(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムを稼働しながらその補助機器の劣化状態を診断することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】焼料電池システムは、燃料ガスを改質する改質器と、改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うセルスタックと、セルスタックの発電を補助する補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２）と、補助機器を制御するコントローラ５２とを備える。コントローラ５２は、補助機器の劣化診断を行う補機劣化診断手段５６を含む。補機劣化診断手段５６は、補助機器の劣化進行状態を劣化診断期間の間隔毎に演算する補機劣化勾配値演算手段７８と、この補機劣化勾配値に基づいて基準寿命期間における補機予測劣化値を演算する補機予測劣化値演算手段８０と、この補機予測劣化値に基づいて劣化が進行しているか否かを判定する補機劣化判定手段８２とを含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、前記セルスタックの発電を補助するための補助機器と、前記補助機器を制御するためのコントローラとを備え、前記補助機器は、前記改質器に燃料ガスを供給するための燃料ガスポンプと、前記セルスタックに酸化材を供給するための酸化材ブロアと、前記改質器に改質水を供給するための水ポンプとを含んでいる燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記補助機器の少なくとも一つの劣化診断を行うための補機劣化診断手段を含み、前記補機劣化診断手段は、劣化診断を行う前記補助機器の劣化進行状態を劣化診断期間の間隔毎に演算するための補機劣化勾配値演算手段と、前記補機劣化勾配値演算手段による補機劣化勾配値に基づいて基準寿命期間における補機予測劣化値を演算するための補機予測劣化値演算手段と、前記補機予測劣化値演算手段による前記補機予測劣化値に基づいて劣化が進行しているか否かを判定する補機劣化判定手段と、を含んでいることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記補機劣化判定手段は、前記基準寿命期間における補機劣化判定基準値と前記補機予測劣化値演算手段による前記補機予測劣化値とを比較し、前記補機予測劣化値が前記補機劣化判定基準値を超えて劣化すると劣化進行と判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記補機劣化診断手段は、更に、劣化診断を行う前記補助機器の駆動電力を検知するための電力検知手段と、前記電力検知手段の検知電力の計測時間毎の移動平均値を演算するための移動平均値演算手段とを含み、前記移動平均値演算手段による前記移動平均値が前記劣化診断期間の間にわたって更新され、前記補機劣化勾配値演算手段は、前記劣化診断期間の経過時の現移動平均値と一つ前の前記劣化診断期間の前移動平均値に基づいて前記補助機器の前記補機劣化勾配値を演算することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記コントローラは、更に、前記補助機器の少なくとも一つの劣化故障診断を行うための補機故障判定手段と、前記補助機器の故障を表示するための補機故障表示手段とを含み、前記補機劣化勾配演算手段による補機劣化勾配が低下傾向であると前記補機故障判定手段が劣化故障と判定し、前記補機故障判定手段による劣化故障の判定に基づいて前記補機故障表示手段が作動することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記補助機器は、前記酸化材ブロア及び／又は前記燃料ガスポンプであり、前記補機劣化判定手段が劣化進行と判定すると、燃料電池システムの作動停止状態のときに前記酸化材ブロア及び／又は前記燃料ガスポンプが作動して逆回転されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス及び酸化材ガスを反応させて発電するセルスタックを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおけるセルスタックの劣化診断方法として、セルスタックの発電出力を変化せて劣化診断を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。セルスタックとして、例えば固体電解質を用いたものが実用に供されており、この固体酸化物形のセルスタックでは、酸素イオンを伝導する固体電解質を間に挟んでその片側に燃料極が配設され、その他側に空気極が配設され、固体電解質の材料としては一般的にイットリアをドープしたジルコニアが用いられている。セルスタックの燃料極側には燃料ガス（水素、一酸化炭素など）が供給され、その酸素極側には酸化材ガス（空気、酸素など）が供給され、燃料ガスと酸化材ガスとを電気化学反応させて発電が行われる。
【０００３】
従来のセルスタックの劣化診断方法では、このセルスタックの出力電力を変化させたときのセルスタックの出力電流及び出力電圧を検知し、この検知電流及び検知電圧に基づいてセルスタックのＩ−Ｖ特性を推定する。そして、この推定Ｉ−Ｖ特性の傾き及び無負荷時の出力電圧（所謂、推定切片）を求め、この傾き及び推定切片に基づいてセルスタックの劣化状態を判定している。また、セルスタックの二つの部位、即ち第１及び第２の部位の間の出力電圧を検出し、これらの出力電圧を用いて仮想開回路電圧を演算し、これらの仮想開回路電圧に基づいてセルスタックの局部的な劣化を診断している。このようなセルスタックの診断方法では、セルスタックの二つの部位の検知出力を用いているので、セルスタックの温度変動及び燃料ガスの組成変動の影響を受けることなくセルスタックの局部的な劣化状態を診断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来の劣化診断方法は、セルスタックの劣化診断を行うことができるが、燃料ガスポンプ、水ポンプ、酸化材ブロアなどの補助機器の劣化診断を行うことはできない。一般的に、燃料電池システムにおいては、長期間にわたって稼働運転すると、セルスタックが劣化するとともに、燃料ガスポンプなどの補助機器も劣化し、この補助機器の劣化診断を行うことができるシステムの実現が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池システムを稼働しながらその補助機器の劣化状態を診断することができる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、前記セルスタックの発電を補助するための補助機器と、前記補助機器を制御するためのコントローラとを備え、前記補助機器は、前記改質器に燃料ガスを供給するための燃料ガスポンプと、前記セルスタックに酸化材を供給するための酸化材ブロアと、前記改質器に改質水を供給するための水ポンプとを含んでいる燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記補助機器の少なくとも一つの劣化診断を行うための補機劣化診断手段を含み、前記補機劣化診断手段は、劣化診断を行う前記補助機器の劣化進行状態を劣化診断期間の間隔毎に演算するための補機劣化勾配値演算手段と、前記補機劣化勾配値演算手段による補機劣化勾配値に基づいて基準寿命期間における補機予測劣化値を演算するための補機予測劣化値演算手段と、前記補機予測劣化値演算手段による前記補機予測劣化値に基づいて劣化が進行しているか否かを判定する補機劣化判定手段と、を含んでいることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記補機劣化判定手段は、前記基準寿命期間における補機劣化判定基準値と前記補機予測劣化値演算手段による前記補機予測劣化値とを比較し、前記補機予測劣化値が前記補機劣化判定基準値を超えて劣化すると劣化進行と判定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムでは、前記補機劣化診断手段は、更に、劣化診断を行う前記補助機器の駆動電力を検知するための電力検知手段と、前記電力検知手段の検知電力の計測時間毎の移動平均値を演算するための移動平均値演算手段とを含み、前記移動平均値演算手段による前記移動平均値が前記劣化診断期間の間にわたって更新され、前記補機劣化勾配値演算手段は、前記劣化診断期間の経過時の現移動平均値と一つ前の前記劣化診断期間の前移動平均値に基づいて前記補助機器の前記補機劣化勾配値を演算することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムでは、前記コントローラは、更に、前記補助機器の少なくとも一つの劣化故障診断を行うための補機故障判定手段と、前記補助機器の故障を表示するための補機故障表示手段とを含み、前記補機劣化勾配演算手段による補機劣化勾配が低下傾向であると前記補機故障判定手段が劣化故障と判定し、前記補機故障判定手段による劣化故障の判定に基づいて前記補機故障表示手段が作動することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムでは、前記補助機器は、前記酸化材ブロア及び／又は前記燃料ガスポンプであり、前記補機劣化判定手段が劣化進行と判定すると、燃料電池システムの作動停止状態のときに前記酸化材ブロア及び／又は前記燃料ガスポンプが作動して逆回転されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、補助機器を制御するためのコントローラは、補助機器の少なくとも一つの劣化診断を行うための補機劣化診断手段を含み、この補機劣化診断手段は、補機劣化勾配値演算手段、補機予測劣化値演算手段及び補機劣化判定手段とを含み、補機劣化勾配値演算手段は、劣化診断する補助機器の劣化進行状態を劣化診断期間の間隔毎に演算し、補機予測劣化値演算手段は、演算した補機劣化勾配値に基づいて基準寿命期間（例えば、１０年）における補機予測劣化値を演算し、補機劣化判定手段は、演算した補機予測劣化値に基づいて劣化が進行しているか否かを判定するので、診断すべき補助機器が基準寿命期間まで劣化することなく継続して作動するか否かをこの基準寿命期間経過前の段階で予測することができる。そして、基準寿命期間までに劣化故障するおそれが大きいと判定した補助機器については、劣化故障する前の段階で予め新しいものと交換することによって、この燃料電池システムを基準寿命期間の間にわたって劣化故障することなく稼働運転することができ、またこのような補助機器の劣化診断を燃料電池システムの稼働運転中において行うことができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムによれば、補機劣化判定手段は、基準寿命期間における補機劣化判定基準値と補機予測劣化値演算手段による補機予測劣化値とを比較して劣化進行と判定するので、基準寿命期間経過前において補助機器の劣化進行を予測して知ることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムによれば、補機劣化診断手段は、更に、劣化診断を行う補助機器の駆動電力を検知するための電力検知手段と、電力検知手段の検知電力の計測時間毎の移動平均値を演算するための移動平均値演算手段とを含み、移動平均値演算手段による移動平均値が劣化診断期間にわたって更新されるので、この劣化診断期間の間における補助機器の駆動電力の変化を検知することができる。補助機器（例えば、燃料ガスポンプ、水ポンプ、酸化材ブロアなど）では、劣化が進行するに従い駆動効率が低下する故に、設置初期の能力を維持しようとすると駆動電力が上昇するようになり、この劣化診断期間における駆動電力の変動から補助機器の劣化状態を診断することができる。また、移動平均値演算手段は、電力検知手段の検知電力の計測時間毎の移動平均値を演算し、補機劣化勾配値演算手段は、この移動平均値を用いて補機劣化勾配値を演算するので、この補機劣化勾配値を用いることにより、基準寿命期間前の段階において補助機器の劣化進行を正確に予測して知ることができる。
【００１５】
この補助機器の駆動制御については、駆動電流を一定に保って駆動電圧を変動させて駆動電力を制御する場合、電力検知手段として駆動電圧を検知する電力検知手段を用い、この電力検知手段により補助機器に供給される駆動電圧を検知するようになり、また駆動電圧を一定に保って駆動電流（そのデューディ比）を変動させて駆動電力を制御する場合、電力検知手段として駆動電流（そのデューディ比）を検知する電流検知手段を用い、この電流検知手段により補助機器に供給される駆動電流を検知するようになる。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムによれば、コントローラは補機故障判定手段及び補機故障表示手段を含んでおり、補機劣化勾配演算手段による補機劣化勾配が低下傾向である場合、例えば補助機器に内蔵されたフィルタなどが破損している可能性が高く、この場合には補機故障表示手段が作動され、これによって、補助機器が故障していることを知ることができる。
【００１７】
更に、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムによれば、補助機器は、酸化材ブロア及び／又は燃料ガスポンプであり、補機劣化判定手段が劣化進行と判定すると、燃料電池システムの作動停止状態のときに酸化材ブロア及び／又は燃料ガスポンプが作動して逆回転されるので、酸化材ブロア及び／又は燃料ガスポンプに付設されたフィルタの目詰まりが解消され、この目詰まりによる劣化進行を回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に従う燃料電池システムの一実施形態を簡略的に示す簡略図。
【図２】図１の燃料電池システムの制御系を示すブロック図。
【図３】図１の燃料電池システムにおけるセルスタックの発電出力と燃料ガスポンプの駆動電圧（駆動電流のデューティ比）との関係を示す図。
【図４】燃料ガスポンプの駆動電圧（駆動電流のデューディ比）と回転数との関係を示す図。
【図５】燃料ガスポンプにおける劣化進行の判定を説明するための図。
【図６】燃料ガスポンプの劣化診断の流れを示すフローチャート。
【図７】空気ブロアにおける故障判定を説明するための図。
【図８】図１の燃料電池システムにおける空気ブロアの劣化診断の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの一実施形態について説明する。尚、この実施形態では、本発明を燃料電池システムの一例としての固体酸化物形の燃料電池システムに適用して説明するが、その他の形態の燃料電池システム、例えば固体高分子形の燃料電池システムなどにも同様に適用することができる。
【００２０】
図１において、図示の燃料電池システム２は、改質器４及びセルスタック６を備えている。改質器４は、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって、燃料ガスが後述するようにして水蒸気改質される。燃料ガスとしては、天然ガス（例えば、都市ガス）などが用いられる。
【００２１】
セルスタック６は、電気化学反応によって発電を行うための複数個の固体酸化物形の燃料電池セル（図示せず）を集電部材を介して積層することにより構成されている。この燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する固体電解質と、固体電解質の片側に設けられた燃料極と、固体電解質の他側に設けられた酸素極とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。
【００２２】
セルスタック６の燃料極側は、改質燃料ガス送給ライン８を介して改質器４に接続され、またその酸素極側は、空気供給ライン１０を介して空気ブロア１２（酸化材ブロアとして機能する）に接続されている。空気ブロア１２は、酸化材としての空気を空気供給ライン１０を通してセルスタック６の空気極側に供給し、後述するように、その回転数を制御することによって、セルスタック６に供給される空気の供給量が制御される。
【００２３】
改質器４は、燃料ガス送給ライン１４を介して脱硫装置１６に接続され、この脱硫装置１６は、燃料ガス供給ライン１８を介して燃料ガス供給源（図示せず）（例えば、埋設管、燃料ガスタンクなど）に接続され、この燃料ガス供給ライン１８には、燃料ガスポンプ２０が配設されている。燃料ガスポンプ２０は、燃料ガス供給ライン１８を通して燃料ガスを脱硫装置１６に供給し、脱硫器１６は、燃料ガス中に含まれる硫黄成分を除去し、硫黄成分が除去された燃料ガスが燃料ガス送給ライン１４を通して改質器４に送給される。この燃料ガスポンプ２０は、後述するように、その回転数を制御することによって、改質器４に供給される燃料ガスの供給量が制御される。
【００２４】
この実施形態では、燃料ガス送給ライン１４に水蒸気送給ライン２２の一端側が接続され、その他端側が気化器２４に接続され、この気化器２４は、水供給ライン２６を介して改質水供給源（図示せず）（例えば、水タンク、水道管など）に接続されている。水供給ライン２６には、水ポンプ２８が配設されている。水ポンプ２８は、水供給ライン２６を通して改質水を気化器２４に供給する。この水ポンプ２８は、その回転数を制御することによって、気化器２４に供給される改質水の供給量が制御される。気化器２４は、改質水を気化して水蒸気を生成し、生成された水蒸気が水蒸気送給ライン２２を通して燃料ガス送給ライン１４に送給され、この燃料ガス送給ライン１４を通して燃料ガスとともに改質器４に送給される。
【００２５】
改質器４は、燃料ガスを気化器２４からの水蒸気により水蒸気改質し、水蒸気改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給ライン８を通してセルスタック６の燃料極側に送給される。尚、水蒸気送給ライン２２を改質器４に接続し、気化器２４からの水蒸気を改質器４に直接的に送給するようにしてもよく、或いは気化器２４と改質器４とを一体的に構成し、脱硫装置１６からの燃料ガスを気化器２４を通して改質器４に送給するようにしてもよい。
【００２６】
改質器４からの改質燃料ガスは、改質燃料ガス送給ライン８を通してセルスタック６の燃料極側１２に供給され、空気ブロア２０からの空気（酸化材）は、空気供給ライン１０を通してセルスタック６の空気極側に供給され、セルスタック６における改質燃料ガスの酸化及び酸化材の還元により発電が行われる。セルスタック６の発電出力は、発電出力ライン３０を介してインバータ３２に接続され、インバータ３２にて直流の発電電力が交流電力に変換され、かく交流変換された交流電力が交流出力ライン３４を介して電力負荷（図示せず）（例えば、家庭内の各種電化製品など）に供給されて消費される。
【００２７】
セルスタック６の燃料極側及び酸素極側の各排出側には燃焼域（図示せず）が設けられ、セルスタック６の燃料極側から排出された余剰の燃料ガス（即ち、セルスタック６での発電に使用されなかった燃料ガス）とその酸素極側から排出された空気（酸素を含む）とがこの燃焼域に排出されて燃焼される。燃焼域にはガス排出ライン３６が接続され、燃焼室からの排気ガスがガス排出ライン３６を通して大気に排出される。
【００２８】
この燃料電池システム２においては、セルスタック６、改質器４及び気化器２４が電池ハウジング３８内に収容されている。電池ハウジング３８は断熱部材（図示せず）を覆われた高温空間４０を規定し、この高温空間４０内にセルスタック６、改質器４及び気化器２４が収容されて高温状態に保たれる。
【００２９】
このような燃料電池システム２をコージェネレーションシステムに適用する場合、図示していないが、この燃料電池システム２に関連して貯湯装置が設けられるとともに、このガス排出ライン３６に熱交換器が配設される。貯湯装置は、貯湯するための貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を熱交換器を通して循環するための循環ラインとを備え、この循環ラインには循環ポンプが配設される。このようなコージェネレーションシステムでは、ガス排出ライン３６を通して排出される排気ガスと循環ラインを通して循環される水との熱交換が熱交換器で行われ、熱交換にて加温された温水が貯湯タンクに貯えられ、このようにして排気ガス中の熱が温水として回収される。
【００３０】
この燃料電池システム２においては、燃料電池システム２の補助機器の劣化診断を行うように、次のように構成されている。この実施形態における補助機器とは、燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２であり、補助機器の劣化診断の対象として燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２の劣化診断に適用されている。
【００３１】
図１とともに図２を参照して、燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２は、駆動電流が一定で駆動電圧の変動により回転数が制御される形態のものであり、それらの駆動電圧が高くなるに従いそれらの回転数が上昇する。このことに関連して、燃料ガスポンプ２０の駆動電力を検知する第１電力検知手段としてその駆動電圧を検知するための第１電圧検知手段４２が設けられ、水ポンプ２８の駆動電力を検知する第２電力検知手段としてその駆動電圧を検知するための第２電圧検知手段４４が設けられ、また空気ブロア１２の駆動電力を検知する第３電力検知手段としてその駆動電圧を検知するための第３電圧検知手段４６が設けられている。第１〜第３電圧検知手段４２〜４６は、例えば電圧検知センサから構成される。
【００３２】
尚、燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２は、駆動電圧が一定で駆動電流の変動（デューディ比の変動）により回転数が制御される形態のものを用いるようにしてもよく、この場合、それらの駆動電流が大きくなる（即ち、デューディ比が大きくなる）に従いそれらの回転数が上昇する。このような場合には、燃料ガスポンプ２０の駆動電流を検知するための第１電流検知手段（第１電力検知手段として機能する）が用いられ、水ポンプ２８の駆動電流を検知するための第２電流検知手段（第２電力検知手段として機能する）が用いられ、また空気ブロア１２の駆動電流を検知するための第３電流検知手段（第３電力検知手段として機能する）が用いられ、第１〜第３電流検知手段は、例えば電流検知センサから構成される。
【００３３】
この燃料電池システム２は、システム全体を制御するためのコントローラ５２を備え、第１〜第３電圧検知手段４２〜４６からの検知信号は、このコントローラ５２に送給される。このコントローラ５２は、例えば、マイクロプロセッサなどから構成され、制御手段５４、補機劣化診断手段５６、タイマ手段６０及びメモリ手段６２を有している。制御手段５４は、燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２及びインバータ３２などを後述する如く制御し、補機劣化診断手段５６は、補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２）の劣化診断を後述する如く行う。
【００３４】
また、タイマ手段６０は計時を行い、この実施形態では、移動平均値を演算する計測時間（例えば、３０〜１２０秒程度に設定される）、出力安定判定時間（例えば、２０〜６０分程度に設定される）、劣化診断期間（例えば、３００〜１０００時間程度に設定される）及び基準寿命期間（例えば、１０年程度に設定される）などを計時し、更にメモリ手段６２には、劣化診断期間の移動平均値、基準寿命期間における劣化判定基準値（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２の劣化判定基準値）などが記憶される。尚、この燃料電池システム２では、このコントローラ５２に関連して、補助機器の劣化進行を表示するための補機劣化表示手段６４（例えば、劣化表示ランプなどから構成される）が設けられているとともに、補助機器の故障を表示するための補機故障表示手段６６（例えば、故障表示ランプなどから構成される）が設けられている。
【００３５】
コントローラ５２の補機劣化診断手段５６は、補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２）の劣化診断を行うために、次の通りの構成を備えている。即ち、この補機劣化診断手段５６は、定格運転判定手段７２、出力安定判定手段７４、移動平均値演算手段７６、補機劣化勾配値演算手段７８、補機予測劣化値演算手段８０、補機劣化判定手段８２及び補機故障判定手段８４を含んでいる。
【００３６】
定格運転判定手段７２は、燃料電池システム２（セルスタック６）が定格運転か否かの判定を行い、出力安定判定手段７４は、燃料電池システム２（セルスタック６）の出力が安定状態である（例えば、出力が例えば１０％以内の範囲で変動したときには出力変動なしと処理するようにすることができる）か否かを判定する。例えば、セルスタック６の定格出力が例えば７００Ｗ（例えば１０％の範囲内で変動する場合も含む）である場合に、その発電出力が７００Ｗになると、定格運転判定手段７４は定格運転と判定し、またこの定格運転状態が出力安定判定時間（例えば、３０分間に設定される）の間にわたって継続すると、出力安定判定手段７４は出力安定と判定する。
【００３７】
また、移動平均値演算手段７６は、補助機器（燃料ガスポンプ２０，水ポンプ２８及び空気ブロア１２）の移動平均値を演算する。この実施形態では、燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２は、具体的に図示していないが、直流駆動モータにより回転駆動され、実質上同様に制御されるように構成されている。
【００３８】
例えば燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）について説明すると、セルスタック６の発電出力が大きくなると、より多くの燃料ガス（改質用水、空気）が必要となり、そのために、燃料ガス（改質用水、空気）の供給流量を多くする必要がある。図３及び図４を参照して、駆動モータとして直流モータを用いて駆動電流（又は駆動電圧）が一定となるように制御した場合、燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）とその回転数とは、図４に示す通りの関係となり、その駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）が上昇するに伴いその回転数も増加し、燃料ガス（改質用水、空気）の供給流量が増大する（図４参照）。従って、セルスタック６の発電出力と燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧（駆動電流のデューディ比）とを例えば図３に示す関係に保つことによって、セルスタック６の発電出力に必要な燃料ガス（改質用水、空気）を燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）により供給することができる。
【００３９】
このようにセルスタック６の発電出力により燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８，空気ブロア１２）の駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）が変動するために、この実施形態においては、セルスタック６の定格出力（例えば、７００Ｗ）時の燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）の変動を利用して燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化診断を後述するようにして行っている。
【００４０】
例えば、直流駆動モータを用いた燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）では、一般的に、劣化が進行するに従い摩擦負荷などが増大して駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）が増大する傾向にあり、従って、その駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）の上昇傾向を知ることにより劣化進行状態を診断することができる。
【００４１】
このようなことから、この実施形態では、劣化診断期間（例えば、５００時間）毎に燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）の増加傾向、換言するとその劣化勾配値を演算して基準寿命期間（例えば、１０年間）における燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の予測劣化値を演算して劣化進行を判定している。
【００４２】
この実施形態では、第１電圧検知手段４２（第２電圧検知手段４４、第３電圧検知手段４６）は、燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧を例えば１秒毎に検知し、移動平均値演算手段７６は、例えば１秒毎に直前の測定期間（例えば、６０秒）の駆動電圧の平均値、即ち移動平均値を演算し、この移動平均値の演算は、例えば１秒経過毎に行われ、演算された移動平均値はメモリ手段６２に更新登録される。
【００４３】
また、補機劣化勾配値演算手段７８は、劣化診断期間（例えば、５００時間）前後の燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の移動平均値、即ち劣化診断期間の経過時における移動平均値（即ち、現移動平均値）と一つ前の劣化診断期間における移動平均値（即ち、前移動平均値）と基づいて燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化進行状態、即ち劣化勾配値を演算し、この劣化勾配値は、劣化進行が進むに従い大きくなる。
【００４４】
更に、補機予測劣化値演算手段８０は、補機劣化勾配値演算手段７８により演算された燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化勾配値に基づき、この劣化勾配の状態が基準寿命期間（例えば、１０年間）まで継続したときの予測劣化状態、即ち予測劣化値を演算し、補機劣化判定手段８２は、基準寿命期間における燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化判定基準値と補機予測劣化値演算手段８０により演算した燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の予測劣化値に基づいて劣化判定を行う。
【００４５】
この補機劣化判定手段８２による劣化判定を図５を参照して説明すると、補機劣化勾配値演算手段７８による燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化勾配値が、例えば図５に一点鎖線Ｐ１で示す通りであると、この劣化勾配状態が基準寿命期間（例えば、１０年間）まで継続しても燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の予測劣化値はその劣化判定基準値を越えることがなく、このようなときには、基準寿命期間の間にわたって稼働運転しても燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）が劣化故障することがほとんどなく、このようなときには、補機劣化判定手段８２は、燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化進行なしとの判定を行う。
【００４６】
また、燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化勾配値が、例えば図５に破線Ｑ１で示す通りであると、この劣化勾配状態が基準寿命期間まで継続すると燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の予測劣化値はその劣化判定基準値を超えるようになり、このようなときには、基準寿命期間の間にわたって稼働運転すると燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の駆動電圧が劣化判定基準値を超えて上昇して劣化故障するおそれが大きく、このようなときには、補機劣化判定手段８２は燃料ガスポンプ２０（水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化進行との判定を行い、基準寿命期間の経過前の段階で予測して劣化故障のおそれがあるか否かを知ることができる。
【００４７】
この燃料電池システム２における補助機器としての燃料ガスポンプ２０の劣化診断は、図７に示すフローチャートに従って行われる。尚、図７においては、燃料ガスポンプ２０の劣化診断について説明するが、上述した記載から容易に理解される如く、水ポンプ２８及び空気ブロア１２の劣化診断については、この燃料ガスポンプ２０の劣化診断と同様であり、それ故に、水ポンプ２８及び空気ブロア１２の劣化診断についての説明は省略する。
【００４８】
主として図１、図２及び図６を参照して、燃料ガスポンプ２０の劣化診断について説明する。この実施形態では、劣化診断に際して、セルスタック６の発電出力が定格出力（例えば、７００Ｗ）であるか否かの判断が行われる（ステップＳ１）。即ち、補機劣化診断手段５６の定格運転判定手段７２は、セルスタック６発電出力が定格出力に達すると定格運転と判定し、このような運転状態ではセルスタック６の発電状態が安定しているとして燃料ガスポンプ２０の劣化診断が行われる。
【００４９】
まず、セルスタック６の定格出力状態が出力安定判定時間（例えば、３０分間）の間にわたって継続しているかが判断され、この出力安定判定時間が経過するまでステップＳ１及びステップＳ２が繰り返し遂行される。そして、この定格出力状態が出力安定時間の間にわたって継続すると、ステップＳ２からステップＳ３に進み、燃料ガスポンプ２０の駆動電圧の検知が行われる。第１電圧検知手段４２は、燃料ガスポンプ２０の駆動電圧を１秒毎に検知し、検知された駆動電圧がメモリ手段６２に記憶される（ステップＳ４）。
【００５０】
このセルスタック６の定格出力状態が更に計測時間（例えば、６０秒）継続すると、ステップＳ５からステップＳ６を経てステップＳ７に進み、燃料ガスポンプ２０の駆動電圧の移動平均値の演算が行われる。移動平均値演算手段７６は、直前の計測時間における第１電圧検知手段４２の検知電圧の平均値（移動平均値）を演算し、演算された燃料ガスポンプ２０の移動平均値がメモリ手段６２に上書きして記憶される（ステップＳ８）。燃料ガスポンプ２０の駆動電圧の検知及びその移動平均値の演算は劣化診断期間（例えば、５００時間）行われ、この劣化診断期間経過すると、ステップＳ９を経てステップＳ１０に移る。
【００５１】
ステップＳ１０においては、燃料ガスポンプ２０の劣化進行の状態、この実施形態ではその駆動電圧の劣化勾配値の演算が行われ、更にこの劣化勾配値に基づいて燃料ガスポンプ２０の予測劣化値の演算が行われ（ステップＳ１１）、そして、演算した予測劣化値に基づいて燃料ガスポンプ２０の劣化状態の判定が行われる（ステップＳ１２）。
【００５２】
補機劣化勾配値演算手段７８は、劣化診断期間の前後の燃料ガスポンプ２０の駆動電圧の移動平均値、即ち劣化診断期間経過時点においてメモリ手段６２に上書き登録されている移動平均値と一つ前の劣化診断期間においてメモリ手段６２に最終上書き登録された移動平均値に基づいて劣化勾配値を演算し、補機予測劣化値演算手段８２は、この劣化勾配値を用いて基準寿命期間（例えば、稼働開始から１０年間）まで稼働したときの予測劣化状態、即ち予測劣化値を演算する。
【００５３】
そして、補機劣化判定手段８２は、この演算された予測劣化値と基準寿命期間における燃料ガスポンプ２０の劣化判定基準値とを比較し、この演算した予測劣化値が劣化判定基準値を超えて劣化すると、基準寿命期間まで稼働運転する前の段階で劣化故障する可能性が高いとして劣化進行との判定し（ステップＳ１３）、この劣化進行の判定に基づき補機劣化表示手段６４が作動して燃料ガスポンプ２０の劣化進行を表示し（ステップＳ１４）、その後、ステップＳ１に戻る。
【００５４】
また、この演算した予測劣化値が劣化判定基準値よりも小さいと、補機劣化判定手段８２は、基準寿命期間まで燃料ガスポンプ２０を稼働運転しても劣化故障する可能性が低いとして劣化進行なしとの判定し（ステップＳ１５）、その後、ステップＳ１に戻り、このようにして燃料ガスポンプ２０の劣化診断が行われる。
【００５５】
このように、この燃料電池システム２においては、システムの運転状態を停止させることなく補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化進行状態を診断することができる。
【００５６】
この燃料電池システム２は、補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２）の上述した劣化診断機能に加えて、この補助機器の故障診断機能、更に劣化進行した目詰まりを解消する目詰まり解消機能も備えている。尚、以下の説明では、補助機器としての空気ブロア１２に適用して説明するが、劣化診断機能の上述した説明から理解される如く、補助機器としての燃料ガスポンプ２０及び水ポンプ２８にも同様に適用されるが、これらの適用例の説明については、空気ブロア１２の適用例と同様であるので省略する。
【００５７】
主として図２、図７及び図８を参照して、補助機器としての空気ブロア１２の劣化診断においては、燃料ガスポンプ２０の劣化診断と同様にして空気ブロア１２の劣化進行状態、即ち劣化勾配値の演算が行われ、この図８に示すフローチャートにおけるステップＳ２１からステップＳ３０までの実行内容は、図６に示すフローチャートにおけるステップＳ１からステップＳ１０までの実行内容と実質上同一である。
【００５８】
この空気ブロア１２の劣化診断においてその駆動電圧の劣化勾配値の演算が行われると、ステップＳ３０からステップＳ３１に進み、演算した劣化勾配が上昇傾向であるか否かの判定が行われる。上述したように、直流駆動モータを用いた空気ブロア２０（燃料ガスポンプ、水ポンプ２８）では、一般的に、劣化が進行するに従い摩擦負荷などが増大して駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）が増大する傾向にあり、その劣化進行が小さいときにはその劣化勾配が一点鎖線Ｐ２で示すようになり、その劣化傾向が大きいときには破線Ｑ２で示すようになるが、場合により、この駆動電圧（又は駆動電流のデューティ比）が実線Ｒで示すように減少傾向となることがある。この劣化の減少傾向は、空気ブロア２０に付設されたフィルタ部材が破損したとき、或いは空気流路が破損したときなどに発生し、この劣化傾向の減少傾向は、何らかの破損が生じたときに発生し、従って、その駆動電圧（又は駆動電流のデューディ比）の下降傾向を知ることにより破損状態の発生を知ることができる。
【００５９】
このようなことから、ステップＳ３０においては、空気ブロア１２の劣化進行の状態、この実施形態ではその駆動電圧の劣化勾配値の演算が行われ、この劣化勾配値が上昇傾向にあるときには、ステップＳ３１からステップＳ３２に進み、この劣化勾配値に基づいて空気ブロア１２の予測劣化値の演算が行われ、そして、演算した予測劣化値に基づいて空気ブロア１２の劣化状態の判定が行われる（ステップＳ３３）。
【００６０】
補機劣化勾配値演算手段７８は、劣化診断期間の前後の空気ブロア１２の駆動電圧の移動平均値、即ち劣化診断期間経過時点においてメモリ手段６２に上書き登録されている移動平均値と一つ前の劣化診断期間においてメモリ手段６２に最終上書き登録された移動平均値に基づいて劣化勾配値を演算し、補機予測劣化値演算手段８２は、この劣化勾配値を用いて基準寿命期間（例えば、稼働開始から１０年間）まで稼働したときの予測劣化状態、即ち予測劣化値を演算する。
【００６１】
そして、補機劣化判定手段８２は、この演算された予測劣化値と基準寿命期間における空気ポンプ１２の劣化判定基準値とを比較し、この演算した予測劣化値が劣化判定基準値を超えて劣化すると、基準寿命期間まで稼働運転する前の段階で劣化故障するおそれが高いとして劣化進行との判定し（ステップＳ３４）、また、この演算した予測劣化値が劣化判定基準値よりも小さいと、補機劣化判定手段８２は、基準寿命期間まで空気ブロア１２を稼働運転しても劣化故障する可能性が低いとして劣化進行なしとの判定し（ステップＳ３５）、その後、ステップＳ２１に戻り、上述した空気ブロア１２の劣化診断が繰返し遂行される。
【００６２】
この実施形態では、補機劣化判定手段８２が劣化進行の判定をすると、制御手段５４は目詰り信号を生成し（ステップＳ３６）、この目詰り信号に基づいて燃料電池システム２が一時的に作動停止する（ステップＳ３７）。その後、劣化進行した空気ブロア１２が逆回転でもって作動され（ステップＳ３８）、このようにして所定時間（例えば、１〜３分程度）逆回転することによって、空気ブロア１２のフィルタに付着した不純物（埃、ゴミなど）が吸引除去されて外部に排出される。
【００６３】
空気ブロア１２の逆回転の後、この燃料電池システム２が再稼働され（ステップＳ３９）、空気ブロア１２における目詰りが解消されている場合、空気ブロア１２に劣化進行がないとしてステップＳ４０からステップＳ２１に戻る。また、空気ブロア１２の逆回転によっても目詰りが解消されていない場合、ステップＳ４１に移り、補機劣化表示手段６４が作動され、空気ブロア１２の劣化進行が表示され、その後、ステップＳ２１に戻る。
【００６４】
一方、補機劣化勾配値演算手段７８による劣化勾配値が低下傾向であると、空気ブロア１２のフィルタ（図示せず）などが破損している可能性が高く、この場合、ステップＳ３１からステップＳ４２に移り、補機故障判定手段８４は、この低下傾向に基づき劣化故障の判定を行い、この劣化故障の判定に基づき補機故障表示手段６６が作動して空気ブロア１２に関連して劣化故障が発生していることを知らせ（ステップＳ４３）、その後、燃料電池システム２は作動停止する（ステップＳ４４）。
【００６５】
尚、上述した実施形態では、補助機器としての燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８及び空気ブロア１２の劣化診断を行っているが、これらの全てについて劣化診断を行う必要はなく、これらの任意の一つ又は任意の二つについて劣化診断を行うようにしてもよい。また、故障診断機能についても、劣化診断機能を適用した補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２）の全てに適用する必要はなく、劣化診断機能を適用したもののうちその一部に適用するようにしてもよい。
【００６６】
以上、本発明に従う燃料電池システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の修正が可能である。
【００６７】
例えば、上述した実施形態では、セルスタック６の定格出力運転状態における出力安定状態のときに補助機器（燃料ガスポンプ２０、水ポンプ２８、空気ブロア１２）の劣化診断を行っているが、セルスタック６の部分負荷運転状態における出力安定状態のときにこの劣化診断を行うようにしてもよく、かかる場合、セルスタック６の部分負荷運転状態における部分負荷の大きさに応じて各種移動平均値（換言すると、第１〜第３電圧検知手段４２〜４６の検知電圧）を例えば定格出力運転状態に相当する値に補正して演算処理すればよく、このように補正することにより、部分負荷運転状態のときにおいても補助機器の劣化診断を所望の通りに行うことができる。
【符号の説明】
【００６８】
２  燃料電池システム
４  改質器
６  セルスタック
１２  空気ブロア（酸化材ブロア）
２０  燃料ガスポンプ
２８  水ポンプ
５２  コントローラ
５４  制御手段
５６  補機劣化診断手段
７６  移動平均値演算手段
７８  補機劣化勾配値演算手段
８０  補機予測劣化値演算手段
８２  補機劣化判定手段
【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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