(57)【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から前記燃料を生成する改質部と、
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前記改質部を加熱する燃焼部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムの排熱を回収する排熱回収システムと、
前記燃料電池、前記改質部、前記燃焼部および前記排熱回収システム、ならびにそれらに入出する流体、のうち少なくともいずれか一つの物理量の状態を検出する検出センサと、
前記検出センサの出力信号に基づいて前記燃料電池システムを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記検出センサの出力信号が第１の判定時間以上継続して前記検出センサの通常の使用範囲を超えた範囲である第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサが故障であるか否かを判定するセンサ故障判定手段と、
前記検出センサの出力信号が前記第１の判定時間より長い第２の判定時間以上継続して前記第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる前記検出センサの通常の使用範囲を超えない範囲である第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサの検出対象である前記物理量の状態が異常であるか否かを判定する状態異常判定手段と、
前記各判定手段による判定結果を記憶する記憶手段と、
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、前記制御装置は、前記センサ故障判定手段が前記検出センサが故障であると判定したときには、前記状態異常判定手段による判定を禁止する判定禁止手段をさらに備えている燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記検出センサと検出対象が同一であり該検出センサの代替となる代替検出センサを備えている場合において、前記制御装置は、前記センサ故障判定手段が前記検出センサが故障であると判定した後に、前記代替検出センサの出力信号が前記第２の判定時間以上継続して前記第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該代替検出センサの検出対象である前記物理量の状態が異常であるか否かを判定する代替状態異常判定手段と、前記検出センサが故障である旨の警告をする警告手段と、を備えてい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】
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２に示されているように、燃料電池システムにおいては、センサに異常が発生し、かつ、異常が検知されたセンサの出力値の代替値として利用可能な出力値を出力する代替センサが存在しないと判定した場合に、燃料電池１１の運転状態が、燃料電池１１本体に異常が発生しない程度の運転状態となるように設定するようになっている。これにより、燃料電池の運転状態を検知するセンサに異常が発生した場合であっても、燃料電池の所望の運転を確保することができる。なお、センサに異常が発生したか否かを判定する処理では、例えば正常状態のセンサの出力値に対して予め設定された所定の上限値および下限値を超える出力値が出力されているか否か、あるいは、適宜の関連性を有する他のセンサの出力値が変動している状態で出力値が適宜の値に固定された状態が継続しているか否か、あるいは、出力値自体が出力されているか否か等を判定するようになっている。
【０００３】
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９に示されているように、燃料電池システムおいては、温度を検出する温度検出手段たる電池温度監視装置１０７，電池冷却水温度検出装置１１９を備え、温度が規定範囲から外れたときに運転を停止するとともに前記発電電力表示部１３２によって異常を報知するように構成している。これにより、温度が規定範囲から外れたときに運転を停止するとともに簡単な構成で異常を報知することができる。また、発電電力表示部１３２によって異常を報知するので、発電電力表示部１３２を発電電力表示と異常の報知に兼用でき、操作表示部１１１を低価格でシンプルに構成することができ、表示を分かりやすくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５１４０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８７７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、センサに異常が発生したか否かを判定する処理では、例えば正常状態のセンサの出力値に対して予め設定された所定の上限値および下限値を超える出力値が出力されているか否かに基づいて判定するようになっているが、センサ自身の故障により出力信号が所定範囲を超えているのか、あるいはセンサの検出対象である物理量（例えば温度）が実際に所定範囲を超えているのかがわからない場合がある。この場合、異常が発生した後のメンテナンス性の向上を図るために、センサ故障であるか物理量の異常であるかを特定できることが要請されている。
【０００６】
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、温度が規定範囲から外れたときに運転を停止するとともに簡単な構成で異常を報知することができるようになっているが、センサ自身の故障により出力信号が所定範囲を超えているのか、あるいはセンサの検出対象である物理量（例えば温度）が実際に所定範囲を超えているのかがわからない場合がある。この場合、異常が発生した後のメンテナンス性の向上を図るために、センサ故障であるか物理量の異常であるかを特定できることが要請されている。
【０００７】
本発明は、上述した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、検出センサ自身の故障であるか検出センサの検出対象の異常であるかを特定し、ひいては異常が発生した後のメンテナンス性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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から燃料を生成する改質部と、少なくとも燃料電池のアノードオフガスを燃焼させて改質部を加熱する燃焼部と、を備えた燃料電池システムであって、燃料電池システムの排熱を回収する排熱回収システムと、燃料電池、改質部、燃焼部および排熱回収システム、ならびにそれらに入出する流体、のうち少なくともいずれか一つの物理量の状態を検出する検出センサと、検出センサの出力信号に基づいて燃料電池システムを制御する制御装置と、を備え、制御装置は、検出センサの出力信号が第１の判定時間以上継続して検出センサの通常の使用範囲を超えた範囲である第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサが故障であるか否かを判定するセンサ故障判定手段と、検出センサの出力信号が第１の判定時間より長い第２の判定時間以上継続して第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる検出センサの通常の使用範囲を超えない範囲である第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定する状態異常判定手段と、各判定手段による判定結果を記憶する記憶手段と、を備えている。
【０００９】
また請求項２に係る発明は、請求項１において、制御装置は、センサ故障判定手段が検出センサが故障であると判定したときには、状態異常判定手段による判定を禁止する判定禁止手段をさらに備えている。
【００１０】
また請求項３に係る発明は、請求項１において、検出センサと検出対象が同一であり該検出センサの代替となる代替検出センサを備えている場合において、制御装置は、センサ故障判定手段が検出センサが故障であると判定した後に、代替検出センサの出力信号が第２の判定時間以上継続して第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該代替検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定する代替状態異常判定手段と、検出センサが故障である旨の警告をする警告手段と、を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、センサ故障判定手段が、検出センサの出力信号が第１の判定時間以上継続して検出センサの通常の使用範囲を超えた範囲である第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサが故障であるか否かを判定し、状態異常判定手段が、検出センサの出力信号が第１の判定時間より長い第２の判定時間以上継続して第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる検出センサの通常の使用範囲を超えない範囲である第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定し、記憶手段が、各判定手段による判定結果を記憶する。
【００１２】
これにより、検出センサが断線、短絡により故障することで検出センサの出力信号が第１の判定範囲外になった場合、その状態が第１の判定時間以上継続すれば、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定することができ、またその判定も比較的短時間で行うことができる。このとき、第１の判定時間より長い第２の判定時間経過後でなければ、状態異常判定手段は判定を行わないので、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定した後において、状態異常判定手段の判定を禁止することで該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とが並存することを防止することが可能となる。
【００１３】
また、検出センサの検出対象の物理量の状態が異常範囲となることで検出センサの出力信号が第１の判定範囲内であって第２の判定範囲外になった場合、その状態が第２の判定時間以上継続すれば、状態異常判定手段によって該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であると判定することができる。
【００１４】
さらに、記憶手段は、上記判定手段による判定結果を記憶しているので、燃料電池システムおよび検出センサの少なくともいずれかに異常が発生した後に、判定結果に基づいて検出センサ自身が故障したのか検出センサの検出対象に異常が発生したのかを特定することができ、その結果を利用してメンテナンス性を向上させることができる。
【００１５】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、判定禁止手段が、センサ故障判定手段が検出センサが故障であると判定したときには、状態異常判定手段による判定を禁止する。これにより、第１の判定時間より長い第２の判定時間経過後でなければ、状態異常判定手段は判定を行わないので、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定した後において、状態異常判定手段の判定を禁止することで該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とが並存することを防止することができる。よって、該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とを互いに誤判定することを確実に抑制できる。
【００１６】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、検出センサと検出対象が同一であり該検出センサの代替となる代替検出センサを備えている場合において、代替状態異常判定手段が、センサ故障判定手段が検出センサが故障であると判定した後に、代替検出センサの出力信号が第２の判定時間以上継続して第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該代替検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定し、警告手段が、検出センサが故障である旨の警告をする。これにより、代替検出センサによる出力信号を用いて燃料電池システムを運転することが可能であるため、検出センサが故障である旨を警告しつつ、燃料電池システムを発電運転させることができる。この間に、検出センサの交換の準備をするなどのメンテナンス準備を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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３に示すフローチャートを実行した際のタイムチャートであって検出センサ自身の故障である旨を判定した場合の図である。
【図５】図３に示すフローチャートを実行した際のタイムチャートであって検出センサの検出対象（燃焼部の温度）が異常である旨を判定した場合の図である。
【図６】図２に示す制御装置の制御を示すブロック図である。
【図７】図６に示す制御ブロック図を実行した際のタイムチャートである。
【図８】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９】図８に示すフローチャートを実行した際のタイムチャートであって検出センサ自身の故障である旨を判定した場合の図である。
【図１０】図８に示すフローチャートを実行した際のタイムチャートであって検出センサの検出対象（燃焼部の温度）が異常である旨を判定した場合の図である。
【図１１】図２に示す制御装置の他の制御（代替検出センサがある場合）を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。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。また、給水管４１には、給水管４１を流れ蒸発部２２に供給されている改質水の圧力を検出する圧力センサ４１ｃを設けるようにしてもよい。圧力センサ４１ｃは、その検出結果（出力信号）を制御装置６０に送信している。
【００２４】
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、圧力センサ４２ｂ、脱硫器４２ｄ、原料ポンプ４２ｅおよび流量センサ４２ｃが設けられている。なお、流量センサ４２ｃは、脱硫器４２ｄの下流に配置されるのが望ましい。
【００２５】
原料バルブ４２ａは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。圧力センサ４２ｂは、改質用原料供給管４２を流れ蒸発部２２に供給されている改質用原料の圧力を検出し、その検出結果（出力信号）を制御装置６０に送信している。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。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（カソードエア送出（送風）手段）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。
【００３１】
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。なお、カソードエア供給管４４には、圧力センサ４４ｃを設けるようにしてもよい。圧力センサ４４ｃは、カソードエア供給管４４を流れ燃料電池２４に供給されているカソードエアの圧力を検出し、その検出結果（出力信号）を制御装置６０に送信している。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００３５】
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
【００３６】
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００３７】
そして、燃料流路２４ｂ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、発電に使用されずに空気流路２４ｃから導出された酸化剤ガス（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。
【００３８】
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。着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２は、何れか一つを設けるような構成としてもよい。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。
【００３９】
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排熱回収系である。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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第１温度センサ３２ｂ、貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、熱交換器３３、および第３温度センサ３２ｄが配設されている。なお、貯湯水循環ポンプ３２ａと第１温度センサ３２ｂはその順番を逆にして配置するようにしてもよい。
【００４２】
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は、第３温度センサ３２ｄ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。
【００４３】
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。
【００４４】
第３温度センサ３２ｄ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３温度センサ３２ｄ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
熱交換器３３内に配設されている貯湯水循環ライン３２には、第２温度センサ３２ｃが設けられている。第２温度センサ３２ｃは、貯湯水の熱交換器３３の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。
【００４８】
このように構成された熱交換器３３においては、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、加熱されて貯湯槽３１の上部へ流出される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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〜３２ｄ、流量センサ４１ｂ，４２ｃ，４４ｂ、圧力センサ４２ｂ，４１ｃ，４４ｃ、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｅ、各ブロワ１５，４４ａ、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が接続されている（図２参照）。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。
【００５６】
なお、上述した温度センサ２４ｄ，２６ｂ１，２６ｂ２，３２ｂ〜３２ｄ、流量センサ４１ｂ，４２ｃ，４４ｂ、圧力センサ４２ｂ，４１ｃ，４４ｃは、燃料電池２４、改質部２３、燃焼部２６および排熱回収システム３０、ならびにそれらに入出する流体の各物理量の状態をそれぞれ検出する検出センサである。ここで、物理量とは、質量、長さ、体積、圧力、時間、温度、流量などのような、物体や物質などの測定対象に固有な、物理系の性質を記述する、客観的に測定できる量、およびその量を用いて算出できる量のことである。本実施形態では、具体的には、燃料電池２４、改質部２３、燃焼部２６の温度や、貯湯水など流体の温度、改質用原料、改質水、カソードエアの流量および圧力などである。
【００５７】
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。燃料電池システムに電源が供給されると、上述した各センサのうち制御装置６０に電源が供給されると合わせて電源が供給されるセンサ（すなわち制御装置６０から電源が供給されるセンサ）は作動してセンサの出力値を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチつまりセンサ電源がオンされると、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。起動スイッチがＯＮされると、制御装置６０は、補機用電源を作動させ、これにより、補機用電源から電源が供給されているセンサが作動する（ステップ１０２）。制御装置６０は、発電運転中（または起動運転中）において、該センサの出力値をそれぞれ該センサから読み込む（ステップ１０４）。本実施形態では、上述した温度センサについて説明する。温度センサとしては、熱電対やサーミスタなどが上げられる。具体的には、燃焼部２６の温度を検出する温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）について説明する。本実施形態では、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）については熱電対を使用しているが、サーミスタを使用してもよい。温度センサ３２ｄについてはサーミスタを使用しているが、熱電対を使用してもよい。
【００５８】
制御装置６０は、ステップ１０６，１０８において、温度センサ２６ｂ１の出力信号が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該温度センサ２６ｂ１が故障であるか否かを判定する（センサ故障判定手段）。すなわち、温度センサ２６ｂ１の出力信号（出力値）が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲外にあるとき（ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し）、制御装置６０は該温度センサ２６ｂ１が故障であると判定する（ステップ１０８）。より詳細には、温度センサ２６ｂ１の出力信号であるセンサ出力値Ｔｈが第１の判定時間ＴＭ１以上継続してＴｈＵ２以上（またはＴｈＤ２以下）であるとき、制御装置６０は、ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し、温度センサ２６ｂ１が故障であると判定する（ステップ１０８）。
【００５９】
一方、温度センサ２６ｂ１の出力信号が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲内にあるとき（ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定し）、制御装置６０は該温度センサ２６ｂ１が故障でないと判定する。より詳細には、センサ出力値ＴｈがＴｈＤ２以下である場合、センサ出力値ＴｈがＴｈＵ２以上であるが第1の判定時間ＴＭ１継続していない場合などには、制御装置６０は、ステップ１０６にて「ＮＯ」と判定し、温度センサ２６ｂ１が故障であると判定しない。
【００６０】
第１の判定時間ＴＭ１は、制御サイクルタイムの長さ、ノイズによる誤検出（誤判定）を抑制することを考慮して設定されている所定時間である。具体的には、第１の判定時間ＴＭ１は、２〜３秒程度に設定されている。
【００６１】
また、第１の判定範囲は、当該温度センサの通常の使用範囲（正常に検出可能な範囲）を越えた範囲（当該温度センサの通常の使用範囲（正常に検出可能な範囲）を含む）に設定されるのが好ましい。この第１の判定範囲は、正常な温度センサを通常に使用した場合に、正常に出力される値を超えた値であって出力されるはずのない信号値となるように設定されている。すなわち、その温度センサが断線や短絡などで故障した場合に、その異常状態でなければ出力されない信号値となるように設定されている。
【００６２】
例えば、温度センサ２６ｂ１において、通常の使用温度範囲（ＴｈＤ１以上でありＴｈＵ１以下である温度範囲）は−３０℃〜８００℃の範囲である。第１の判定範囲は、使用温度範囲の上限値ＴｈＵ１以上であるＴｈＵ２を上限値とし、使用温度範囲の下限値ＴｈＤ１以下であるＴｈＤ２を下限値として設定されている。例えば、上限値ＴｈＵ２は１０００℃であり、下限値ＴｈＤ２は−２００℃である。断線の場合には下限値ＴｈＤ２である−２００℃が出力され、短絡の場合には上限値ＴｈＵ２である１０００℃が出力される。
【００６３】
また、制御装置６０は、ステップ１１２，１１４（またはステップ１１６，１１８）において、温度センサ２６ｂ１の出力信号が第１の判定時間ＴＭ１より長い第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該温度センサ２６ｂ１の検出対象である物理量の状態（燃焼部２６の温度）が異常であるか否かを判定する（状態異常判定手段）。
【００６４】
すなわち、温度センサ２６ｂ１の出力信号が第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第２の判定範囲外にあるとき（ステップ１１２または１１６にて「ＹＥＳ」と判定し）、制御装置６０は該温度センサ２６ｂ１の検出対象である物理量の状態（燃焼部２６の温度）が異常であると判定する（ステップ１１４または１１８）。より詳細には、センサ出力値Ｔｈが第２の判定時間ＴＭ２以上継続してＴｈＨ以上であるとき、制御装置６０は、ステップ１１２にて「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２６が高温異常であると判定する（ステップ１１４）。また、センサ出力値Ｔｈが第２の判定時間ＴＭ２以上継続してＴｈＬ以下であるとき、制御装置６０は、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２６が低温異常であると判定する（ステップ１１８）。
【００６５】
一方、温度センサ２６ｂ１の出力信号が第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第２の判定範囲内にあるとき（ステップ１１２または１１６にて「ＮＯ」と判定し）、制御装置６０は該温度センサ２６ｂ１の検出対象である物理量の状態（燃焼部２６の温度）が異常でないと判定する。より詳細には、センサ出力値ＴｈがＴｈＬ以上でありＴｈＨ以下である範囲内にある場合、センサ出力値ＴｈがＴｈＬ未満であるかＴｈＨより大きい場合であるが第２の判定時間ＴＭ２継続していない場合などには、制御装置６０は、ステップ１１２（またはステップ１１６）にて「ＮＯ」と判定し、燃焼部２６が温度異常であると判定しない。
【００６６】
第２の判定時間ＴＭ２は、制御サイクルタイムの長さ、ノイズによる誤検出（誤判定）を抑制することを考慮して設定されている所定時間である。具体的には、第２の判定時間ＴＭ２は、３〜１０秒程度に設定されている。
【００６７】
また、第２の判定範囲は、当該温度センサの通常の使用範囲（正常に検出可能な範囲）を越えない範囲内に設定されるのが好ましい。この第２の判定範囲は、燃料電池システムを通常に運転（起動運転、発電運転（定常運転）、停止運転）させた場合、想定された正常な温度範囲となるように設定されている。
【００６８】
例えば、発電運転中の温度センサ２６ｂ１において、通常の使用温度範囲（ＴｈＤ１以上でありＴｈＵ１以下である温度範囲）は−３０℃〜８００℃の範囲である。第２の判定範囲は、使用温度範囲の上限値ＴｈＵ１以下であるＴｈＨを上限値とし、使用温度範囲の下限値ＴｈＤ１以上であるＴｈＬを下限値として設定されている。例えば、上限値ＴｈＨは６００℃であり、下限値ＴｈＬは０℃である。
【００６９】
制御装置６０は、先にステップ１０８にて温度センサ２６ｂ１が故障である旨の判定をした場合には、ステップ１１０において、温度異常に係る判定（ステップ１１２，１１４またはステップ１１６，１１８の処理）を行うことを禁止する。すなわち、温度異常に係る判定をマスキングする。その後、制御装置６０は、ステップ１２０で温度センサ２６ｂ１が故障である旨の判定結果を記憶した後で、ステップ１２２以降にて燃料電池システムの停止運転や再起動などを行う。
【００７０】
また、制御装置６０は、先にステップ１１４またはステップ１１８にて燃焼部２６が温度異常である旨の判定をした場合には、ステップ１２０で燃焼部２６が温度異常である旨の判定結果を記憶した後で、ステップ１２２以降にて燃料電池システムの停止運転や再起動などを行う。
【００７１】
制御装置６０は、ステップ１２２において燃料電池システムの停止運転を開始する。制御装置６０は、ステップ１２２において、インバータ装置５０が系統電源５１と解列し、停止処理へ移行させる。これにより、発電運転または起動運転を中止して停止運転を開始することができ、燃料電池システムの冷却を開始することができる。
【００７２】
停止運転の処理が完了するまでは、制御装置６０は、ステップ１２４の処理を繰り返し実行する。停止運転の処理が完了すると、燃料電池システムは、待機状態となる。待機状態は、燃料電池システムが運転停止している状態であり、制御装置６０、制御用電源などは稼動しているが、補機用電源、補機のうちポンプ４１ａ，４２ｅ、ブロワ１５，４４ａ、バルブ（図示省略）、などは稼動していない状態である。待機状態であって再起動を禁止されている場合には、点検・修理するまで、その状態は維持され、燃料電池システムが起動・発電運転されることはない。
【００７３】
停止運転の処理が完了すると、制御装置６０は、ステップ１２４にて「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１２６に進めて再起動の許可の可否判定を行う。なお、停止運転の処理が完了したか否かは、燃料電池システムの所定部位（例えば、燃料電池内部の温度センサ２４ｄの設置部位）の温度が所定温度以下となったか否かに基づいて判定すればよい。
【００７４】
制御装置６０は、ステップ１２６において、今回、燃料電池システムの停止運転と判定した対象（本実施形態では燃焼部２６の温度）について燃料電池システムの再起動を許可するか否かを判定する。具体的には、停止運転の処理が完了した時点における燃焼部２６の温度を検出する温度センサ２６ｂ１の出力値が第１の判定範囲外にある場合には、温度センサ２６ｂ１自身の故障であると判断して、再起動を許可しない。
【００７５】
制御装置６０は、その結果を受けて、燃料電池システムを上述した待機状態に保持する（ステップ１２８）。すなわち、燃料電池システムの再起動を禁止する。
【００７６】
一方、停止運転の処理が完了した時点における燃焼部２６の温度を検出する温度センサ２６ｂ１の出力値が第２の判定範囲外であり第１の判定範囲内にある場合には、何らかの理由（例えば、制御遅れによる改質用原料の供給過多、原料バルブ４２ａの故障による改質用原料の供給過多、セルや補機の劣化など）により一時的に燃焼部２６の温度が上昇して第２の判定範囲外となったと判断して、再起動を許可する。
【００７７】
再起動を許可するときにおいては、運転条件の補正処理が必要でない場合には（ステップ１３０で「ＮＯ」判定）、制御装置６０は、起動運転（発電運転）を開始する（ステップ１３２）。一方、運転条件の補正処理が必要である場合には、制御装置６０は、補正処理の実行（ステップ１３４）をした後に、起動運転（発電運転）を開始する（ステップ１３２）つまり、燃料電池システムが再起動される。なお、起動運転は、改質用原料、改質水およびカソードエアを燃料電池２４に供給して燃焼部２６で燃焼させることで蒸発部２２および改質部２３を加熱して、蒸発部２２および改質部２３を含めて燃料電池モジュール２０を暖機する運転である。発電運転（定常運転）は、起動運転終了後（あるいは所定条件（所定部位が所定温度以上である場合など）を満たしている場合には起動運転を省略して）、改質用原料および改質水を供給することで燃料を生成して燃料電池２４に供給するとともにカソードエアを燃料電池２４に供給することにより発電する運転である。
【００７８】
次に、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）が故障した場合について、図４に示すタイムチャートを参照して説明する。発電運転中において、時刻ｔ１において、温度センサ２６ｂ１に故障（例えば断線）が発生した場合、温度センサ２６ｂ１の出力値Ｔｈは、それまで第２の判定温度範囲（ＴｈＬからＴｈＨまでの範囲）にあったが、瞬時にＴｈＵ２まで上昇する。それ以降、その状態は継続される（温度センサ２６ｂ１の故障が解消されるまで）。
【００７９】
時刻ｔ１から第１の判定時間ＴＭ１経過した時点（時刻ｔ２）においても、出力値ＴｈはＴｈＵ２が継続されているため、制御装置６０は、温度センサ２６ｂ１自身が故障である旨を判定する（ステップ１０８）。温度センサ２６ｂ１が故障である旨が記憶される（ステップ１２０）。同時に、燃料電池システムの停止運転が開始される（ステップ１２２）。
【００８０】
さらに、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）の検出対象である燃焼部２６の温度が異常である場合について、図５に示すタイムチャートを参照して説明する。発電運転中において、何らかの理由により（例えば、制御遅れによる改質用原料の供給過多、原料バルブ４２ａの故障による改質用原料の供給過多、セルや補機の劣化など）燃焼部２６の温度が上昇した場合、時刻ｔ１１において、それまで第２の判定温度範囲（ＴｈＬからＴｈＨまでの範囲）にあった温度センサ２６ｂ１の出力値Ｔｈが、ＴｈＨ以上となる。その後、さらに燃焼部２６の温度が上昇し続けて、時刻ｔ１１から第２の判定時間ＴＭ２経過した時点（時刻ｔ１２）においても、出力値ＴｈがＴｈＨ以上である状態が継続されている。このとき、制御装置６０は、燃焼部２６が高温異常である旨を判定する（ステップ１１４）。燃焼部２６が高温異常である旨が記憶される（ステップ１２０）。同時に、燃料電池システムの停止運転が開始される（ステップ１２２）。
【００８１】
さらに、図６に示すブロック図を参照して説明する。制御装置６０は、センサ故障判定部６１、状態異常判定部６２、状態異常判定禁止部６３、システム停止運転部６４、記憶部６５、システム再起動許可判定部６６、再起動部６７、および待機状態保持部６８を有している。
【００８２】
センサ故障判定部６１は、上述した検出センサのうち一のセンサ（例えば温度センサ２６ｂ１）から出力信号を入力し、その出力信号が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサが故障であるか否かを判定する（センサ故障判定手段）。第１の判定時間ＴＭ１および第１の判定範囲は上述したステップ１０６で説明したものと同様である。
【００８３】
センサ故障判定部６１は、出力信号が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲外にある場合には、該検出センサが故障である旨を判定し、そうでない場合には、該検出センサが故障でない旨を判定する。また、センサ故障判定部６１は、その判定結果を状態異常判定禁止部６３、システム停止運転部６４および記憶部６５に出力する。
【００８４】
状態異常判定部６２は、センサ故障判定部６１が出力信号を入力している検出センサから同一の出力信号を入力し、その出力信号が第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサの検出対象である物理量（燃焼部２６の温度）の状態が異常であるか否かを判定する（状態異常判定手段）。第２の判定時間ＴＭ２および第２の判定範囲は上述したステップ１１２，１１６で説明したものと同様である。
【００８５】
状態異常判定部６２は、出力信号が第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第２の判定範囲外にある場合には、該検出センサの検出対象である物理量（燃焼部２６の温度）の状態が異常である旨を判定し、そうでない場合には、物理量の状態が異常でない旨を判定する。また、状態異常判定部６２は、その判定結果をシステム停止運転部６４および記憶部６５に出力する。
【００８６】
なお、センサ故障判定部６１および状態異常判定部６２は、互いに独立かつ並行にその判定を実施している。燃料電池システムが運転中（起動運転、発電運転、停止運転）および待機状態においても、その判定を実施している。
【００８７】
状態異常判定禁止部６３は、センサ故障判定部６１から検出センサが故障である旨の判定が入力されると、状態異常判定部６２に対して、状態異常判定部６２の判定を禁止する旨の信号（あるいは、判定の継続は許可するがその判定結果をシステム停止運転部６４に出力するのを禁止する旨の信号）を出力する。その信号を受けた状態異常判定部６２は、信号内容に応じた処理を行う。
【００８８】
システム停止運転部６４は、センサ故障判定部６１から検出センサが故障である旨の判定を入力した場合、または状態異常判定部６２から検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨の判定を入力した場合には、その入力した時点から、上述したステップ１２２，１２４の処理と同様に燃料電池システムの停止運転を行う。
【００８９】
記憶部６５は、センサ故障判定部６１から判定結果、および状態異常判定部６２から判定結果を入力するとともに、センサ故障判定部６１が出力信号を入力している検出センサから同一の出力信号も入力している。これにより、記憶部６５に記憶されている情報を利用することで、メンテナンス時において、検出センサ自身の故障であるか、検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるのか、を特定することができる。
【００９０】
システム再起動許可判定部６６は、上述したステップ１２６と同様な処理を行って、今回、燃料電池システムの停止運転と判定した対象（本実施形態では燃焼部２６の温度）について再起動を許可するか否かを判定する。
【００９１】
再起動部６７は、システム再起動許可判定部６６からの再起動を許可する旨の信号を入力して、上述したステップ１３２の処理と同様に燃料電池システムを再起動する。
【００９２】
待機状態保持部６８は、システム再起動許可判定部６６からの待機状態を保持する旨（再起動を禁止する旨）の信号を入力して、上述したステップ１２８の処理と同様に燃料電池システムの待機状態を保持する（再起動を禁止する）。
【００９３】
前述した燃料電池システムによれば、図４に示すタイムチャートを参照して説明したように、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）が故障した場合に、検出センサ自身の故障である旨を判定でき、温度センサ２６ｂ１が故障である旨が記憶される。同時に、燃料電池システムの停止運転を行うことができる。
【００９４】
さらに、図５に示すタイムチャートを参照して説明したように、温度センサ２６ｂ１（または２６ｂ２）の検出対象である燃焼部２６の温度が異常である旨を判定でき、燃焼部２６が高温異常である旨が記憶される。同時に、燃料電池システムの停止運転を行うことができる。
【００９５】
さらに、図７に示すタイムチャートを参照して説明するように、燃焼部２６の温度異常が発生し第２の判定時間ＴＭ２経過前にセンサ故障が発生した場合にも、記憶部６５に記憶されている検出センサの検出履歴からエラーの原因を特定することが可能となる。
【００９６】
すなわち、発電運転中において、何らかの理由により（例えば、制御遅れによる改質用原料の供給過多、原料バルブ４２ａの故障による改質用原料の供給過多、セルや補機の劣化など）燃焼部２６の温度が上昇した場合、時刻ｔ２１において、それまで第２の判定温度範囲（ＴｈＬからＴｈＨまでの範囲）にあった温度センサ２６ｂ１の出力値Ｔｈが、ＴｈＨ以上ＴｈＵ１未満の範囲となる。その後、さらに燃焼部２６の温度が上昇し続けるが、時刻ｔ２１から第２の判定時間ＴＭ２経過した時点（時刻ｔ２３）より前の時刻ｔ２２において、瞬時にＴｈＵ２まで上昇する。それ以降、その状態は継続される（温度センサ２６ｂ１の故障が解消されるまで）。
【００９７】
この場合、時刻ｔ２１から第２の判定時間ＴＭ２経過した時点（時刻ｔ２３）においても、出力値ＴｈがＴｈＨ以上である状態が継続されている。よって、状態異常判定部６２は、時刻ｔ２３において燃焼部２６が高温異常である旨を判定する。記憶部６５によって燃焼部２６が高温異常である旨が記憶される。同時に、システム停止運転部６４によって燃料電池システムの停止運転が行われる。
【００９８】
さらに、時刻ｔ２２から第１の判定時間ＴＭ１経過した時点（時刻ｔ２４）においては、出力値ＴｈはＴｈＵ２が継続されているため、センサ故障判定部６１は、温度センサ２６ｂ１自身が故障である旨を判定する。記憶部６５によって温度センサ２６ｂ１が故障である旨が記憶される。
【００９９】
なお、記憶部６５は、燃焼部２６が高温異常である旨の判定結果を入力したときにおける、検出センサからの出力信号を所定期間にわたって記憶するようにしてもよい。これにより、状態異常判定部６２からの判定結果および時刻ｔ２３における出力信号に基づきエラーの原因をより正確に特定することができる。
【０１００】
次に、他の検出センサに適用する場合について、図８〜図１０を参照して説明する。基本的に図３〜図５に対する説明と同様であるので、異なる点について説明する。流量センサや圧力センサの場合が挙げられるが、流量や圧力値など、センサで計測した値は４−２０ｍＡの電流値や、１−５Ｖや０−５Ｖなどの電圧値でアナログ出力され、制御装置６０に読み込まれる。以下に、１−５Ｖの電圧出力のアナログ値で読み込まれる場合の例を示す。
【０１０１】
制御装置６０は、ステップ１０４と同様に検出センサの出力値をそれぞれ該センサから読み込む（ステップ２０２）。制御装置６０は、ステップ２０４，２０６において、ステップ１０６，１０８と同様に、当該検出センサの出力信号が第３の判定時間ＴＭ３（第１の判定時間ＴＭ１と同様である）以上継続して第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該当該検出センサが故障であるか否かを判定する（センサ故障判定手段）。すなわち、当該検出センサの出力信号（出力値）が第３の判定時間ＴＭ３以上継続して第１の判定範囲外にあるとき（ステップ２０４にて「ＹＥＳ」と判定し）、制御装置６０は該当該検出センサが故障であると判定する（ステップ２０６）。一方、当該検出センサの出力信号が第３の判定時間ＴＭ３以上継続して第１の判定範囲内にあるとき（ステップ２０４にて「ＮＯ」と判定し）、制御装置６０は該当該検出センサが故障でないと判定する。
【０１０２】
例えば、当該検出センサにおいて、通常の使用範囲（ＶＤ１以上でありＶＵ１以下である範囲）は１．０〜４．５Ｖの範囲である。第１の判定範囲は、使用範囲の上限値ＶＵ１以上であるＶＵ２を上限値とし、使用範囲の下限値ＶＤ１以下であるＶＤ２を下限値として設定されている。例えば、上限値ＶＵ２は５Ｖであり、下限値ＶＤ２は０Ｖである。すなわち第１の判定範囲は、０−５Ｖである。断線の場合には下限値ＶＤ２である０Ｖが出力され、短絡の場合には上限値ＶＵ２である５Ｖが出力される。
【０１０３】
また、制御装置６０は、ステップ２１０，２１２（またはステップ２１４，２１６）において、ステップ１１２〜１１８と同様に、当該検出センサの出力信号が第３の判定時間ＴＭ３より長い第４の判定時間ＴＭ４（第２の判定時間ＴＭ２と同様である）以上継続して第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該当該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定する（状態異常判定手段）。
【０１０４】
すなわち、当該検出センサの出力信号が第４の判定時間ＴＭ４以上継続して第２の判定範囲外にあるとき（ステップ２１０または２１４にて「ＹＥＳ」と判定し）、制御装置６０は該当該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であると判定する（ステップ２１２または２１６）。一方、当該検出センサの出力信号が第４の判定時間ＴＭ４以上継続して第２の判定範囲内にあるとき（ステップ２１０または２１４にて「ＮＯ」と判定し）、制御装置６０は該当該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常でないと判定する。
【０１０５】
例えば、当該検出センサにおいて、発電運転中の通常の使用範囲（ＶＤ１以上でありＶＵ１以下である範囲）は１．５Ｖ〜４．５Ｖの範囲である。第２の判定範囲は、使用範囲の上限値ＶＵ１以下であるＶＨを上限値とし、使用範囲の下限値ＶＤ１以上であるＶＬを下限値として設定されている。例えば、上限値ＶＨは４Ｖであり、下限値ＶLは２Ｖである。
【０１０６】
制御装置６０は、ステップ２０８において、ステップ１１０と同様に、検出対象である物理量の状態異常に係る判定を行うことを禁止する。
【０１０７】
このように、図９のタイムチャートに示すように、図４に示すタイムチャートと同様に、検出センサが故障した場合に、検出センサ自身の故障である旨を判定でき、温度センサ２６ｂ１が故障である旨が記憶される（時刻ｔ３２）。同時に、燃料電池システムの停止運転を行うことができる。さらに、図１０のタイムチャートに示すように、図５に示すタイムチャートと同様に、検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨を判定し、記憶される（時刻ｔ４２）。同時に、燃料電池システムの停止運転を行うことができる。
【０１０８】
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、センサ故障判定手段（ステップ１０６，１０８；６１）が、検出センサの出力信号が第１の判定時間ＴＭ１以上継続して第１の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサが故障であるか否かを判定し、状態異常判定手段（ステップ１１２〜１１８；６２）が、検出センサの出力信号が第１の判定時間ＴＭ１より長い第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第１の判定範囲より狭くかつ該第１の判定範囲に全範囲が含まれる第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定し、記憶手段（ステップ１２０；６５）が、各判定手段による判定結果を記憶する。
【０１０９】
これにより、検出センサが断線、短絡により故障することで検出センサの出力信号が第１の判定範囲外になった場合、その状態が第１の判定時間ＴＭ１以上継続すれば、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定することができ、またその判定も比較的短時間で行うことができる。このとき、第１の判定時間ＴＭ１より長い第２の判定時間ＴＭ２経過後でなければ、状態異常判定手段は判定を行わないので、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定した後において、状態異常判定手段の判定を禁止することで該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とが並存することを防止することが可能となる。
【０１１０】
また、検出センサ（例えば温度センサ２６ｂ１）の検出対象の物理量（例えば燃焼部２６）の状態が異常範囲となることで検出センサの出力信号が第１の判定範囲内であって第２の判定範囲外になった場合、その状態が第２の判定時間ＴＭ２以上継続すれば、状態異常判定手段によって該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であると判定することができる。
【０１１１】
さらに、記憶手段は、上記判定手段による判定結果を記憶しているので、燃料電池システムおよび検出センサの少なくともいずれかに異常が発生した後に、判定結果に基づいて検出センサ自身が故障したのか検出センサの検出対象に異常が発生したのかを特定することができ、その結果を利用してメンテナンス性を向上させることができる。
【０１１２】
また、判定禁止手段（ステップ１１０；６３）が、センサ故障判定手段が検出センサが故障であると判定したときには、状態異常判定手段による判定を禁止する。これにより、第１の判定時間ＴＭ１より長い第２の判定時間ＴＭ２経過後でなければ、状態異常判定手段は判定を行わないので、センサ故障判定手段によって検出センサが故障であると判定した後において、状態異常判定手段の判定を禁止することで該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とが並存することを防止することができる。よって、該検出センサの検出対象である物理量の状態が異常である旨と検出センサが故障である旨とを互いに誤判定することを確実に抑制できる。
【０１１３】
なお、上述した実施形態において、検出センサと検出対象が同一であり該検出センサの代替となる代替検出センサを備えるようにしてもよい。例えば、温度センサ２６ｂ１に対する代替検出センサは温度センサ２６ｂ２である。両温度センサ２６ｂ１，２６ｂ２はいずれも燃焼部２６の温度を検出対象としている。
【０１１４】
このとき、制御装置６０は、センサ故障判定手段（６１）が検出センサが故障であると判定した後に、代替検出センサからの出力信号を入力し、その出力信号が第２の判定時間ＴＭ２以上継続して第２の判定範囲外にあるか否かに基づいて、該代替検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定する代替状態異常判定部７１（代替状態異常判定手段）と、燃料電池システムの運転モードを起動運転、発電運転、停止運転のいずれかに切り替えるシステム運転切替部７２と、検出センサが故障である旨の警告をする警告部７３（警告手段）と、燃料電池システムの運転を継続するシステム運転継続部７４と、を備えるようにすればよい。
【０１１５】
代替状態異常判定部７１は、センサ故障判定部６１からセンサ故障である旨の判定結果を入力すると、状態異常判定部６２に代わって、代替検出センサからの出力信号に基づいて該代替検出センサの検出対象である物理量の状態が異常であるか否かを判定し、判定結果をシステム運転切替部７２に出力する。
【０１１６】
これによれば、代替検出センサによる出力信号を用いて燃料電池システムを運転することが可能であるため、検出センサが故障である旨を警告しつつ、燃料電池システムの発電運転（起動運転）を継続させることができる。この間に、検出センサの交換の準備をするなどのメンテナンス準備を行うことができる。
【０１１７】
なお、検出センサは断線である旨を示す信号を出力するものであってもよい。また、検出センサの場合には、サーミスタを使用してもよい。この場合、温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣタイプのものやＮＴＣサーミスタとは逆に温度の上昇に対して抵抗が増大するＰＴＣタイプのものある。
【０１１８】
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など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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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】
【０１２４】
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、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、４２ａ…流量センサ、４２ｃ…原料ポンプ、５０…インバータ装置、５０ａ…電圧センサ、５０ｂ…電流センサ、５１…系統電源、５２…電源ライン、５３…外部電力負荷、５４…制御用電源、５５…補機用電源、５５ａ…電圧検出装置、５６…電源遮断装置、５６ｂ…感熱部、５６ｄ…スイッチ部、５７…電源回路、６０…制御装置、６１…センサ故障判定部、６２…状態異常判定部、６３…状態異常判定禁止部、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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