(57)【要約】【課題】利便性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料ガス供給路１１と、燃料ガス制御部３１と、ガス警報器４と、酸化剤ガス供給路１２と、水蒸気導入路１３と、水蒸気制御部５と、制御装置６とを備える。燃料ガス制御部３１は、燃料ガス供給路１１に設けられ、アノード流路２１への燃料ガスの供給を制御する。水蒸気制御部５は、水蒸気導入路１３に設けられ、アノード流路２１への水蒸気の導入を制御する。制御装置６は、ガス警報器４の警報を回避するように、燃料ガス制御部３１を制御して、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を停止すると共に、水蒸気制御部５を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、水蒸気導入路１３からアノード流路２１への水蒸気の導入を行うよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード流路（２１）とカソード流路（２２）とを有する燃料電池（２）と、
燃料ガスを上記アノード流路に供給する燃料ガス供給路（１１）と、
該燃料ガス供給路に設けられ、上記アノード流路への上記燃料ガスの供給を制御する燃料ガス制御部（３１）と、
上記燃料ガス供給路に設けられ、下記の連続流通状態が生じたときに警報を発するガス警報器（４）と、
酸化剤ガスを上記カソード流路に供給する酸化剤ガス供給路（１２）と、
水蒸気を上記アノード流路に導入する水蒸気導入路（１３）と、
上記水蒸気導入路に設けられ、上記アノード流路への上記水蒸気の導入を制御する水蒸気制御部（５）と、
上記燃料ガス制御部と上記水蒸気制御部とを制御する制御装置（６）と、を備え、
上記連続流通状態は、上記燃料ガス供給路に、第２の所定時間の連続停止期間を挟むことなく、上記第２の所定時間よりも長い第１の所定時間、連続して上記燃料ガスが流れ続ける状態であり、
上記制御装置は、上記連続流通状態の発生を回避するように、上記燃料ガス制御部を制御して、上記燃料ガス供給路における上記燃料ガスの流通を停止すると共に、上記水蒸気制御部を制御して、上記燃料ガスの流通停止期間中、上記水蒸気導入路から上記アノード流路への上記水蒸気の導入を行うよう構成されている燃料電池システム（１）。
【請求項２】
上記水蒸気制御部は、水を加熱すると共に気化させて水蒸気を生成する水蒸発器（５１）と、該水蒸発器への上記水の供給を制御する水制御部（５２）と、を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
上記水蒸発器は、上記カソード流路から排出された排出酸化剤ガスの熱によって水を加熱することができるよう構成されており、上記制御装置は、上記燃料ガスの流通停止期間中において、上記水蒸発器における上記排出酸化剤ガスと水との熱交換をすることができるよう構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
上記酸化剤ガス供給路から上記カソード流路への上記酸化剤ガスの供給を制御する酸化剤ガス制御部（３２）と、上記水蒸発器の温度（Ｔｗ）を検出する温度検出部（７）とをさらに備え、上記制御装置は、上記酸化剤ガス制御部を制御して、上記燃料ガスの流通停止期間中、上記温度検出部による検出温度に基づき、上記酸化剤ガス供給路における上記酸化剤ガスの流量を調整することができるよう構成されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記制御装置は、上記燃料ガスの流通停止期間の一時点から該流通停止期間の終了時点までの上記水蒸発器への上記水の流量を、上記燃料ガスの流通停止期間における上記一時点よりも前の上記水蒸発器への上記水の流量よりも多くするよう構成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
上記制御装置は、上記燃料ガスの流通停止期間の直前に、上記水蒸発器への上記水の流量を、上記燃料電池の発電時における上記水蒸発器への上記水の流量よりも多くするよう構成されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
温水を貯めると共に該温水の温度を調整する温水調整部（８）をさらに備え、上記制御装置は、上記温水調整部を制御して、上記燃料ガスの流通停止期間の直前に上記温水の温度を上昇させるよう構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【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】
燃料電池システムは、都市ガス等の燃料ガスを燃料電池に供給して用いられる。燃料ガスは、例えば、ガス漏れを検知して警報を出すガス漏れ警報機能を備えたマイコンメータを介して供給される。ガス漏れ警報機能は、マイコンメータの下流側におけるガスの流れが所定期間連続したときに、警報を発するよう構成されている。
一方、燃料電池システムにおいては、燃料電池ユニットによる発電を連続して行いたい場合もある。かかる場合には、燃料ガスが所定期間連続して流れることとなるため、実際にガス漏れが生じていなくても、警報が発せられることとなってしまう。
【０００３】
このような不具合を抑制すべく、特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池システムを使用しない時期を予め設定し、その不使用時間帯に合わせて、ガス供給を停止するよう構成されている。これにより、マイコンメータのガス漏れ警報機能による警報を回避しつつ、燃料電池システムのユーザの利便性を損ねないような工夫がなされている。
【０００４】
ここで、上記燃料電池システムにおいては、ガス供給の停止に伴う燃料電池ユニットの酸化を防止するため、ガス供給を停止する際には、燃料電池ユニットの温度を低下させる。そして、運転停止処理の終了後、再起動処理において燃料電池ユニットの温度を上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７５８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池ユニットの温度を急激に変化させることに伴う燃料電池ユニットの破損を回避するように、長い時間をかけて燃料電池ユニットの冷却及び加熱を行う必要がある。これに伴い、運転停止処理及び再起動処理に要する時間が長くなり、長時間にわたって発電を行うことができない。ここで、マイコンメータのガス漏れ警報機能による警報の回避は、所定の時間（例えば、３０日間）毎に行う必要がある。それゆえ、上記所定の時間毎に、燃料電池システムにおける発電が長時間の間停止することは、燃料電池システムの利便性を低下させる要因となる。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、利便性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、アノード流路（２１）とカソード流路（２２）とを有する燃料電池（２）と、
燃料ガスを上記アノード流路に供給する燃料ガス供給路（１１）と、
該燃料ガス供給路に設けられ、上記アノード流路への上記燃料ガスの供給を制御する燃料ガス制御部（３１）と、
上記燃料ガス供給路に設けられ、下記の連続流通状態が生じたときに警報を発するガス警報器（４）と、
酸化剤ガスを上記カソード流路に供給する酸化剤ガス供給路（１２）と、
水蒸気を上記アノード流路に導入する水蒸気導入路（１３）と、
上記水蒸気導入路に設けられ、上記アノード流路への上記水蒸気の導入を制御する水蒸気制御部（５）と、
上記燃料ガス制御部と上記水蒸気制御部とを制御する制御装置（６）と、を備え、
上記連続流通状態は、上記燃料ガス供給路に、第２の所定時間の連続停止期間を挟むことなく、上記第２の所定時間よりも長い第１の所定時間、連続して上記燃料ガスが流れ続ける状態であり、
上記制御装置は、上記連続流通状態の発生を回避するように、上記燃料ガス制御部を制御して、上記燃料ガス供給路における上記燃料ガスの流通を停止すると共に、上記水蒸気制御部を制御して、上記燃料ガスの流通停止期間中、上記水蒸気導入路から上記アノード流路への上記水蒸気の導入を行うよう構成されている燃料電池システム（１）にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記燃料電池システムにおいて、上記制御装置は、上記連続流通状態の発生を回避するように、上記燃料ガス制御部を制御して、上記燃料ガス供給路における上記燃料ガスの流通を停止するよう構成されている。これにより、上記警報を回避することができる。それとともに、上記制御装置は、上記水蒸気制御部を制御して、上記燃料ガスの流通停止期間中、上記水蒸気導入路から上記アノード流路への上記水蒸気の導入を行うよう構成されている。これにより、燃料ガスの流通を停止する際に、燃料電池の温度を、アノードの酸化を防止することができる温度まで低下させる必要が無くなる。すなわち、燃料電池の温度を維持しつつ燃料ガスの流通を停止することができる。
【００１０】
これに伴い、燃料ガスの流通停止前及び流通停止後において燃料電池を冷却及び加熱するための時間が不要となり、短時間の発電停止期間を設けるだけで、上記警報を回避することができる。それゆえ、第１の所定時間毎に、燃料電池システムにおける発電が長時間の間停止することを回避し、燃料電池システムの利便性の向上を図ることができる。
【００１１】
以上のごとく、上記態様によれば、利便性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１における、燃料電池システムの構成を示す説明図。
【図２】実施形態１における、燃料電池の構造を模式的に示す説明図。
【図３】実施形態１における、酸化剤ガスの流量の調整を説明するフロー図。
【図４】実施形態１における、燃料ガスの流通停止期間及びその前後の燃料電池システムの各部の温度及びガス等の流量の時間変化を概略的に示すグラフ。
【図５】実施形態２における、燃料ガスの流通停止期間及びその前後の燃料電池システムの各部の温度及びガス等の流量の時間変化を概略的に示すグラフ。
【図６】実施形態３における、燃料ガスの流通停止期間及びその前後の燃料電池システムの各部の温度及びガス等の流量の時間変化を概略的に示すグラフ。
【図７】実施形態４における、燃料電池システムの構成を示す説明図。
【図８】実施形態４における、燃料ガスの流通停止期間及びその前後の燃料電池システムの各部の温度及びガス等の流量の時間変化を概略的に示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
以下に、上述した燃料電池システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池２と、燃料ガス供給路１１と、燃料ガス制御部３１と、ガス警報器４と、酸化剤ガス供給路１２と、水蒸気導入路１３と、水蒸気制御部５と、制御装置６とを備える。
【００１４】
燃料電池２は、アノード流路２１とカソード流路２２とを有する。燃料ガス供給路１１は、燃料ガスをアノード流路２１に供給する。燃料ガス制御部３１は、燃料ガス供給路１１に設けられ、アノード流路２１への燃料ガスの供給を制御する。ガス警報器４は、燃料ガス供給路１１に設けられ、下記の連続流通状態が生じたときに警報を発する。酸化剤ガス供給路１２は、酸化剤ガスをカソード流路２２に供給する。水蒸気導入路１３は、水蒸気をアノード流路２１に導入する。水蒸気制御部５は、水蒸気導入路１３に設けられ、アノード流路２１への水蒸気の導入を制御する。制御装置６は、燃料ガス制御部３１と水蒸気制御部５とを制御する。
【００１５】
連続流通状態は、燃料ガス供給路１１に、第２の所定時間（例えば、６０分間）の連続停止期間を挟むことなく、第２の所定時間よりも長い第１の所定時間（例えば、３０日間）、連続して燃料ガスが流れ続ける状態である。制御装置６は、連続流通状態の発生を回避するように、燃料ガス制御部３１を制御して、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を停止すると共に、水蒸気制御部５を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、水蒸気導入路１３からアノード流路２１への水蒸気の導入を行うよう構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態の燃料電池システム１につき、詳説する。
本実施形態の燃料電池システム１は、燃料ガスに含有される水素と、酸化剤ガスに含有される酸素とを反応させて発電するために用いられる。なお、本実施形態においては、燃料ガスとして炭化水素の一種であるメタンを用いている。また、酸化剤ガスとしては、例えば空気を用いることができる。
【００１７】
燃料電池２は、図２に示すように、アノード流路２１とカソード流路２２との間に配設された電解質体２３を有している。本実施形態においては、電解質体２３として固体酸化物セラミックスを用いている。それゆえ、本実施形態の燃料電池２は、固体酸化物型燃料電池（すなわち、ＳＯＦＣ）と称される。
【００１８】
電解質体２３を構成する固体酸化物セラミックスは、イットリア安定化ジルコニアにより構成されている。この固体酸化物セラミックスは、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。電解質体２３は、その活性化温度において、酸素イオンの伝導性を有するものである。電解質体２３におけるアノード流路２１側の表面２３１には、アノード２４が形成されており、電解質体２３におけるカソード流路２２側の表面２３２には、カソード２５が形成されている。アノード２４及びカソード２５は、ニッケル等の金属酸化物を含有する導電性のセラミックスにより構成されている。アノード２４とカソード２５との間には、燃料電池２から電力を取り出すための電池出力線２６が接続されている。
【００１９】
燃料ガス制御部３１は、図１に示すように、燃料ガス供給路１１における、燃料ガス供給路１１と水蒸気導入路１３との接続部１１１の上流側に設けられている。本実施形態において、燃料ガス制御部３１は、ガスポンプ３１０（以下、燃料ガスポンプという。）である。燃料ガスポンプ３１０は、アノード流路２１への燃料ガスの供給を制御する。また、燃料ガスポンプ３１０は、制御装置６によって燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を停止することができるよう構成されている。
【００２０】
燃料ガスポンプ３１０は、内部に配置されたモータの回転数を変化することにより、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流量を変化させることができる。そして、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流量を変化させることで、アノード流路２１に供給される燃料ガスの流量を調整することができる。すなわち、ガス警報器４を通過する燃料ガスの流量を調整することができる。
【００２１】
本実施形態において、ガス警報器４は、地震や異常流量等を感知して自動的にガスを遮断するマイコンメータ４０である。マイコンメータ４０は、燃料ガス供給路１１における燃料ガスポンプ３１０の上流側に配置されている。マイコンメータ４０は、連続流通状態が生じたときに警報を発する。
【００２２】
この点につき、第１の所定時間を３０日間とし、第２の所定時間を６０分間とした場合を例にして具体的に説明する。マイコンメータ４０は、その内部に燃料ガスが流れているか否かを、６０分毎に検出する。この６０分毎の検出の結果、３０日間連続して燃料ガスが流れていることを検出し続けたとき、警報を発する。したがって、３０日間に６０分間の連続停止期間を設けると、警報は回避される。つまり、３０日間の中で少なくとも一回、６０分以上燃料ガスの流通を停止する。そうすると、３０日間の中で、少なくとも一回、燃料ガスが流れていないことをマイコンメータ４０に検出させることができる。これにより、警報を回避することができる。
【００２３】
燃料ガス供給路１１には、燃料ガスを改質する改質器１６が配置されている。改質器１６は、燃料ガス供給路１１における、燃料ガス供給路１１と水蒸気導入路１３との接続部１１１の下流側であり、燃料電池２の上流側に配置されている。改質器１６の内部には、改質触媒が配置されている。改質器１６では、供給された燃料ガス及び水蒸気が高温の改質触媒に触れることで水蒸気改質反応が生じ、水素を含有する燃料ガスが生成される。燃料電池２における発電を行っている間は、改質器１６は、後述する燃焼器１７１から排出される燃焼ガスの熱によって、改質触媒を高温にしている。
【００２４】
アノード流路２１に供給された燃料ガスに含有される水素及びカソード流路２２に供給された酸化剤ガスに含有される酸素は、燃料電池２において発電に用いられる。具体的には、酸化剤ガスに含有される酸素が、電池出力線２６から電子を受け取り酸素イオンとなる。酸素イオンは、電解質体２３を介してアノード２４に移動し、燃料ガスに含有される水素と反応して電子と熱とを生じさせる。この電子が、電池出力線２６に移動する。これにより、発電が行われる。発電に伴い生じた熱は、燃料電池２の温度を維持するために用いられる。
【００２５】
本実施形態において、水蒸気制御部５は、水蒸発器５１と、水制御部５２とを有する。水蒸発器５１は、水を加熱すると共に気化させて、水蒸気を生成する。水制御部５２は、水蒸発器５１への水の供給を制御する。本実施形態において、水制御部５２は、水ポンプ５２０である。
また、水蒸発器５１は、カソード流路２１から排出された排出酸化剤ガスの熱によって水を加熱することができるよう構成されている。制御装置６は、燃料ガスの流通停止期間中において、水蒸発器５１における排出酸化剤ガスと水との熱交換をすることができるよう構成されている。
【００２６】
水蒸発器５１では、供給された水が高温の蓄熱材に触れることで水が加熱され、水蒸気が生成される。燃料電池２における発電を行っている間は、水蒸発器５１は、燃焼ガスの熱によって、蓄熱材を高温にしている。また、蓄熱材としては、例えば、アルミナボールを用いることができる。
【００２７】
本実施形態の燃料電池システム１は、酸化剤ガス制御部３２と、温度検出部７とをさらに備える。酸化剤ガス制御部３２は、酸化剤ガス供給路１２からカソード流路２２への酸化剤ガスの供給を制御する。温度検出部７は、水蒸発器５１の温度Ｔｗを検出する。制御装置６は、酸化剤ガス制御部３２を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、温度検出部７による検出温度に基づき、酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を調整することができるよう構成されている。
【００２８】
本実施形態において、酸化剤ガス制御部３２は、ガスポンプ３２０（以下、酸化剤ガスポンプという。）である。酸化剤ガスポンプ３２０は、制御装置６によって酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を調整することができるよう構成されている。酸化剤ガスポンプ３２０は、内部に配置されたモータの回転数を変化することにより、酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を変化させることができる。そして、酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を変化させることで、カソード流路２２に供給される酸化剤ガスの流量を調整することができる。
【００２９】
酸化剤ガス供給路１２には、予熱器１２１が設けてある。予熱器１２１は、酸化剤ガス供給路１２における、酸化剤ガスポンプ３２０の下流側であり、燃料電池２の上流側に配置されている。燃料電池２における発電を行っている間は、予熱器１２１は、燃焼ガスの熱によって、カソード流路２２に供給する前の酸化剤ガスを昇温している。
【００３０】
燃料電池２には、燃料ガス排出路１４と酸化剤ガス排出路１５とが接続されている。燃料ガス排出路１４には、アノード流路２１から排出された排出燃料ガスが流れる。酸化剤ガス排出路１５には、カソード流路２２から排出された排出酸化剤ガスが流れる。
【００３１】
燃料ガス排出路１４の下流端及び酸化剤ガス排出路１５の下流端は、燃焼器１７１に接続されている。燃焼器１７１は、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスとを混合して燃焼し、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスが有する熱量の大きさは、燃焼器１７１から排出される燃焼ガスの流量、すなわち、燃焼器１７１に供給される排出燃料ガスの流量と排出酸化剤ガスの流量とを多くするほど、大きくすることができる。燃焼ガスは、燃焼器１７１から排出され、燃焼ガス排出路１７２を流れる。
【００３２】
燃焼ガス排出路１７２の上流端は、燃焼器１７１に接続されている。燃焼ガス排出路１７２は、その一部が改質器１６、水蒸発器５１及び予熱器１２１と熱的に接触するように配置されている。それゆえ、燃焼ガスの熱によって改質器１６の改質触媒が加熱されると共に、水蒸発器５１の蓄熱材が加熱される。また、予熱器１２１内の酸化剤ガスが昇温される。水蒸発器５１は、燃焼ガス排出路１７２における、改質器１６の下流側であり、予熱器１２１の上流側に配置されている。熱交換された燃焼ガスは、燃焼ガス排出路１７２から外部へ排出される。
【００３３】
上述したように、燃料電池システム１は、マイコンメータ４０の警報を回避するよう、３０日間に少なくとも一回、６０分間の連続停止期間を設けている。そして、この連続停止期間中にアノード流路２１への水蒸気の導入を行って、燃料ガスの流通の停止に伴うアノード２４の酸化を防止する。このときの水蒸気を、水蒸発器５１において生成するために、カソード流路２２から排出される排出酸化剤ガスの熱を利用する。
【００３４】
具体的には、燃料ガスの流通停止期間中、燃料ガスの流通を停止すると共に、水蒸発器５１から水蒸気をアノード流路２１に導入する。また、水蒸発器５１において水蒸気を生成するため、水蒸発器５１は排出酸化剤ガスから熱を受ける。そのため、燃料ガスの流通停止期間中においても酸化剤ガスポンプ３２０を動作させて、酸化剤ガスをカソード流路２２に供給する。
【００３５】
ここで、燃料電池２の発電時における燃料電池２の温度は、酸化剤ガスの温度よりも高くなる。それゆえ、カソード流路２２において燃料電池２から酸化剤ガスに熱が移動する。すなわち、酸化剤ガスには、燃料電池２が有する熱の一部が伝達される。この熱量の大きさは、カソード流路２２に供給される酸化剤ガスの流量を多くするほど、大きくすることができる。
【００３６】
カソード流路２２に供給された酸化剤ガスは、カソード流路２２にて燃料電池２の熱を受けて、酸化剤ガス排出路１５から高温の排出酸化剤ガスとして排出される。アノード流路２１には燃料ガスが供給されていないため、燃料電池２における水素と酸素との反応が生じない。それゆえ、カソード流路２２から排出される排出酸化剤ガスは、カソード流路２２に供給される酸化剤ガスと、成分としては特に変わらない。
【００３７】
また、排出酸化剤ガスは燃焼器１７１へ送られるが、燃料ガス排出路１４から排出される排出燃料ガスには燃料ガス（すなわち、水素）が含まれていないため、燃焼器１７１での燃焼は生じない。高温の排出酸化剤ガスは燃焼器１７１を通過し、燃焼ガス排出路１７２を介して水蒸発器５１へ到達する。排出酸化剤ガスは、水蒸発器５１にて水と熱交換する。これにより、水蒸気を発生させることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の燃料電池システム１の制御装置６による制御フローの一例を、図３を参照して説明する。この制御フローは、燃料ガスの流通停止期間中に実行される。すなわち、３０日間に一回以上設ける、６０分間の連続停止期間を開始するときに、この制御フローを開始する。
まず、ステップＳ１０１において、燃料ガスポンプ３１０を停止すると共に酸化剤ガスポンプ３２０を停止して、燃料ガスの流量Ａ０及び酸化剤ガスの流量Ｃ０をゼロにする。また、水ポンプ５２０を制御して水の流量Ｗ０を９ｃｃ／ｍｉｎとすると共に、連続停止期間Ｔｉを計測する停止時間タイマを初期化する。
【００３９】
そして、ステップＳ１０２において、連続停止期間Ｔｉを、第２の所定時間である６０分と比較する。ステップＳ１０２において、連続停止期間Ｔｉが６０分未満であると判断されたとき、ステップＳ１０３において、１分間待機する。そして、ステップＳ１０４において、温度検出部７によって水蒸発器５１の温度Ｔｗを検出する。
【００４０】
そして、ステップＳ１０５において、上記温度Ｔｗを、２００℃と比較する。上記温度Ｔｗが２００℃を超えていると判断されたとき、酸化剤ガスの流量Ｃ０は特に変化させず、ステップＳ１０２に戻る。すなわち、本制御フローを開始して以来、Ｔｗ＞２００℃を維持している間は、酸化剤ガスをカソード流路２２に供給しない。
【００４１】
ステップＳ１０５において、上記温度Ｔｗが２００℃以下であると判断されたとき、ステップＳ１０６において、酸化剤ガスの流量Ｃ０を増加させたうえで、ステップＳ１０２に戻る。すなわち、これまで、酸化剤ガスの流量Ｃ０がゼロであった場合は、酸化剤ガスを流し始める。また、これまで、酸化剤ガスを流していた場合は、酸化剤ガスの流量Ｃ０を増やす。これにより、水蒸発器５１へ送られる排出酸化剤ガスの流量が増え、水蒸発器５１に供給される熱量が増える。その結果、水蒸発器５１の温度Ｔｗを上昇させることができる。
【００４２】
また、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６を、連続停止期間Ｔｉが６０分を経過するまで繰り返しながら酸化剤ガスの流量Ｃ０を適宜調整する。そして、連続停止期間Ｔｉが６０分を経過したとき、燃料ガスの流通停止期間を終了する。すなわち、このとき、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を再開する。
【００４３】
制御装置６は、上記制御フローを実行することにより、酸化剤ガス制御部３２（すなわち、酸化剤ガスポンプ３２０）を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、上記温度Ｔｗに基づき、酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を調整することができる。なお、上記温度Ｔｗと比較される２００℃及び制御フローの周期である１分は、水蒸発器５１における水蒸気の生成を十分に行うことができる値として設定したものであるが、これらに限られない。
【００４４】
次に、燃料ガスの流通停止期間とその前後における燃料電池システム１の各部の温度及びガス等の流量の時間変化について、図４のグラフを参照して説明する。
【００４５】
図４において、曲線Ｌ１は、燃料ガスの流量、曲線Ｌ２は、水の流量、曲線Ｌ３は、酸化剤ガスの流量、曲線Ｌ４は、水蒸発器５１の温度、曲線Ｌ５は、改質器１６の温度、曲線Ｌ６は、燃料電池２の温度をそれぞれ示す。図４のグラフは、縦軸が温度又は流量を示し、横軸が時間を示す。なお、本実施形態において、水蒸発器５１に供給された水は、水蒸発器５１において速やかに蒸発して水蒸気となるものとする。
【００４６】
燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を停止する直前に、先ず、燃料ガスポンプ３１０及び水ポンプ５２０を調整して、図４のＬ１及びＬ２に示すように、燃料ガス及び水（すなわち、水蒸気）の流量を減少させる。その後、燃料ガスポンプ３１０を停止することによって、図４のＬ１に示すように、燃料ガスの流通を停止する。燃料ガスの流通を停止したまま６０分を経過させることにより、マイコンメータ４０の警報を回避する。また、燃料ガスポンプ３１０を停止すると同時に、水ポンプ５２０を調整して、図４のＬ２に示すように、水（すなわち、水蒸気）の流量を減少させると共に、酸化剤ガスポンプ３２０を停止することによって、図４のＬ３に示すように、酸化剤ガスの流通を停止する。
【００４７】
燃料ガスの流通を停止することにより、燃焼器１７１における燃焼が停止される。また、酸化剤ガスの流通を停止することにより、燃焼器１７１から排出される燃焼ガスの流通も停止されるため、燃焼器１７１から水蒸発器５１に供給される熱が小さくなる。ところが、水蒸発器５１は、流通停止期間においても水蒸気を生成するため、図４のＬ４に示すように、水蒸発器５１の温度が急速に低下する。水蒸発器５１の温度が１５０℃以下となった場合、水蒸発器５１は、水蒸気を効率的に生成することが困難となる。
【００４８】
そこで、本実施形態においては、流通停止期間における酸化剤ガスの流量を調整して、水蒸発器５１の温度の低下を抑制する。具体的には、図４のＬ３に示すように、流通停止期間における酸化剤ガスの流量を増加させることにより、燃焼器１７１から排出される燃焼ガスの流量を増加させる。これに伴い、水蒸発器５１において、燃焼ガスから供給される熱が大きくなる。すなわち、酸化剤ガスの流れによって、燃料電池２から水蒸発器５１に熱を移動させることができる。それゆえ、図４のＬ４に示すように、水蒸発器５１の温度の低下を抑制し、流通停止期間において、水蒸発器５１による水蒸気の導入を行うことができる。
【００４９】
なお、図４のＬ１、Ｌ３及びＬ５に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスの流通を停止すると共に、改質器１６の温度も急速に低下するが、水蒸発器５１と同じく、流通停止期間における酸化剤ガスの流量を増加させることにより、改質器１６の温度の低下を抑制することができる。一方、燃料電池２から水蒸発器５１と改質器１６とに熱を移動させることにより、図４のＬ６に示すように、燃料電池２の温度が低下する。
そして、燃料ガスの流通を停止してから６０分を経過したとき、図４のＬ１及びＬ２に示すように、燃料ガスの流通を再開すると共に、水（すなわち、水蒸気）の流量を増加させる。これにより、図４のＬ４、Ｌ５及びＬ６に示すように、一旦下がった水蒸発器５１の温度、改質器１６の温度及び燃料電池２の温度が上昇する。
【００５０】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態の燃料電池システム１において、制御装置６は、連続流通状態の発生を回避するように、燃料ガス制御部３１を制御して、燃料ガス供給路１１における燃料ガスの流通を停止するよう構成されている。これにより、ガス警報器４の警報を回避することができる。それとともに、制御装置６は、水蒸気制御部５を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、水蒸気導入路１３からアノード流路２１への水蒸気の導入を行うよう構成されている。これにより、燃料ガスの流通を停止する際に、燃料電池２の温度を、アノード２４の酸化を防止することができる温度まで低下させる必要が無くなる。すなわち、燃料電池２の温度を維持しつつ燃料ガスの流通を停止することができる。
【００５１】
これに伴い、燃料ガスの流通停止前及び流通停止後において燃料電池２を冷却及び加熱するための時間が不要となり、短時間の発電停止期間を設けるだけで、上記警報を回避することができる。それゆえ、第１の所定時間毎に、燃料電池システム１における発電が長時間の間停止することを回避し、燃料電池システム１の利便性の向上を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、アノード流路２１に水蒸気を導入するための補機類として、水蒸発器５１と水制御部５２とを用いている。それゆえ、水蒸気がコンプレッサにより送り出されるような構成に比べると、補機類の動作負荷を低減することができる。その結果、補機類による電力消費を抑制し、燃料電池システム１における発電効率を向上することができる。
【００５３】
また、制御装置６は、燃料ガスの流通停止期間中において、水蒸発器５１における排出酸化剤ガスと水との熱交換をすることができる。それゆえ、水蒸発器５１を加熱するためにヒータ等の外部加熱器を用いる必要がなくなる。これにより、燃料電池システム１における発電効率を向上することができる。
【００５４】
また、制御装置６は、酸化剤ガス制御部３２を制御して、燃料ガスの流通停止期間中、温度検出部７による検出温度に基づき、酸化剤ガス供給路１２における酸化剤ガスの流量を調整することができる。これに伴い、制御装置６は、水蒸発器５１の温度が所定の温度と比較して十分に高いときには、水蒸発器５１は水を加熱するために必要な熱量を有するため、燃料電池２から水蒸発器５１に熱を移動させない。一方、制御装置６は、水蒸発器５１の温度が所定の温度以下であるときには、燃料電池２から水蒸発器５１に熱を移動させる。この結果、水蒸発器５１における排出酸化剤ガスと水との熱交換を効率的に行うことができ、燃料電池２の温度の低下を抑制することができる。
【００５５】
これにより、燃料ガスの流通停止後において燃料電池２を加熱するための時間が短くなる。それゆえ、第１の所定時間毎に、燃料電池システム１における発電が長時間の間停止することを回避し、燃料電池システム１の利便性の向上を図ることができる。
【００５６】
以上のごとく、本実施形態によれば、利便性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供することができる。
【００５７】
（実施形態２）
本実施形態の燃料電池システム１においては、制御装置６は、図５に示すように、燃料ガスの流通停止期間の一時点から流通停止期間の終了時点までの水蒸発器５１へ供給する水の流量を、燃料ガスの流通停止期間における一時点よりも前の水蒸発器５１へ供給する水の流量よりも多くするよう構成されている。
【００５８】
システム構成自体は、図１に示した実施形態１におけるシステム構成と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００５９】
図５を用いて、燃料ガスの流通停止期間とその前後における燃料電池システム１の各部の温度及びガス等の流量の時間変化につき説明する。
図５における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、図４における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同様に、燃料ガスの流量、水の流量、酸化剤ガスの流量、水蒸発器５１の温度、改質器１６の温度、燃料電池２の温度をそれぞれ示す。
【００６０】
本実施形態においては、図５のＬ２に示すように、燃料ガスの流通を再開する前に水の流量を増加させる。具体的には、燃料ガスの流通を停止して５５分を経過したときから６０分を経過するまでの水の流量を、燃料ガスの流通を停止してから５５分を経過するまでの水の流量よりも多くする。これは、水蒸発器５１に供給された水が気化するに当り一定の加熱時間（例えば、５分間）を要することを見込んで、燃料ガスの流通の再開に先立って、水の流量を増加させるものである。これにより、燃料ガスの流通を再開する時点において改質器１６の水蒸気改質に必要な水蒸気の流量を確保して、水素を含有する燃料ガスを生成することができる。その結果、燃料電池システム１における発電の再開の遅れを抑制し、燃料電池システム１の利便性の一層の向上を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００６１】
（実施形態３）
本実施形態の燃料電池システム１においては、制御装置６は、図６に示すように、燃料ガスの流通停止期間の直前に、水蒸発器５１へ供給する水の流量を、燃料電池２の発電時における水蒸発器５１へ供給する水の流量よりも多くするよう構成されている。
システム構成自体は、図１に示した実施形態１におけるシステム構成と同様である。
【００６２】
図６を用いて、燃料ガスの流通停止期間とその前後における燃料電池システム１の各部の温度及びガス等の流量の時間変化につき説明する。
図６における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、図４における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同様に、燃料ガスの流量、水の流量、酸化剤ガスの流量、水蒸発器５１の温度、改質器１６の温度、燃料電池２の温度をそれぞれ示す。
【００６３】
なお、本実施形態においては、上記のような制御を実現できるようにすべく、水蒸発器５１は、燃料ガスの流通停止期間中、アノード流路２１へ導入される水蒸気の生成に必要な水を保持することを可能としている。具体的には、水蒸発器５１の容量は、上記水蒸気の生成に必要な水の体積よりも大きくしておく。
本実施形態においては、図６のＬ２に示すように、燃料ガスの流通を停止する前に、水蒸発器５１に上記水蒸気の生成に必要な水を保持させる。具体的には、燃料ガスの流通を停止する１０分前から停止するまでの水の流量を、燃料電池２の発電時における水の流量よりも多くする。その後、燃料ガスの流通の停止に合わせて水の流通を停止する。
【００６４】
燃料ガスの流通を停止する前に水蒸発器５１が大量の水を保持することにより、燃料ガスの流通を停止する１０分前から停止するまでの間に、水蒸発器５１において水を加熱することができる。その結果、燃料ガスの流通停止期間において水蒸発器５１に必要な熱量が小さくなる。これに伴い、図６のＬ３に示すように、流通停止期間における酸化剤ガスの流量を増加させるタイミングが、実施形態１の燃料電池システム１と比較して遅くなる。また、図６のＬ６に示すように、燃料電池２の温度の変化量が、実施形態１の燃料電池システム１と比較して小さくなる。それゆえ、燃料ガスの流通停止後において燃料電池２を加熱するための時間が短くなる。これにより、第１の所定時間毎に、燃料電池システム１における発電が長時間の間停止することを回避し、燃料電池システム１の利便性の向上を図ることができる。
【００６５】
（実施形態４）
本実施形態の燃料電池システム１は、図７に示すように、温水を貯めると共に温水の温度を調整する温水調整部８をさらに備える。制御装置６は、温水調整部８を制御して、燃料ガスの流通停止期間の直前に温水の温度を上昇させるよう構成されている。
【００６６】
より具体的には、温水調整部８は、燃焼ガス排出路１７２と熱的に接触するように配置されている。それゆえ、温水調整部８において、外部から導入された水が燃焼ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給される。温水調整部８は、燃焼ガス排出路１７２における、予熱器１２１の下流側に配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００６７】
図８を用いて、燃料ガスの流通停止期間とその前後における燃料電池システム１の各部の温度及びガス等の流量の時間変化につき説明する。
図８における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、図４における曲線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同様に、燃料ガスの流量、水の流量、酸化剤ガスの流量、水蒸発器５１の温度、改質器１６の温度、燃料電池２の温度をそれぞれ示す。また、図８における曲線Ｌ７は、温水調整部８における温水の温度を示す。
【００６８】
実施形態１において上述したように、燃料ガス及び酸化剤ガスの流通を停止することにより、燃焼器１７１における燃焼が停止されると共に、燃焼器１７１から排出される燃焼ガスの流通も停止される。それゆえ、燃焼器１７１から温水調整部８に供給される熱が小さくなり、温水調整部８は、燃料ガスの流通停止期間における温水の温度を所定の値（例えば、７５℃）以上に維持することが困難となる。これにより、温水調整部８は、高温の温水を貯湯タンクへ供給することができず、燃料電池システム１の利便性を低下させるおそれがある。
【００６９】
そこで、本実施形態においては、燃料ガスの流通を停止する前に温水を加熱する。具体的には、温水調整部８は、図８のＬ７に示すように、燃料ガスの流量の減少から燃料ガスの流通を停止するまでの間に、温水の温度が８０℃となるように温水を加熱する。それゆえ、温水調整部８は、燃料ガスの流通停止期間における温水の温度を７５℃以上に維持することができる。これにより、温水調整部８は、高温の温水を貯湯タンクへ供給することができ、燃料電池システム１の利便性の向上を図ることができる。
【００７０】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１において、第１の所定時間を３０日間としているが、これに限られない。また、実施形態１において、第２の所定時間を６０分間としているが、これに限られない。
【符号の説明】
【００７１】
１  燃料電池システム
１１  燃料ガス供給路
１２  酸化剤ガス供給路
１３  水蒸気導入路
２  燃料電池
３１  燃料ガス制御部
４  ガス警報器
５  水蒸気制御部
６  制御装置
【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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