(57)【要約】【課題】停電に対応する機能を備えた水素処理システムを、体積の増加及びコストの増加を抑えて提供する。【解決手段】電力供給手段６０と接続されたバッテリ６６と、ＤＭＳ（Dual Mode Stack）をイオンポンプとして機能させた水素精製運転の実行中に、電圧センサ５１により商用電源５０の停電が検知されたときに、スイッチ７５をオンしてバッテリ７０から電力供給手段６０に電力を供給して、ＤＭＳ２０に対する第１の停止処理を行う停止制御手段８２を備え、バッテリ７０の容量は、前記第１の停止処理で必要となる電力に所定の余裕分を加えた第１規定量に設定されている。【選択図】  図１
2011098872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質装置と、
ガス流路を有するアノード電極及びカソード電極を、電解質膜を挟んで配置して構成された電極構造体と、
前記アノード電極と前記カソード電極間に所定電圧を印加した状態で、前記アノード電極に前記改質ガスを供給することにより、前記電極構造体をイオンポンプとして機能させて、前記改質ガス中の水素を電解質膜を透過させて前記カソード電極側に移送する水素精製運転を行なう運転制御手段と、
商用電源と接続され、前記水素精製運転の実行時に、該商用電源から供給される電力を用いて、前記水素精製運転に必要となる電力を供給する電力供給手段とを備えた水素処理システムにおいて、
前記商用電源の停電を検知する停電検知手段と、
蓄電手段と、
前記水素精製運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する第１の停止処理を行う停止制御手段とを備え、
前記蓄電手段の容量は、前記第１の停止処理に必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量に設定されていることを特徴とする水素処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の水素処理システムにおいて、
前記運転制御手段は、前記アノード電極に前記改質ガスを供給すると共に、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給することにより、前記電極構造体を燃料電池として機能させて、前記アノード電極と前記カソード電極間に接続された電気負荷に電力を供給する発電運転を行ない、
前記電力供給手段は、前記発電運転の実行時に、前記商用電源から供給される電力を用いて、前記発電運転に必要となる電力を出力し、
前記停止制御手段は、前記発電運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する第２の停止処理を行い、
前記蓄電手段の容量は、前記第２の停止処理で必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量と、前記第１の停止処理で必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量とのうちの、大きい方の容量に設定されていることを特徴とする水素処理システム。
【請求項３】
ガス流路を有するアノード電極及びカソード電極を、電解質膜を挟んで配置して構成された電極構造体と、
前記アノード電極に前記改質ガスを供給すると共に、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給することにより、前記電極構造体を燃料電池として機能させて、前記アノード電極と前記カソード電極間に接続された電気負荷に電力を供給する発電運転を行なう運転制御手段と、
商用電源と接続され、前記発電運転の実行時に、該商用電源から供給される電力を用いて、前記発電運転に必要となる電力を供給する電力供給手段とを備えた水素処理システムにおいて、
前記商用電源の停電を検知する停電検知手段と、
蓄電手段と、
前記発電運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する停止処理を行う停止制御手段とを備え、
前記蓄電手段の容量は、前記停止処理に必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量に設定されていることを特徴とする水素処理システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３記載の水素処理システムにおいて、
前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに報知を行なう停電報知手段を備えたことを特徴とする水素処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源からの供給電力を使用して、含水素ガスを処理する水素処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、含水素ガスを処理する水素処理システムとして、例えば、改質装置により天然ガス等の原燃料から水素リッチな改質ガスを精製し、この改質ガスから、水素高純度化処理器により高純度の水素を精製するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された水素処理システムにおいて、水素高純度化処理器により精製された高純度の水素は、燃料電池スタックに供給されると共に、水素供給設備に供給される。そして、この水素処理システムは、基本的には、外部電源からの供給電力と燃料電池スタックの発電電力によって作動するが、停電により外部電源からの電力供給が停止したときには、二次電池と燃料電池スタックからの供給電力により作動を継続するように構成されている。
【０００４】
しかし、このように、二次電池と燃料電池スタックからの供給電力によって、水素処理システムの作動を継続するためには、改質装置による改質ガスの生成を維持するために、大容量の二次電池が必要になる。或いは、停電により改質装置が停止しても燃料電池スタックによる発電を可能とするために、水素タンクのような発電用水素の供給設備を別途備えることが必要となる。
【０００５】
そのため、水素処理システムの体積が大きくなるという不都合がある。また、水素タンクによる発電用水素の供給設備を備える場合、高圧タンク及び高圧配管等の採用に伴なって、水素処理システムのコストが大幅に増加するという不都合ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９５６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、停電に対応する機能を備えた水素処理システムを、大型化及びコストの増加を抑えて提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の第１の態様は、原燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質装置と、ガス流路を有するアノード電極及びカソード電極を、電解質膜を挟んで配置して構成された電極構造体と、前記アノード電極と前記カソード電極間に所定電圧を印加した状態で、前記アノード電極に前記改質ガスを供給することにより、前記電極構造体をイオンポンプとして機能させて、前記改質ガス中の水素を電解質膜を透過させて前記カソード電極側に移送する水素精製運転を行なう運転制御手段と、商用電源と接続され、前記水素精製運転の実行時に、該商用電源から供給される電力を用いて、前記水素精製運転に必要となる電力を供給する電力供給手段とを備えた水素処理システムに関する。
【０００９】
そして、前記商用電源の停電を検知する停電検知手段と、蓄電手段と、前記水素精製運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する第１の停止処理を行う停止制御手段とを備え、前記蓄電手段の容量は、前記第１の停止処理に必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記水素精製運転の実行時に、前記電力供給手段により、前記商用電源から供給される電力を用いて前記水素精製運転で必要となる電力が供給される。そして、前記水素精製運転の実行中に前記商用電源の停電が生じたときには、前記停止制御手段により、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する前記第１の停止処理が実行される。そのため、前記商用電源の停電が生じたときに、急な運転停止により前記電極構造体や前記改質装置にストレスが加わることを回避するように、前記第１の停止処理を行うことができる。そして、この場合には、前記蓄電手段の容量は前記第１の停止処理で使用される電力が確保できる最小程度のものでよいため、水素処理システムの大型化を抑制することが構成できる。また、別途に、水素ボンベ等の水素供給手段を設けて、商用電源の停電時に前記電極構造体を燃料電池として機能させる必要がないため、水素処理システムのコストの上昇も抑制することができる。
【００１１】
また、前記第１の態様において、前記運転制御手段は、前記アノード電極に前記改質ガスを供給すると共に、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給することにより、前記電極構造体を燃料電池として機能させて、前記アノード電極と前記カソード電極間に接続された電気負荷に電力を供給する発電運転を行ない、前記電力供給手段は、前記発電運転の実行時に、前記商用電源から供給される電力を用いて、前記発電運転に必要となる電力を出力し、前記停止制御手段は、前記発電運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する第２の停止処理を行い、前記蓄電手段の容量は、前記第２の停止処理で必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量と、前記第１の停止処理で必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量とのうちの、大きい方の容量に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記発電運転の実行時に、前記電力供給手段により、前記商用電源から供給される電力を用いて前記発電運転で必要となる電力が供給される。そして、前記発電運転の実行中に前記商用電源の停電が生じたときには、前記停止制御手段により、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する前記第２の停止処理が実行される。そのため、前記商用電源の停電が生じたときに、急な運転停止により前記電極構造体や前記改質装置にストレスが加わることを回避するように、前記第２の停止処理を行うことができる。そして、この場合には、前記蓄電手段の容量は、前記第１の停止処理で使用される電力と前記第２の停止処理で使用される電力とのうちの、大きい方が確保できる最小程度のものでよいため、水素処理システムの大型化を抑制することができる。
【００１３】
次に、本発明の第２の態様は、ガス流路を有するアノード電極及びカソード電極を、電解質膜を挟んで配置して構成された電極構造体と、前記アノード電極に前記改質ガスを供給すると共に、前記カソード電極に酸化剤ガスを供給することにより、前記電極構造体を燃料電池として機能させて、前記アノード電極と前記カソード電極間に接続された電気負荷に電力を供給する発電運転を行なう運転制御手段と、商用電源と接続され、前記発電運転の実行時に、該商用電源から供給される電力を用いて、前記発電運転に必要となる電力を供給する電力供給手段とを備えた水素処理システムに関する。
【００１４】
そして、前記商用電源の停電を検知する停電検知手段と、蓄電手段と、前記発電運転の実行中に、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する停止処理を行う停止制御手段とを備え、前記蓄電手段の容量は、前記停止処理に必要となる電力に所定の余裕分を加えた電力に対応する容量に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、前記発電運転の実行時に、前記電力供給手段により、前記商用電源から供給される電力を用いて前記発電運転で必要となる電力が供給される。そして、前記発電運転の実行中に前記商用電源の停電が生じたときには、前記停止制御手段により、前記蓄電手段の出力電力を使用して前記電極構造体に対する停止処理が実行される。そのため、前記商用電源の停電が生じたときに、急な運転停止により前記電極構造体や前記改質装置にストレスが加わることを回避するように、前記停止処理を行うことができる。そして、この場合には、前記蓄電手段の容量は前記停止処理で使用される電力が確保できる最小程度のものでよいため、水素処理システムの大型化を抑制することが構成できる。また、別途に、水素ボンベ等の水素供給手段を設けて、商用電源の停電時に前記電極構造体を燃料電池として機能させる必要がないため、水素処理システムのコストの上昇も抑制することができる。
【００１６】
また、前記第１の態様及び前記第２の態様において、前記停電検知手段により前記商用電源の停電が検知されたときに報知を行なう停電報知手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、前記商用電源の停電が検知されたときに報知を行なうことにより、水素処理システムの使用者に、前記第１の停止処理又は前記第２の停止処理が実行されて前記水素精製運転又は前記発電運転が停止した状態にあることを認識させることができる。そして、これにより、前記商用電源が復電したときに水素処理システムの起動操作を行うことを、使用者に促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】水素生成運転時の作動状態を示した水素処理システムの構成図。
【図２】水素精製運転用の運転制御手段及び停止制御手段のフローチャート。
【図３】発電運転時の作動状態を示した水素処理システムの構成図。
【図４】発電運転用の運転制御手段及び停止制御手段のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態の一例について、図１〜４を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池及びイオンポンプとして機能する電極構造体２０（以下、ＤＭＳ（Dual Mode Stack）２０という）、炭化水素を主体とする原燃料（都市ガス等）と水蒸気との混合燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質装置３０、商用電源５０とバッテリ７０（本発明の蓄電手段に相当する）に接続されて、ローカル負荷９１，９２（改質装置３０、ＤＭＳ２０、水素高純度化器４０の作動時や停止時に使用される電装補機を含む）に電力供給すると共に、ＤＭＳ２０との間で電力の入出力を行う電力供給手段６０、及び、水素処理システム１０の全体的な作動を制御するコントローラ８０を備えている。
【００２０】
そして、図１はＤＭＳ２０をイオンポンプとして機能させて、改質ガスから水素ガスを生成する水素精製運転を行なうときの状態を示しているため、ＤＭＳ２０により精製された水素ガスをさらに精製する水素高純度化処理器４０が示されている。なお、水素高純度化処理器４０で精製された水素ガスは、図示しない充電部により水素ボンベ等に充填される。
【００２１】
改質装置３０は、原燃料に含まれるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等の炭化水素に、水蒸気を混合して混合燃料を精製する蒸発器３１、蒸発器３１に水蒸気発生用の熱を付与する触媒燃焼器３２、及び、混合燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器３３を備えている。
【００２２】
ＤＭＳ２０は、電解質膜２１をアノード電極３３とカソード電極２３で挟んだ電解質膜・電極構造部を有し、この電解質膜・電極構造部をセパレータと交互に積層したスタックを構成している。この場合、電解質膜・電極構造部とセパレータの間にガス流路が形成される。
【００２３】
電力供給手段６０は、商用電源５０との接続と遮断を切り換えるコンタクタ６１、トランス６２、双方向のＤＣ／ＡＣコンバータ６３、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６４、双方向の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５、及びＤＭＳ２０との接続と遮断を切り換えるスイッチ６６を備えている。また、商用電源５０の電圧を検出する電圧センサ５１と、バッテリ７０と電力供給手段６０の接続と遮断を切り換えるスイッチ７５が設けられている。
【００２４】
そして、水素精製運転時には、商用電源５０から供給される交流電力が交流系のローカル負荷９２に出力される。また、商用電源５０から供給される交流電力がトランス６２により変圧され、ＡＣ／ＤＣコンバータ６３で整流される。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ６３の出力電圧が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６４により降圧されて、直流系のローカル負荷９１に供給される。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ６３の出力電圧が昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５により変圧されて、ＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３間に印加される。
【００２５】
コントローラ８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等により構成された電子ユニットであり、このＣＰＵに水素処理システム１０の制御用プログラムを実行させることによって、コントローラ８０が、運転制御手段８１及び停止制御手段８２として機能する。また、コントローラ８０は、燃料電池システム１０の運転を指示するための各種スイッチと、運転状態を示すための表示部等を備えた操作パネル８５と接続されている。
【００２６】
運転制御手段８１は、ＤＭＳ２０をイオンポンプとして機能させて改質ガスからの水素の精製を行う水素精製運転と、ＤＭＳ２０を燃料電池として機能させて発電を行う発電運転とを実行する。また、停止制御手段８２は、水素精製運転及び発電運転の実行時に、商用電源５０の停電の有無を監視し、停電が生じたときにＤＭＳ２０に対する停止処理を実行する。
【００２７】
次に、水素精製運転の実行時の運転制御手段８１及び停止制御手段８２による処理について、図２（ａ），図２（ｂ）に示したフローチャートに従って説明する。
【００２８】
図２（ａ）は運転制御手段８１の作動フローチャートである。運転制御手段８１は、ＳＴＥＰ１でコンタクタ６１をオン（導通状態）として、改質装置３０、ＤＭＳ２０、及び水素高純度化処理器４０のアイドリング運転を行なう。次のＳＴＥＰ２で、バッテリ７０の充電量が第１規定量（後述する第１の停止処理の実行に必要な電力に、例えば数％の余裕分を加えた電力に対応する充電量）以上であるか否かを判断する。
【００２９】
そして、バッテリ７０の充電量が第１規定量以上であるときはＳＴＥＰ３に進み、バッテリ７０の充電量が第１規定量未満であるときには、バッテリ７０の接続スイッチ７５をオン（導通状態）として、バッテリ７０を充電する。
【００３０】
ＳＴＥＰ３で、運転制御手段８１は、使用者によって、操作パネル８５による水素精製運転でのシステム起動指示がなされたか否かを判断する。そして、起動指示がなされたときにはＳＴＥＰ４に進み、運転制御手段８１は、改質装置３０への原燃料の供給を開始して水素処理システム１０を起動し、ＳＴＥＰ５で、スイッチ６６をオン（導通状態）してＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３間に電圧を印加し、水素精製運転を開始する。
【００３１】
水素精製運転時には、アノード電極２２では、以下の式（１）の反応が起こって水素イオン（Ｈ+）が発生する。
【００３２】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−  ・・・・・（１）
そして、水素イオンは、電解質膜２１を透過してカソード電極２３に移動し、カソード電極２３では、以下の式（２）の反応が惹起されると共に、昇圧される。
【００３３】
２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２・・・・・（２）
このようにして、アノード電極２２からカソード電極２３に水素イオンが移動することにより、改質ガスから高純度の水素ガスが精製される。この水素ガスは、水素高純度化処理器４０に送出され、水素高純度化処理器４０により除湿と精製の処理が施される。
【００３４】
また、アノード電極２２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして触媒燃焼器３２に送出される。アノードオフガス中の水素は触媒燃焼器３２で燃焼し、その燃焼熱が蒸発器３１に与えられる。
【００３５】
続くＳＴＥＰ６で、運転制御手段８１は、使用者によって、操作パネル８５によるシステム停止の指示がなされたか否かを判断する。そして、停止指示がなされたときにはＳＴＥＰ７に進み、運転制御手段８１は、改質装置３０への原燃料の供給を停止し、また、スイッチ６６をオフ（遮断状態）して、ＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３間への電圧の印加を停止する。
【００３６】
次のＳＴＥＰ８で、運転制御手段８１は、水素高純度化処理器４０の作動を停止して、水素高純度化処理器４０を脱圧する。また、ＳＴＥＰ９で、運転制御手段８１は、ＤＭＳ２０のアノード電極２２を封止（アノード電極２２の入口に接続されたガス流路と出口に接続されたガス流路に設けられた電磁弁を閉弁）すると共に、カソード電極２３を封止（カソード電極２３の入口に接続されたガス流路と出口に接続されたガス流路に設けられた電磁弁を閉弁）する。
【００３７】
このように、ＳＴＥＰ８で水素高純度化処理器４０の脱圧を行ってから、ＳＴＥＰ９でＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３を封止することによって、アノード電極２２とカソード電極２３間の圧力差を減少させることができる。そして、これにより、アノード電極２２とカソード電極２３間の圧力差によって電解質膜２１に加わるストレスにより、電解質膜２１の劣化が生じることを抑制することができる。そして、ＳＴＥＰ１０に進んで、運転制御手段８１は、水素精製運転の一連の処理を終了する。
【００３８】
このように、運転制御手段８１が図２（ａ）に示したフローチャートを実行している間、停止制御手段８２は、図２（ｂ）に示したフローチャートを実行して、商用電源５０の停電に対処する。
【００３９】
停止制御手段８２は、図２（ｂ）のＳＴＥＰ３１で、電圧センサ５１の検出信号に基づいて商用電源５０の停電の有無を判断し、停電を検知したときにはＳＴＥＰ３２に進む。ＳＴＥＰ３２で、停止制御手段８２は、バッテリ７０のスイッチ７５をオン（導通状態）として、バッテリ７０から電力供給手段６０に電力を供給する。なお、停止制御手段８２が、電圧センサ５１の検出信号に基づいて商用電源５０の停電を検知する構成は、本発明の停電検知手段に相当する。
【００４０】
これにより、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して、直流系のローカル負荷９１に電力が供給されて、ローカル負荷９１の動作が可能な状態となる。また、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ６３とトランス６２を介して、交流系のローカル負荷９２に電力が供給され、ローカル負荷９２の動作が可能な状態となる。
【００４１】
続くＳＴＥＰ３３で、停止制御手段８２は、操作パネル８５によって、停電により水素処理システムの運転が停止されたことを報知する。なお、この報知は、例えば操作パネル８５に備えられた表示部への表示や、ランプの点灯、スピーカからの音声出力等によって行われる。なお、このように、商用電源５０の停電が生じたときに報知を行なう構成が、本発明の報知手段に相当する。
【００４２】
そして、ＳＴＥＰ８３に進み、停止制御手段８２は、図２（ｂ）のＳＴＥＰ８〜ＳＴＥＰ９と同様に、ＳＴＥＰ３４で水素高純度化器を脱圧し、ＳＴＥＰ３５でＤＭＳ２０のアノード電極２２及びカソード電極２３を封止する停止処理を行ってＳＴＥＰ３６に進み、処理を終了する。なお、ＳＴＥＰ３４とＳＴＥＰ３５の処理は、本発明の電極構造体に対する第１の停止処理に相当する。
【００４３】
このように、図２（ｂ）のフローチャートによる処理によって、停止制御手段８２は、商用電源５０の停電が生じたときに、バッテリ７０からの出力電力を使用して、ＤＭＳ２０に対する第１の停止処理を行う。そのため、商用電源５０の停電によりＤＭＳ２０の運転が直ちに停止して、水素高純度化処理器４０の脱圧がなされずにＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３が封止されて、カソード電極２３内の圧力がアノード電極２２内の圧力よりも高くなり、この電極間の圧力差によって電解質膜２１の劣化が進むことを防止することができる。
【００４４】
次に、図３はＤＭＳ２０を燃料電池として機能させる発電運転を行なうときの状態を示しており、ＤＭＳ２０のカソード電極２３に空気（酸化剤ガス）を供給するブロワ４５が示されている。なお、図１に示した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
電力供給手段６０は、発電運転時には、ＤＭＳ２０からＤＣ／ＤＣコンバータ６５に電力が供給され、昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５から、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ６３とバッテリ７０に電力が供給される。また、昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の出力電力はスイッチ７５を介してバッテリ７０にも供給され、バッテリ７０の充電に使用される。
【００４６】
以下、発電運転の実行時の運転制御手段８１及び停止制御手段８２による処理について、図４（ａ），図４（ｂ）に示したフローチャートに従って説明する。
【００４７】
図４（ａ）は運転制御手段８１の作動フローチャートである。運転制御手段８１は、ＳＴＥＰ５１でコンタクタ６１をオン（導通状態）として、改質装置３０とＤＭＳ２０のアイドリング運転を行なう。次のＳＴＥＰ５２で、運転制御手段８１は、バッテリ７０の充電量が第２規定量（後述する第２の停止処理の実行に必要な電力に、例えば数％の余裕分を加えた電力に対応する充電量）以上であるか否かを判断する。
【００４８】
そして、バッテリ７０の充電量が第２規定量以上であるときはＳＴＥＰ５３に進み、バッテリ７０の充電量が第２規定量未満であるときには、バッテリ７０の接続スイッチ７５をオン（導通状態）として、バッテリ７０を充電する。
【００４９】
ＳＴＥＰ５３で、運転制御手段８１は、使用者によって、操作パネル８５による発電運転でのシステム起動指示がなされたか否かを判断する。そして、起動指示がなされたときにはＳＴＥＰ５４に進み、運転制御手段８１は、改質装置６０への原燃料の供給を開始して水素処理システム１０を起動し、ＳＴＥＰ５５で、スイッチ６６をオン（導通状態）してＤＭＳ２０から、電力供給手段６０の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５への電力供給を可能とする。これにより、発電運転が開始される。
【００５０】
発電運転時には、改質装置３０からＤＭＳ２０のアノード電極２２に改質ガスが供給されると共に、ブロワ４５からＤＭＳ２０のカソード電極２３に空気（酸化剤ガス）が供給される。これにより、ＤＭＳ２０では、アノード電極２２で以下の式（３）の反応が生じ、水素ガス（Ｈ２）が電子ｅ−を放出して水素イオン（Ｈ＋）となる。
【００５１】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−  ・・・・・（３）
そして、水素イオンは電解質膜２１を透過し、カソード電極２３において、空気中の酸素ガス（Ｏ２）とカソード電極２３に供給される電子とにより、以下の式（４）の反応が生じて水が生成される。
【００５２】
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ Ｈ２Ｏ  ・・・・・（４）
そして、上記式（３）、式（４）に示したように、アノード電極２２から昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５を介してカソード電極２３に電流が流れ、ＤＭＳ２０から昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５（この場合、本発明の電気負荷に相当する）に電力が供給される。
【００５３】
また、アノード電極２２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして、アノード電極２２から触媒燃焼器３２に送出される。アノードオフガス中の水素は触媒燃焼器３２で燃焼し、その燃焼熱が蒸発器３１に与えられる。
【００５４】
続くＳＴＥＰ５６で、運転制御手段８１は、使用者によって、操作パネル８５によるシステム停止の指示がなされたか否かを判断する。そして、停止指示がなされたときにはＳＴＥＰ５７に進み、運転制御手段８１は、ブロワ４５の作動を停止してカソード電極２３への空気の供給を停止する。なお、改質装置３０への原燃料の供給は継続する。
【００５５】
次のＳＴＥＰ５８で、運転制御手段８１は、カソード電極２３内の残留した酸素を消費させる処理（カソードパージ）を行う。運転制御手段８１は、先ず、カソード電極２３を封止（カソード電極２３の入口に接続されたガス流路と出口に接続されたガス流路に設けられた電磁弁を閉弁）する。この場合、ＤＭＳ２０においては、封止されたカソード電極２３に残留した酸素を消費して、発電が継続される。そして、カソード電極２３内の酸素が全て消費されると、ＤＭＳ２０の発電が停止して、ＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３間の電圧がほぼゼロとなる。
【００５６】
そこで、運転制御手段８１は、ＤＭＳ２０のアノード電極２２とカソード電極２３間の電圧（図示しない電圧センサにより検出される）がほぼゼロになったときに、アノード電極２２を封止（アノード電極２２の入口に接続されたガス流路と出口に接続されたガス流路に設けられた電磁弁を閉弁）する。これにより、カソード電極２３は、酸素が除去された状態で封止されるため、電解質膜２１の酸化による劣化を防止することができる。
【００５７】
次のＳＴＥＰ５９で、運転制御手段８１は、改質装置３０に対する改質ガスの供給を停止して、アノード電極２２を封止する。そして、ＳＴＥＰ６０に進んで、運転制御手段８１は、発電運転の一連の処理を終了する。
【００５８】
このように、運転制御手段８１が図４（ａ）に示したフローチャートを実行している間、停止制御手段８２は、図４（ｂ）に示したフローチャートを実行して、商用電源５０の停電に対処する。
【００５９】
停止制御手段８２は、図４（ｂ）のＳＴＥＰ８１で、電圧センサ５１の検出信号に基づいて商用電源５０の停電の有無を判断し、停電を検知したときにはＳＴＥＰ８２に進む。ＳＴＥＰ８２で、停止制御手段８２は、バッテリ７０の接続スイッチ７５をオン（導通状態）として、バッテリ７０から電力供給手段６０に電力を供給する。
【００６０】
これにより、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して、直流系のローカル負荷９１に電力が供給されて、ローカル負荷９１の動作が可能な状態となる。また、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ６３とトランス６２を介して、交流系のローカル負荷９２に電力が供給され、ローカル負荷９２の動作が可能な状態となる。さらに、昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６５の作動により、ＤＭＳ２０の発電電力を受電することが可能な状態となる。
【００６１】
続くＳＴＥＰ８３で、停止制御手段８２は、図２（ｂ）のＳＴＥＰ３３と同様に、操作パネル８５による報知を行なう。そして、ＳＴＥＰ８４に進み、停止制御手段８２は、図４（ａ）のＳＴＥＰ８８〜ＳＴＥＰ８９と同様に、ＳＴＥＰ８４でカソードパージを行ってＤＭＳ２０のアノード電極２２を封止し、ＳＴＥＰ８５でカソード電極２３を封止する停止処理を行ってＳＴＥＰ８６に進み、処理を終了する。なお、ＳＴＥＰ８４とＳＴＥＰ８５の処理は、本発明の電極構造体に対する第２の停止処理、及び電極構造体に対する停止処理に相当する。
【００６２】
このように、図４（ｂ）のフローチャートの処理によって、停止制御手段８２は、商用電源５０の停電が生じたときに、バッテリ７０からの出力電力を使用して、ＤＭＳ２０の停止処理を行う。そのため、商用電源５０の停電によりＤＭＳ２０の運転が直ちに停止して、カソード電極２３内に酸素が残留する状態となり、酸化により電解質膜が劣化することを防止することができる。
【００６３】
そして、水素処理システム１０において、バッテリ７０は、水素精製運転実行時の停電に対応するための第１規定量と、発電運転実行時の停電に対応するための第２規定量とのうちの大きい方の容量を持てばよいため、商用電源５０が停電している間も、水素精製運転及び発電運転をある程度継続させるために、大容量のバッテリを搭載する場合に比べて、バッテリ７０のサイズを小型化できると共に、バッテリ７０のコストも低減することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、本発明の電極構造体として、燃料電池及びイオンポンプとして機能するＤＭＳ２０を示したが、イオンポンプとしてのみ機能する電極構造体を備えた水素処理システムであっても、本発明を適用してその効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、水素精製運転及び発電運転の実行時に商用電源５０の停電が生じたときに、報知を行なうようにしたが、この報知を行なわない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０…燃料電池システム、２０…ＤＭＳ（Dual Mode Stack）、２１…電解質膜、２２…アノード電極、２３…カソード電極、３０…改質装置、６０…電力供給手段、７０…バッテリ、８０…コントローラ、８１…運転制御手段、８２…停止制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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