(57)【要約】【課題】気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる燃料電池システム及び異常検出方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１００及び異常検出方法では、異常検出部３５は、開閉弁２６が閉じられ、且つ、水素製造装置１での改質が行われているときに圧力計２３によって検出された圧力に基づく圧力変化量ΔＰが、第１閾値Ｐ１より小さい場合に、気密性に関する異常を検出する、異常検出部３５は、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システム１００を運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造装置１の出口側を閉じて改質を行うと短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。【選択図】図１
2014011039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、
前記水素製造部によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記水素製造部の前記改質ガスの出口側を開閉する開閉部と、
前記開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出部と、
システム内の異常を検出する異常検出部と、を備え、
前記異常検出部は、システム起動時に、前記開閉部が閉じられ、且つ、前記原燃料が前記水素製造部へ供給されたときに前記圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第１の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記異常検出部は、前記圧力に基づく値と、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記異常検出部は、前記水素製造部の昇温開始後に前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記異常検出部は、前記水素製造部での改質開始後に前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、
前記水素製造部によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備える燃料電池システムの異常を検出する異常検出方法であって、
前記水素製造部の前記改質ガスの出口側を開閉部で閉じる閉止工程と、
前記開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出工程と、
システム内の異常を検出する異常検出工程と、を備え、
前記圧力検出工程では、システム起動時に、前記閉止工程が実行され、且つ、前記原燃料が前記水素製造部へ供給されたときの圧力を検出し、
前記異常検出部は、当該圧力に基づく値が、第１の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出する、異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムの異常検出方法として、例えば、特許文献１に示すものが知られている。特許文献１に示すシステムでは、燃焼器や燃料処理器や燃料電池スタックを筐体に収納し、当該筐体内にガス検知器を設けている。当該ガス検知器から検知信号を受信すると、弁を閉じて可燃性ガスの供給を停止している。また、特許文献２のシステムは、燃料電池システムのシステム停止時に、触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、その状態で封止空間の温度と圧力を経時的に検出し、検出結果に基づく圧力降下速度と、演算によって算出された圧力降下速度とを比較することにより、気密性の異常を判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００８／０２３７２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に係るシステムでは、筐体内に一定量のガスが存在する状態となるまでガス検知器が検知することができないという問題があった。また、筐体内にガスが存在していれば検知することができるものの、弁の故障などの装置内部での気密性に関する異常は検知できないという問題があった。また、特許文献２に係るシステムでは、システム停止中に気密性に関する異常（亀裂等の損傷）が発生する場合もあり、そのような場合は、次の運転の停止時まで異常を検知することができず、異常を有した状態で運転が行われるという問題があった。更に、停止時の圧力降下速度に基づく検出方法では、正確に気密性に関する異常を検出することができない場合がある。従って、燃料電池システムでの気密性に関する異常を、より短時間で、且つ正確に検出することが従来より求められていた。
【０００５】
そこで、本発明は、気密性に関する異常を、より短時間で、且つ正確に検出できる燃料電池システム及び異常検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムは、原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、水素製造部によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、水素製造部の改質ガスの出口側を開閉する開閉部と、開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出部と、システム内の異常を検出する異常検出部と、を備え、異常検出部は、システム起動時に、開閉部が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造部へ供給されたときに圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第１の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出する。
【０００７】
水素製造部の改質ガスの出口側が開閉部で閉じられ、且つ、原燃料が水素製造部に供給されている場合、気密性に関する異常が無い場合は、開閉部より上流側では圧力が上昇する。一方、気密性に関する異常がある場合、異常が無い場合に比して圧力上昇は小さくなる。従って、当該条件下での圧力に基づく値に対して、異常が無い場合の値として第１の閾値を予め設定しておくことで、異常検出部は、システム起動時に、前記条件下で圧力検出部によって検出された圧力に基づく値が、第１の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出することが可能となる。異常検出部は、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システムを運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造部の出口側を閉じて原燃料の供給を行うと、短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。
【０００８】
また、本発明に係る異常検出方法は、原燃料を用いて水素を含有する改質ガスを生成する水素製造部と、水素製造部によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備える燃料電池システムの異常を検出する異常検出方法であって、水素製造部の改質ガスの出口側を開閉部で閉じる閉止工程と、開閉部より上流側での圧力を検出する圧力検出工程と、システム内の異常を検出する異常検出工程と、を備え、圧力検出工程では、システム起動時に、閉止工程が実行され、且つ、原燃料が水素製造部へ供給されたときの圧力を検出し、異常検出部は、当該圧力に基づく値が、第１の閾値より小さい場合に、気密性に関する異常を検出する。
【０００９】
異常検出工程では、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システムを運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造部の出口側を閉じて改質を行うと短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。
【００１０】
また、燃料電池システムにおいて、異常検出部は、圧力に基づく値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する。気密性に関する異常がある場合は、開閉部を閉じて改質を行ったときの圧力上昇は小さくなるが、異常の箇所により、圧力上昇が小さくなる度合いは異なる。従って、圧力に基づく値と第２の閾値とを比較することで、異常の箇所を判定することができ、これによって、異常を検出した後の修理を効率よく行うことが可能となる。
【００１１】
また、燃料電池システムにおいて、水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、異常検出部は、水素製造部の昇温開始後に温度検出部によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、原燃料に関する異常を検出することが可能となる。
【００１２】
また、燃料電池システムにおいて、水素製造部の温度を検出する温度検出部を更に備え、異常検出部は、水素製造部での改質開始後に温度検出部によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、改質水の供給に関する異常を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の制御部の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの処理内容を示すフローチャートである。
【図４】変形例に係る処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す概略ブロック図である。図１に示すように、水素製造装置（ＦＰＳ：Fuel Processing System）１は、例えば家庭用の燃料電池システム１００において水素供給源として利用されるものである。ここでの水素製造装置（水素製造部）１は、水素を含有する改質ガスを燃料電池スタック２０に供給する。燃料電池スタック２０は、改質ガスと酸化剤を用いて発電を行う。燃料電池スタック２０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）を採用することができる。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００１７】
本実施形態に係る水素製造装置１に対する原燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００１８】
燃料電池システム１００は、水素製造装置１、脱硫部２、加熱装置１０，１１、燃料電池スタック２０、制御部３０を備えている。また、水素製造装置１は、改質部６、シフト反応部７、選択酸化反応部８を備えている。水素製造装置１の入口側の流路、すなわち脱硫部２と水素製造装置１との間の流路には、ポンプ２１、三方弁２２、圧力計（圧力検出部）２３が設けられている。水素製造装置１の改質部６には、改質水を供給するためのポンプ２４が接続されている。水素製造装置１の出口側の流路、すなわち水素製造装置１の選択酸化反応部８と燃料電池スタック２０との間の流路には、開閉弁２６が設けられている。水素製造装置１には温度を測定するための温度計（温度検出部）２７が設けられている。
【００１９】
脱硫部２は、外部から導入された原燃料を脱硫触媒によって脱硫して硫黄分を除去する。硫黄分が除去された原燃料は、ポンプ２１によって水素製造装置１の改質部６に供給される。
【００２０】
改質部（ＳＲ：SteamReforming）６は、脱硫部２から供給された原燃料のガスと、改質水による水蒸気との混合ガスを改質触媒によって水蒸気改質して改質ガスを生成し、この改質ガスをシフト反応部７へ供給する。この改質部６にあっては、水蒸気改質反応が吸熱反応であるため、改質部６の改質触媒を加熱するための熱源として加熱装置１０を利用している。
【００２１】
シフト反応部７は、改質部６から供給された改質ガスの一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）を低下させるためのものであり、改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応させて水素及び二酸化炭素に転換する。
【００２２】
選択酸化反応部（ＰＲＯＸ：Preferential Oxidation）８は、シフト反応部７でシフト反応させた改質ガス中のＣＯ濃度をさらに低下させる。これは、燃料電池スタック２０に高濃度の一酸化炭素を供給すると、燃料電池スタック２０の触媒が被毒して大きく性能低下するためである。具体的には、選択酸化反応部８は、改質ガス中の一酸化炭素と酸化剤とを選択酸化触媒で反応させて選択的に酸化し、二酸化炭素に転換する。
【００２３】
加熱装置１０は、改質部６を加熱するための装置であり、例えばバーナが適用される。加熱装置１０では、原燃料がバーナ燃料として供給されて燃焼される（例えば、三方弁２２の開閉により、原燃料が加熱装置１０へ流れる）。加熱装置１１は、シフト反応部７及び選択酸化反応部８を加熱するための装置であり、例えばヒータ等が適用される。
【００２４】
このような水素製造装置１では、まず、バーナ燃料及び燃料電池スタック２０からのオフガス(燃料電池スタック２０で反応に使用されない残ガス)の少なくとも一方と空気とが加熱装置１０に供給されて燃焼され、かかる燃焼によって改質部６の改質触媒が加熱される。これと共に、脱硫部２で脱硫された原燃料とポンプ２４によって供給された改質水による水蒸気とが混合され、混合ガスが生成される。この混合ガスは、改質部６に供給されて改質触媒で水蒸気改質され、これにより、改質ガスが生成される。そして、生成された改質ガスは、シフト反応部７によってその一酸化炭素濃度が例えば数％程度まで低下され、選択酸化反応部８によってその一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下まで低下された後水素リッチガスとして、後段の燃料電池スタック２０へ導出される。
【００２５】
圧力計２３は、水素製造装置１の上流側において、当該水素製造部１に供給される原燃料のガスの圧力を検出する機能を有している。圧力計２３は、開閉弁２６が閉じられることによる圧力変化を検出する機能を有している。なお、圧力計２３は、原燃料のガス及び改質ガスの少なくとも一方の圧力を検出することができるならば、開閉弁２６の上流側のいずれの位置に設けてもよい。例えば、水素製造装置１の選択酸化部８と開閉弁２６との間の流路に設けて、改質ガスの圧力（水素製造装置１での改質が行われない状態では原燃料ガスの圧力）を検出してもよい。ただし、流量制御等のためにポンプ２１と水素製造装置１との間に設けられている圧力計２３の圧力を本実施形態の異常検出方法にも用いることにより、既存の圧力計を流用することができる。なお、複数の圧力計２３を設けて、原燃料ガスの圧力と、改質ガスの圧力の両方を測定してもよい。
【００２６】
温度計２７は、水素製造装置１の温度を検出する機能を有している。温度計２７は、水素製造装置１にて改質可能な温度となったことを判断できるものであればどこの温度を検出してもよい。例えば、温度計２７は、改質部６の改質触媒層における代表点や出口部の温度を検出してもよく、シフト反応部７または選択酸化反応部８の触媒層の温度を検出してもよい。また、複数カ所の温度を検出してもよい。
【００２７】
制御部３０は、燃料電池システム１００全体の制御を行う機能を有しており、例えば電子制御を行うデバイス（例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、および入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイス）によって構成されている。制御部３０は、ポンプ２１、三方弁２２、圧力計２３、ポンプ２４、温度計２７、開閉弁２６、その他図示されない燃料電池システム１００中のセンサや電子機器と電気的に接続されており、信号の入出力を行う。図２に示すように、制御部３０は、運転制御部３１、開閉制御部３２、温度取得部３３、圧力取得部３４、異常検出部３５を備えている。
【００２８】
運転制御部３１は、燃料電池システム１００の運転制御を行う機能を有しており、水素製造装置１での水素を製造するための制御、燃料電池スタック２０で発電をするための制御を行う。運転制御部３１は、例えば、ポンプ２１，２４などを制御することにより、原燃料、改質水、酸化剤を所定のタイミングで各部位へ供給する。
【００２９】
開閉制御部３２は、開閉弁２６の開閉制御を実行する機能を有している。開閉制御部３２は、システム起動時において燃料電池システム１００の気密性に関する異常を検出する際に、開閉弁２６を閉じるように制御する。温度取得部３３は、温度計２７で検出された温度を取得する機能を有している。圧力取得部３４は、圧力計２３で検出された圧力を取得する機能を有している。
【００３０】
異常検出部３５は、燃料電池システム１００内の異常を検出する機能を有している。異常検出部３５は、開閉弁２６が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置１に供給されているときに圧力計２３で検出された圧力に基づく値が、第１の閾値以下である場合に、気密性に関する異常を検出する機能を有している。なお、異常検出に用いる「圧力に基づく値」として、どのような値を用いてもよく、例えば、所定時間内における圧力変化量の値（圧力をＰで表した場合のΔＰに該当する値）を用いてよい。その他、固定の圧力値を用いてもよい（ΔＰではなく、Ｐを用いる）。開閉弁２６が閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置１に供給されているときは、原燃料のガスや改質ガスが水素製造装置１の流路内に貯まるため、圧力が上昇する。気密性に異常がある場合の圧力上昇は、異常が無い場合の圧力上昇に比して、遅くなる。従って、圧力に基づく値と予め定めておいた閾値を比較することによって、気密性に関する異常を検知することができる。
【００３１】
異常検出部３５は、圧力に基づく値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する機能を有する。異常の箇所を判定するとは、水素製造装置１の気密性に異常があるのか、出口側の開閉弁２６に異常があるのかを判定することである。出口側の開閉弁２６に異常がある場合は、水素製造装置１に異常がある場合よりも、圧力に対する影響が大きく、圧力上昇が遅くなる。従って、検出された圧力に基づく値と予め定めておいた閾値を比較することによって、気密性に関する異常の箇所を判定することができる。なお、水素製造装置１の気密性に異常がある状態とは、水素製造装置１から外部（ただし、水素製造装置１全体が筐体に収納されている場合は、当該筐体の空間内）へ微量のガスが出ることである。水素製造装置１の気密性の異常として、例えば、水素製造装置１の最外壁の亀裂や、（配管などの）接続部分のシール性不足などが挙げられる。開閉弁２６の気密性の異常として、例えば、故障により閉止できないなどが挙げられる。
【００３２】
異常検出部３５は、温度計２７によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する機能を有する。異常検出部３５は、水素製造装置１の昇温開始後に検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出できる。異常検出部３５は、水素製造装置１で改質を開始できる温度まで昇温する際の温度の上昇の状況に基づいて、異常を検出する。改質部６を加熱する加熱装置１０としてバーナを用いる場合、着火しなかったり、水素製造装置１の温度上昇速度が低い場合は、原燃料系の故障、すなわち原燃料の供給に関する異常が推定される。原燃料の供給に関する異常としては、例えば、原燃料供給用のポンプ２１の故障や、供給弁である三方弁２２の故障や、配管詰まりなどが挙げられる。
【００３３】
異常検出部３５は、温度計２７によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する機能を有する。異常検出部３５は、水素製造装置１で水素製造装置１での改質開始後の温度に基づいて、改質水系の異常を検出できる。水素製造装置１へ改質水が供給されるようにポンプ２４を制御し、原燃料が供給されるようにポンプ２１を制御した場合、すなわち水素製造装置１での改質を開始させた場合、改質部６で吸熱反応により水素製造装置１の温度に影響がある。しかしながら、吸熱反応が起こらず（改質が起こらず）温度に異常がある場合は、改質水系の故障、すなわち改質水の供給に関する異常が推定される。改質水の供給に関する異常としては、例えば、改質水供給用のポンプ２４の故障や、改質水の供給弁の故障や、配管詰まりなどが挙げられる。
【００３４】
次に、図３を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム１００の異常検出方法について説明する。図３は、燃料電池システム１００の処理内容を示すフローチャートである。図３に示す処理は、システム起動時に燃料電池システム１００内の異常を検出するための処理である。図３の処理は、燃料電池システム１００のシステム起動時に、制御部３０において所定のタイミングで実行される。なお、ここでの「システム起動」とは、コールドスタート及びホットスタートのどちらの場合も含まれる。また、図３の処理内容は一例に過ぎず、適宜処理内容や処理の順序を変更してもよい。
【００３５】
図３に示すように、運転制御部３１は、燃料電池システム１００のシステム起動を開始する（ステップＳ１０）。運転制御部３１は、ポンプ２１及び三方弁２２を制御してバーナである加熱装置１０へ原燃料を供給して着火すると共に、加熱装置１１を制御して（ヒータをＯＮにする）、水素製造装置１の昇温を開始する（ステップＳ２０）。なお、Ｓ２０の段階で、後述の異常検出のための処理に影響を及ぼさない範囲内で、燃料電池システム１００内での所定の機器等の起動を行っておいてもよい（例えば、燃料電池スタック側の機器や、排熱系の機器など）。次に、運転制御部３１は、ポンプ２４を制御して改質部６へ改質水を供給する（ステップＳ３０）。温度取得部３３は、温度計２７の検出結果の取得を開始することで、水素製造装置１の温度ＴＣの測定を開始する（ステップＳ４０）。異常検出部３５は、Ｓ４０で測定された温度ＴＣが改質開始条件判定温度ＴＬ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。なお、改質開始条件判定温度ＴＬは、水素製造装置１が改質を開始することができるまで昇温されたことを示す温度であり、温度ＴＣの測定箇所などに対して任意の値が設定される。例えば、温度ＴＣが改質部６の改質触媒層の代表点の温度であった場合、改質触媒層での改質が可能となるときの温度（例えば、６００〜６５０℃）を改質開始条件判定温度ＴＬとして設定することができる。温度ＴＣが別の測定箇所の温度であった場合、異なる改質開始条件判定温度ＴＬが設定される。なお、複数カ所における温度についての改質開始条件判定温度ＴＬを判定してもよい。
【００３６】
Ｓ５０において、温度ＴＣが改質開始条件判定温度ＴＬより小さいと判定された場合、異常検出部３５は、昇温開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６０）。所定時間として、燃料電池システム１００に異常が無い場合に、昇温開始から改質開始条件判定温度ＴＬとなるまでに要する時間を設定することができる。なお、所定時間は、５〜１２０分に設定することができる。Ｓ６０において所定時間が経過していないと判定された場合、再びＳ５０の処理を行う。一方、Ｓ６０において所定時間が経過したと判定された場合、異常検出部３５は、原燃料の供給に関する異常、すなわち原燃料系の異常を検出する（ステップＳ７０）。加熱装置１０のバーナに原燃料を供給するような制御を行っているにも関わらず、所定時間内に水素製造装置１が改質可能な温度まで昇温してないということは、原燃料系が故障しており、バーナが着火せず加熱が行われていないことや、十分な火力が得られず温度上昇速度が低くなっていることが推定される。Ｓ７０で異常が検出されると、運転制御部３１は、システムの起動工程を中止する（ステップＳ８０）。すなわち、運転制御部３１は、システム内の各機器の運転を停止する。Ｓ８０で起動工程が中止された後、図３に示す処理は終了する。この後、燃料電池システム１００内の原料系の点検を行ってよい。
【００３７】
一方、Ｓ５０において、温度ＴＣが改質開始条件判定温度ＴＬ以上であると判定された場合、すなわち、所定時間内に水素製造装置１での改質が開始できるような温度条件となったと判断された場合、開閉制御部３２は、開閉弁２６を閉じることにより、水素製造装置１の出口を閉止する（ステップＳ９０）。次に、運転制御部３１は、水素製造装置１での改質を開始する（ステップＳ１００）。運転制御部３１は、ポンプ２１を制御することによって、水素製造装置１の改質部６に原燃料を供給することで、水素製造装置１での改質を開始させる。これによって、水素製造装置１で改質ガスが生成される一方、開閉弁２６が閉じられていることにより、水素製造装置１での圧力が上昇してゆく。圧力取得部３４は、水素製造装置１の改質ガスの出口側が開閉弁２６で閉じられ、且つ、原燃料が供給されて水素製造装置１での改質が行われているときの圧力計２３の検出結果を取得し、所定時間内における圧力変化量ΔＰを取得する（ステップＳ１１０）。なお、ここでの「所定時間」は、異常があるときと異常が無いときの判定を行うことができる程度に圧力変化量に差を出すことのできる時間の長さであれば、どのように設定してもよい。
【００３８】
異常検出部３５は、Ｓ１１０で取得した圧力変化量ΔＰが第１閾値Ｐ１異常であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。第１閾値Ｐ１は、燃料電池システム１００の気密性に関する異常の有無を検出するために、予め設定された閾値である。第１閾値Ｐ１は、例えば、圧力計２３の測定位置などによって、適宜変更されてよい。Ｓ１２０において圧力変化量ΔＰが第１閾値Ｐ１以上であると判定された場合、異常検出部３５は、気密性の異常は無いと判断する。その後、開閉制御部３２は、開閉弁２６を開くことによって、水素製造装置１の出口を開放する（ステップＳ１３０）。これにより、水素製造装置１で生成した改質ガスは、燃料電池スタック２０へ供給される。運転制御部３１は、起動工程を継続し（ステップＳ１４０）、燃料電池システム１００で発電を行うために必要であって、Ｓ１４０までに実行されていない各工程を実行する。例えば、運転制御部３１は、燃料電池スタック２０側の機器（例えば、酸化剤用のポンプなど）の運転を開始する。Ｓ１４０が終了すると、燃料電池システム１００の運転を継続する。
【００３９】
一方、Ｓ１２０において圧力変化量ΔＰが第１閾値Ｐ１より小さいと判定された場合、異常検出部３５は、燃料電池システム１００に気密性に関する異常があると判断し、気密性に関する異常の箇所を判定するために、圧力変化量ΔＰが第２閾値Ｐ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。第２閾値Ｐ２は、水素製造装置１の気密性に異常があるのか、出口側の開閉弁２６に異常があるのかを判定するために、予め設定された閾値である。第２閾値Ｐ２は、圧力計２３の測定位置などによって、適宜変更されてよい。Ｓ１５０において圧力変化量ΔＰが第２閾値Ｐ２以上であると判定された場合、異常検出部３５は、水素製造装置１の気密性の異常を検出する（ステップＳ１６０）。その後、開閉制御部３２は、開閉弁２６を開くことによって、水素製造装置１の出口を開放する（ステップＳ１７０）。また、運転制御部３１は、システムの起動工程を中止する（ステップＳ１７５）。すなわち、運転制御部３１は、システム内の各機器の運転を停止する。Ｓ１７５で起動工程が中止された後、図３に示す処理は終了する。この後、水素製造装置１の気密性に関する点検を行ってよい。
【００４０】
一方、Ｓ１５０において圧力変化量ΔＰが第２閾値Ｐ２より小さいと判定された場合、異常検出部３５は、出口の開閉弁２６の気密性の異常を検出する（ステップＳ１８０）。その後、開閉制御部３２は、開閉弁２６を開くことによって、水素製造装置１の出口を開放する（ステップＳ１９０）。また、運転制御部３１は、システムの起動工程を中止する（ステップＳ１９５）。すなわち、運転制御部３１は、システム内の各機器の運転を停止する。Ｓ１９５で起動工程が中止された後、図３に示す処理は終了する。この後、開閉弁２６の気密性に関する点検を行ってよい。
【００４１】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１００及び異常検出方法の作用・効果について説明する。
【００４２】
例えば、水素製造装置及び燃料電池スタックを筐体に収納して筐体内にガス検知器を設けて異常を検出する場合、筐体内に一定量のガスが存在しなくてはガス検知器が検知することができないという問題がある。また、異常のある箇所を判別することが困難であるという問題がある（水素製造装置に異常があるのか、燃料電池スタックに異常があるのか判別できない）。また、筐体内へガスが出るような異常は検知できるものの、弁の故障などのように筐体内へガスが出ない異常を検知することができない。
【００４３】
また、燃料電池システムのシステム停止時に、触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、その状態で封止空間の温度と圧力を経時的に検出し、検出結果に基づく圧力降下速度と、演算によって算出された圧力降下速度とを比較することにより、気密性の異常を判断する方法がある。しかしながら、当該方法では、システム停止中に気密性に関する異常（亀裂等の損傷）が発生する場合もあり、そのような場合は、次の運転の停止時まで異常を検知することができないという問題があった。また、直近の停止が停電などによる緊急停止だった場合は、異常の検出の工程が実施されないままシステム起動が行われてしまう。すなわち、異常を有した状態で、次の運転が行われるという問題がある。また、停止時に原燃料を改質装置に封入した場合、次の運転のシステム起動時に改質触媒へのコーキングが問題となる。更に、停止時の圧力降下速度に基づく検出方法では、正確に気密性に関する異常を検出することができない場合がある。例えば、圧力降下速度は、供給ガスの温度・圧力や、パッケージ内温度など（例えば、冬場は圧力降下速度が速く、夏場が遅いなど）外的要因により大きく変化するため、正確に異常を検出することが難しい場合がある。また、損傷度合いによっては、異常検出開始時の圧力が所定の圧力に達していない可能性があり、正確に異常検出を行えない場合がある。また、停止時は改質部が高温（高圧）であるため、異常時にガスが出る量が多くなる場合がある。
【００４４】
これに対して、本実施形態に係る燃料電池システム１００では、開閉弁２６で水素製造装置１の出口側を閉じ、原燃料を水素製造装置１に供給したときの圧力変化量ΔＰに基づいて気密性に関する異常を検出している。水素製造装置１の改質ガスの出口側が開閉弁２６で閉じられ、且つ、原燃料が水素製造装置１に供給されている場合、気密性に関する異常が無い場合は、開閉弁２６より上流側では圧力が上昇する。一方、気密性に関する異常がある場合、異常が無い場合に比して圧力上昇は小さくなる。従って、当該条件下での圧力変化量ΔＰに対して、異常が無い場合の値として第１閾値Ｐ１を予め設定しておくことで、異常検出部３５は、システム起動時に、圧力変化量ΔＰが、第１閾値Ｐ１より小さい場合に、気密性に関する異常を検出することが可能となる。
【００４５】
本実施形態に係る燃料電池システム１００及び異常検出方法では、異常検出部３５は、システム起動時に異常を検出することができるため、気密性に関する異常がある状態で燃料電池システム１００を運転することを防止できる。また、システム起動時に、水素製造装置１の出口側を閉じて改質を行うと短時間で圧力が上昇するため速やかに異常を検出でき、異常がある時と無い時とで明確に圧力に差がでるため、正確に異常を検出することができる。以上によって、気密性に関する異常を、より短時間で且つ正確に検出できる。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池システム１００では、システム起動時に短時間で気密性に関する異常を検知できるため、異常があった場合であっても、外部へ出てゆくガスの量を極力少なくすることができる。システム起動時の異常検出であるため、前回の運転のどの段階で異常が発生しても、次の運転では速やかに異常を検出できる上、前回の運転時の状況（例えば、緊急停止など）に関わらず、異常を検出できる。また、停止時に原燃料を封止する必要もないので、改質触媒へのコーキングも生じない。
【００４７】
また、燃料電池システム１００において、異常検出部３５は、圧力変化量ΔＰと、第１閾値Ｐ１よりも小さい第２閾値Ｐ２とを比較することにより、気密性に関する異常の箇所を判定する。気密性に関する異常がある場合は、開閉弁２６を閉じて改質を行ったときの圧力上昇は小さくなるが、異常の箇所により、圧力上昇が小さくなる度合いは異なる。従って、圧力変化量ΔＰと第２閾値Ｐ２とを比較することで、異常の箇所を判定することができる。このように、異常の箇所まで特定した上で異常を検出することによって、異常を検出した後の修理を効率よく行うことが可能となる。
【００４８】
また、燃料電池システム１００は、水素製造装置１の温度を検出する温度計２７を更に備えている。温度計２７は、水素製造装置１の昇温開始後の温度を検出し、異常検出部３５は、水素製造装置１で改質を開始できる温度まで昇温する際の温度計２７によって検出された温度に基づいて、原燃料の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、原燃料に関する異常を検出することが可能となる。
【００４９】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上述の図３で示す処理内容に変えて、図４に示す処理内容を実行してもよい。図３では水素製造装置１の出口の閉止（ステップＳ９０）の後、改質を開始（ステップＳ１００）していたのに対し、図４では、改質を開始（ステップＳ１００）した後、水素製造装置１の出口の閉止（ステップＳ９０）を行っている。また、改質開始と出口の閉止との間に、改質水の供給に関する異常の判定も行っている。なお、その他の部分については、図４は図３と同様の処理を行っている。
【００５１】
具体的には、水素製造装置１での改質開始（ステップＳ１００）の後、異常検出部３５は、Ｓ４０で測定された温度ＴＣが改質判定温度ＴＨ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。なお、改質判定温度ＴＨは、水素製造装置１に正常に改質水が供給されていないことを示す温度であり、温度ＴＣの測定箇所などに対して任意の値が設定される。例えば、温度ＴＣが改質部６の改質触媒層の代表点の温度であった場合、改質触媒層で正常に吸熱反応が起きていないときの温度を改質判定温度ＴＨとして設定することができる。温度ＴＣが別の測定箇所の温度であった場合、異なる改質判定温度ＴＨが設定される。なお、複数カ所における温度についての改質判定温度ＴＨを判定してもよい。なお、Ｓ２１０で改質系の異常検出のために用いた温度Ｔｃは、Ｓ５０で原燃料系の異常検出のために用いた温度Ｔｃと同一のものを用いて判定を行ってもよいが、必ずしも同一である必要はなく、Ｓ５０の判定のために用いる温度Ｔｃと、Ｓ２１０の判定のために用いる温度Ｔｃとで、異なるものを用いてよい。
【００５２】
Ｓ２１０において、温度ＴＣが改質判定温度ＴＨより大きいと判定された場合、異常検出部３５は、改質開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２２０）。所定時間として、燃料電池システム１００に異常が無い場合に、改質開始から吸熱反応が開始して改質判定温度ＴＨ以下となるまでに要する時間を設定することができる。なお、所定時間は、０〜３０分に設定することができる。Ｓ２２０において所定時間が経過していないと判定された場合、再びＳ２１０の処理を行う。一方、Ｓ２２０において所定時間が経過したと判定された場合、異常検出部３５は、改質水料系の異常を検出する（ステップＳ２３０）。改質部６に改質水を供給する制御を行っているにも関わらず所定時間経過しても水素製造装置１が温度が高いということは、改質水系が故障しており、吸熱反応が起きていないことが推定される。Ｓ２３０で異常が検出されると、運転制御部３１は、システムの起動工程を中止する（ステップＳ２４０）。すなわち、運転制御部３１は、システム内の各機器の運転を停止する。Ｓ２４０で起動工程が中止された後、図４に示す処理は終了する。この後、燃料電池システム１００内の原料系の点検を行ってよい。
【００５３】
以上のように、異常検出部３５は、水素製造装置１での改質を開始させたときの、温度計２７によって検出された温度に基づいて、改質水の供給に関する異常を検出する。これによって、気密性に関する異常検出前に、改質水の供給に関する異常を検出することが可能となる。なお、図３の制御処理を採用する場合であっても、改質を開始した直後に図４に示すＳ２１０〜Ｓ２４０の処理を行うことで、改質水の供給に関する異常を検出するための処理を行ってもよい。ただし、図３の制御処理では、改質水系の異常を検出するよりも早く圧力が上がってしまうため、改質系の異常を検出するのに十分な時間を確保できない可能性がある。従って、改質系の異常を検出する場合は、図４の制御処理を採用することがより好ましい。
【００５４】
また、本発明では、少なくとも、燃料電池システム１００の気密性の異常の有無さえ判定できればよく、原燃料の供給に関する異常の検出処理、改質水の供給に関する異常の検出処理を省略してもよく、気密性に関する異常の箇所の判定処理（第２閾値を用いた判定）を省略してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…水素製造装置、２…脱硫部、６…改質部、７…シフト反応部、８…選択酸化反応部、２０…燃料電池スタック、２３…圧力計（圧力検出部）、２６…開閉弁（開閉部）、２７…温度計（温度検出部）、３０…制御部、３１…運転制御部、３２…開閉制御部、温度取得部、３４…圧力取得部、３５…異常検出部、１００…燃料電池システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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