓ１２０）。ＣＰＵ８１は、監視フラグがオフであると判定すると、異常監視処理を実行するために、監視フラグをオンとすると共に（Ｓ１３０）、異常判定用の所定の閾値である閾値Ｔｒｅｆを設定して（Ｓ１４０）、閾値設定処理ルーチンを終了する。一方、Ｓ１２０で監視フラグがオフでなくオンであると判定すると、Ｓ１３０，Ｓ１４０をスキップして閾値設定処理ルーチンを終了する。また、ＣＰＵ８１は、Ｓ１１０でスタック電流Ｉｏｕｔの変動が所定幅内でないと判定したり、変動が所定幅内であっても所定時間継続していないと判定したりすると、監視フラグがオンであるか否かを判定する（Ｓ１５０）。ＣＰＵ８１は、監視フラグがオンであると判定すると、監視フラグをオフとして（Ｓ１６０）、閾値設定処理ルーチンを終了する。一方、Ｓ１５０で監視フラグがオンでなくオフであると判定すると、Ｓ１６０をスキップして閾値設定処理ルーチンを終了する。
【００２９】
Ｓ１４０の閾値Ｔｒｅｆの設定は、スタック電流Ｉｏｕｔと閾値Ｔｒｅｆとの関係を予め求めて閾値設定用マップとしてＲＯＭ８２に記憶しておき、Ｓ１００で取得したスタック電流Ｉｏｕｔに対応する閾値Ｔｒｅｆをマップから導出することにより行なう。閾値Ｔｒｅｆ設定用マップの一例を図５に示す。図示するように閾値Ｔｒｅｆは、例えば、スタック電流Ｉｏｕｔが第１電流Ｉ１以下の場合に６００℃などの第１温度（高温）に設定され、スタック電流Ｉｏｕｔが第１電流Ｉ１を超えて第２電流Ｉ２以下の場合に４５０℃などの第２温度（中温）に設定され、スタック電流Ｉｏｕｔが第２電流Ｉ２を超える場合に３００℃などの第３温度（低温）に設定される。即ち、閾値Ｔｒｅｆは、スタック電流Ｉｏｕｔが小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように設定される。
【００３０】
ここで、改質器温度Ｔは、気化器３２に供給される改質水量や燃料電池スタック３６を通過した燃料オフガスの量と相関がある。上述したように、目標改質水流量Ｆｗ＊はＳ／Ｃを用いて設定されるが、同じＳ／Ｃが用いられていても目標ガス流量Ｆｇ＊に応じて目標改質水流量Ｆｗ＊が変化するため、気化器３２に供給される改質水量も変化することになる。例えば、燃料電池スタック３６の発電出力が高出力であれば目標ガス流量Ｆｇ＊が大きくなって目標改質水流量Ｆｗ＊も大きくなるから、気化器３２に供給される改質水量が増えて改質器温度Ｔが低くなる傾向にある。逆に、発電出力が低出力であれば目標ガス流量Ｆｇ＊が小さくなって目標改質水流量Ｆｗ＊も小さくなるから、気化器３２に供給される改質水量が減って改質器温度Ｔが高くなる傾向にある。なお、発電出力が低出力の場合、原料ガスの供給量は低下するが燃料利用率も低下して余剰の燃料オフガスが増えるため、燃焼部３４での燃焼が促進されることによっても改質器温度Ｔが高くなる。このように、同じＳ／Ｃを用いていても、燃料電池スタック３６の発電出力の大きさによって改質水の供給量が変化するなどにより、改質器温度Ｔ（改質系の温度領域）が異なることになる。上述した低Ｓ／Ｃ状態は、改質水量（水蒸気）が少なくなる状態であるから、燃料電池スタック３６の発電出力から想定される温度よりも改質器温度Ｔが高くなるときに生じるものといえる。これらのことから、本実施形態では、スタック電流Ｉｏｕｔの大きさに応じた閾値Ｔｒｅｆを設定し、低Ｓ／Ｃ状態となる高温異常の有無を監視するのである。
【００３１】
図４の異常監視処理ルーチンでは、ＣＰＵ８１は、まず、監視フラグがオンであるか否かを判定し（Ｓ２００）、監視フラグがオンでなくオフであると判定すると、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ＣＰＵ８１は、Ｓ２００で監視フラグがオンであると判定すると、温度センサ９１により検出される改質器温度Ｔを取得し（Ｓ２１０）、取得した改質器温度Ｔが閾値Ｔｒｅｆを超えるか否かによって高温異常の有無を判定（監視）する（Ｓ２２０）。ＣＰＵ８１は、改質器温度Ｔが閾値Ｔｒｅｆを超えないと判定すると、異常はないと判断して、異常監視処理ルーチンを終了する。
【００３２】
一方、ＣＰＵ８１は、改質器温度Ｔが閾値Ｔｒｅｆを超えると判定すると、高温異常であると判断し、高温異常（低Ｓ／Ｃ状態）が生じた旨の警告を出力すると共に燃料電池システム１０を異常停止して（Ｓ２３０）、異常監視処理ルーチンを終了する。なお、高温異常が生じた旨の警告には、改質水の供給量が少ない旨や燃料ガスの供給量が多い旨の情報、メンテナンスに有用な情報などを含めてもよい。本実施形態では、燃料電池スタック３６の発電出力が安定した状態で高温異常の有無を判定するため、発電出力の出力変動に対し改質器温度Ｔが遅れて変化する影響を排除して高温異常の有無を判定することができるから、高温異常の誤判定を防止することができる。
【００３３】
以上説明した実施形態の燃料電池システム１０では、スタック電流Ｉｏｕｔが小さい場合には大きい場合に比して高い温度となるように閾値Ｔｒｅｆを設定し、改質器温度Ｔが閾値Ｔｒｅｆを超えるか否かに基づいて改質系の高温異常の有無（低Ｓ／Ｃ状態）を監視する。このため、燃料電池スタック３６の発電出力の大きさに拘わらず適切に監視することができる。また、燃料電池スタック３６の発電出力が安定した状態で監視するから、発電出力の変動に対する温度変化の遅れの影響を排除して適切に監視することができる。
【００３４】
また、スタック電流Ｉｏｕｔの変動が所定幅内の状態が所定時間に亘って継続しているか否かを判定する簡易な処理で、発電出力が安定した状態を判定することができる。また、Ｓ／Ｃは改質器温度Ｔが高い場合には低い場合に比して大きな比となるように変更されるため、改質器温度Ｔが高い場合にさらなる温度上昇を抑制することができるから、高温異常の有無の監視と相まって、コーキングの発生をより適切に防止することができる。さらに、異常を検出した場合に燃料電池システム１０を停止させるから、改質系の故障を防止することができる。
【００３５】
上述した実施形態では、スタック電流Ｉｏｕｔの変動が所定幅内の状態が所定時間に亘って継続している場合に発電出力が安定した状態と判定したが、これに限られるものではない。例えばスタック電流Ｉｏｕｔが比較的高い高出力状態で単位時間当たりの変化量が所定量未満となるなどの他の条件の成立に基づいて発電出力が安定した状態としてもよい。あるいは、発電ユニット２０から出力される電力が安定した状態にあることを判定するものなどとしてもよい。
【００３６】
上述した実施形態では、異常を判定した場合には、警告を出力すると共に燃料電池システム１０を停止させる対処を行なうものとしたが、これに限られず、いずれか一方の対処を行なうものなどとしてもよい。
【００３７】
上述した実施形態では、スタック電流Ｉｏｕｔに対応する閾値Ｔｒｅｆを３段階に設定するものを例示したが、２段階に設定してもよいし、４以上の複数の段階に設定してもよい。あるいは、段階的に設定するものに限られず、無段階に設定するものなどとしてもよい。
【００３８】
上述した実施形態では、Ｓ／Ｃは改質器温度Ｔが高い場合には低い場合に比して大きな比となるように変更されるものとしたが、これに限られず、例えば原料ガスの種類に応じて予め定められた一律のＳ／Ｃを用いるものなどとしてもよい。
【００３９】
実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック３６が「燃料電池」に相当し、改質器３３が「改質器」に相当し、原料ガス供給装置４０が「原料ガス供給装置」に相当し、気化器３２が「気化器」に相当し、改質水供給装置５５が「改質水供給装置」に相当し、制御装置８０が「制御装置」に相当し、温度センサ９１が「温度検出器」に相当する。
【００４０】
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００４１】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ガス供給源、２  商用電源、３  電力ライン、４  負荷、１０  燃料電池システム、２０  発電ユニット、２２  筐体、２２ａ  吸気口、２２ｂ  排気口、２４  換気ファン、３０  燃料電池モジュール、３１  モジュールケース、３２  気化器、３３  改質器、３４  燃焼部、３５  点火ヒータ、３６  燃料電池スタック、３７  燃焼触媒、４０  原料ガス供給装置、４１  原料ガス供給管、４２，４３  原料ガス供給弁、４４  オリフィス、４５  原料ガスポンプ、４６  脱硫器、４７  圧力センサ、４８  流量センサ、５０  エア供給装置、５１  エア供給管、５２  フィルタ、５３  エアブロワ、５４  流量センサ、５５  改質水供給装置、５６  改質水供給管、５７  改質水タンク、５８  改質水ポンプ、６０  排熱回収装置、６１  循環配管、６２  熱交換器、６３  循環ポンプ、６６  凝縮水供給管、６７  排気ガス排出管、７０  パワーコンディショナ、７３  電流センサ、７８  電源基板、８０  制御装置、８１  ＣＰＵ、８２  ＲＯＭ、８３  ＲＡＭ、８４  タイマ、９０  表示パネル、９１〜９３  温度センサ、１００  給湯ユニット、１０１  貯湯タンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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