(57)【要約】【課題】昇圧器の異常を従来よりも精度よく判定できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池から排出されたアノードオフガスを燃料電池の入口に戻すリサイクル経路と、リサイクル経路より分岐して、アノードオフガスを外部に排出するアノードオフガス排出経路と、アノードオフガス排出経路に設けられている第１弁と、リサイクル経路を流通するアノードオフガスを昇圧させる昇圧器と、第１弁を開放した状態で燃料ガス供給経路から燃料ガスを供給して、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及びパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、昇圧器を動作させるよう制御し、かつ制御時のリサイクル経路若しくはアノードオフガス排出経路の圧力、または昇圧器の動作量に基づき異常を判定する制御器と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、
前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料電池の入口に戻すためのリサイクル経路と、
前記リサイクル経路より分岐して、前記アノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、
前記アノードオフガス排出経路に設けられている第１弁と、
前記リサイクル経路に設けられ、前記リサイクル経路を流通するアノードオフガスを昇圧させる昇圧器と、
前記第１弁を開放した状態で前記燃料ガス供給経路から前記燃料ガスを供給して、前記アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及び前記パージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、前記昇圧器を動作させるよう制御し、かつ前記制御時の前記リサイクル経路若しくは前記アノードオフガス排出経路の圧力、または前記昇圧器の動作量に基づき異常を判定する制御器と、を備える、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記昇圧器よりも上流の前記リサイクル経路の圧力、または前記アノードオフガス排出経路の圧力が第１の閾値以上であるとき、異常と判定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記昇圧器よりも上流の前記リサイクル経路の圧力、または前記アノードオフガス排出経路の圧力が第２の閾値以下であるとき、異常と判定する、
請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃料電池の起動時に前記異常を判定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス供給経路に設けられた、第２弁を備え、
前記制御器は、前記異常であると判定されると、前記第２弁を閉じ、前記燃料ガス供給経路からの燃料ガスの供給を停止させる、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器が前記異常であると判定すると、前記異常を示す情報を出力する出力器をさらに備える、
請求項１−５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、燃焼電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に高分子電解質膜を用いた高分子電解質形燃料電池では、燃料ガス供給経路を通じてアノードに供給された燃料ガス中の水素とカソードに供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電している。このような燃料電池を備えた燃料電池システムでは、発電効率を向上させるために、未反応の水素を含む、アノードから排出されたアノードオフガスを、昇圧器を用いて昇圧させて、再度、アノードに循環供給して、水素の供給量を削減する方法が提案されている。
【０００３】
このような燃料電池システムの場合、循環経路（リサイクル経路）および燃料ガスの供給経路で異常が生じると、燃料電池のアノードへ供給する燃料ガスの供給量が不足して、発電効率の低下および燃料電池の劣化を招く。
【０００４】
そこで、リサイクル経路中の昇圧器（燃料循環ポンプ）の異常を診断することができる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、特許文献１では、昇圧器が異常であるか否かの判定を以下（ａ）−（ｃ）のいずれかで行う構成が提案されている。
（ａ）昇圧器の回転数が所望の回転数となっているか否か判定
（ｂ）昇圧器の出入り口の水素圧力の圧力差が所望の値になっているか否か判定
（ｃ）昇圧器の出口の水素圧力が所望の値になっているか否か判定
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術（特許文献１）では、昇圧器の異常の判定として、改善の余地がある。
【０００７】
本発明は一例として、昇圧器の異常を従来よりも精度よく判定できる燃料電池システム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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムの一態様（aspect）は、上記課題を解決するために、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料電池の入口に戻すためのリサイクル経路と、前記リサイクル経路より分岐して、前記アノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、前記アノードオフガス排出経路に設けられている第１弁と、前記リサイクル経路に設けられ、前記リサイクル経路を流通するアノードオフガスを昇圧させる昇圧器と、前記第１弁を開放した状態で前記燃料ガス供給経路から前記燃料ガスを供給して、前記アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及び前記パージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、前記昇圧器を動作させるよう制御し、かつ前記制御時の前記リサイクル経路若しくは前記アノードオフガス排出経路の圧力、または前記昇圧器の動作量に基づき異常を判定する制御器と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上に説明したように構成され、昇圧器の異常を従来よりも精度よく判定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムにおける入力値と第二圧力値との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システムにおける入力値と第二圧力値および第三圧力値との関係の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態２の変形例４に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例５に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態２の変形例６に係る燃料電池システムの要部構成の一例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２の変形例６に係る燃料電池システムの異常判定処理の一例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】
【００１１】
（本発明の基礎となる知見）
本発明者等は、リサイクル経路を備え、アノードオフガスを昇圧器により昇圧させてリサイクル流路を介して、燃料電池のアノードに循環供給する燃料電池システムにおける昇圧器の異常検知について鋭意検討を重ねた。この結果、本発明者等は従来技術には下記のような問題があることを見出した。
【００１２】
すなわち、特許文献１に係る燃料電池システムは、上述した（ａ）−（ｃ）に示す昇圧器の異常の判定方法について提案されている。しかしながら、特許文献１では、昇圧器の異常を判定する際の燃料電池システムの運転条件について考慮されていないため、昇圧器の異常を精度よく判定することが困難であることを見出した。つまり、アノードオフガスを、リサイクル経路を通じて燃料電池のスタックに循環供給する閉回路運転の場合、アノードオフガスに大気中の非反応成分（主として窒素）が蓄積し、燃料ガスの組成が変化していく。このため、例えば、特許文献１のように、昇圧器の出入り口の水素圧力または昇圧器の出口の水素圧力を検知し、昇圧器の異常を判定する構成の場合、検知を行った際の燃料電池の運転条件によっては、検知結果が異なることとなる。このため、特許文献１では昇圧器が異常であるか否かについて精度よく判定することが困難であることを見出した。
【００１３】
そこで、本発明者等は、リサイクル経路中のアノードオフガスの組成が一定となる運転条件において昇圧器の異常を判定することで、昇圧器の異常の有無の判定をより精度よく行うことができることを見出した。具体的には、アノードオフガス排出経路に設けられている第１弁（パージ弁）を開放した状態で、燃料ガス供給経路から燃料ガスを供給して、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及びパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方という運転条件にて昇圧器の異常について判定することで、精度よく昇圧器の異常の判定を行うことができることを見出した。
【００１４】
上記した本発明者等の知見は、これまで明らかにされていなかったものであり、顕著な作用効果を奏する新規な技術的特徴を有するものである。そこで、本発明は具体的には以下に示す態様を提供する。
【００１５】
本発明の第１態様に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料電池の入口に戻すためのリサイクル経路と、前記リサイクル経路より分岐して、前記アノードオフガスを外部に排出するためのアノードオフガス排出経路と、前記アノードオフガス排出経路に設けられている第１弁と、前記リサイクル経路に設けられ、前記リサイクル経路を流通するアノードオフガスを昇圧させる昇圧器と、前記第１弁を開放した状態で前記燃料ガス供給経路から前記燃料ガスを供給して、前記アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及び前記パージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、前記昇圧器を動作させるよう制御し、かつ前記制御時の前記リサイクル経路若しくは前記アノードオフガス排出経路の圧力、または前記昇圧器の動作量に基づき異常を判定する制御器と、を備える。
【００１６】
上記構成によると、制御器は、第１弁を開放した状態で燃料ガス供給経路から燃料ガスを供給して、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及びパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、昇圧器を動作させるよう制御し、かつ制御時のリサイクル経路若しくはアノードオフガス排出経路の圧力、または昇圧器の動作量に基づき異常を判定する。
【００１７】
ところで、燃料電池において生じる圧力損失の大きさは、燃料電池を流通する燃料ガスの組成に依存する。また、第１弁を閉じた状態でアノードオフガスを何度も燃料ガス供給経路に循環させる閉回路運転では、アノードオフガスへ窒素が徐々に含まれていき燃料ガスの組成が変化していく。
【００１８】
しかしながら、上記構成によると、第１弁を開放した状態で燃料ガス供給経路から燃料ガスを供給して、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作またはパージ動作後の所定時間内において、昇圧器の異常判定を行うため、燃料電池を流通する燃料ガスの組成を一定とした上で昇圧器の異常判定を行うことができる。
【００１９】
なお、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及びパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方とは、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、またはパージ動作後の所定時間内のいずれかのタイミングであってもよい。または、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内の両方のタイミングであってもよい。
【００２０】
ここで、「パージ動作後の所定時間」は、パージ動作終了時のリサイクル経路内若しくはアノードオフガス排出経路内の燃料ガスの組成から組成の変動が少なく、昇圧器の異常判定の精度がパージ動作中と同等となる、パージ動作後からの経過時間として、適宜設定される。
【００２１】
なお、昇圧器が故障により出力が低下すると、リサイクル経路を流通するアノードオフガスの流量が低下する。そのため、燃料ガス供給経路を通じて燃料電池に供給される燃料ガスの圧力が一定であるとすると、燃料電池での圧力損失が低下し、昇圧器が正常に稼働している場合と比較して燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスの圧力が高くなる。このため、リサイクル経路若しくはアノードオフガス排出経路を流通するアノードオフガスの圧力から昇圧器の異常の有無を判定することができる。
【００２２】
また、昇圧器の異常を判定するために、昇圧器の出力（動作量）をモニタしてもよい。ここで昇圧器に異常が生じている場合は、昇圧器が正常に稼働している場合と比較して所定の指示値に対する出力（動作量）が変化する。このため、昇圧器の動作量の変化から昇圧器の異常の有無を判定することができる。例えば、所定の指示値に対する昇圧器の動作量が第１の動作量閾値以下であるとき、または第１の動作量閾値よりも大きい第２の動作量閾値以上であるとき、異常であると判定される。
【００２３】
よって、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、昇圧器の異常を従来よりも精度よく判定できるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明の第２態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記制御器は、前記昇圧器よりも上流の前記リサイクル経路の圧力、または前記アノードオフガス排出経路の圧力が第１の閾値以上であるとき、異常と判定するように構成されていてもよい。
【００２５】
上記構成によると、ガス組成の経時的変化を考慮することなくリサイクル経路の圧力、またはアノードオフガス排出経路の圧力が第１の閾値以上か否かによって昇圧器の異常判定を行うことができる。なお、第１の閾値とは、リサイクル経路を流通するアノードオフガスの流量が、昇圧器が正常な運転状態のときよりも減少した際に、燃料電池で発生する圧力損失の減少分を考慮した、燃料電池から排出されたアノードオフガスの圧力値である。例えば、燃料電池の発電を維持することができる燃料ガスの流量の下限値となる流量の燃料ガスが燃料電池に供給されたときのアノードオフガスの圧力値としてもよい。
【００２６】
また、本発明の第３態様に係る燃料電池システムは、上記した第１または第２の態様において、前記制御器は、前記昇圧器よりも上流の前記リサイクル経路の圧力、または前記アノードオフガス排出経路の圧力が第２の閾値以下であるとき、異常と判定するように構成されていてもよい。
【００２７】
上記構成によると、ガス組成の経時的変化を考慮することなくリサイクル経路の圧力、またはアノードオフガス排出経路の圧力が第２の閾値以下か否かによって昇圧器の異常判定を行うことができる。よって、適正な流量よりも過剰な流量のアノードオフガスが燃料ガスに供給される状態であるか否か判定することができる。
【００２８】
なお、第２の閾値とは、リサイクル経路を流通するアノードオフガスの流量が、昇圧器が正常な運転状態のときよりも増加した際に燃料電池で発生する圧力損失の増加分を考慮した、燃料電池から排出されたアノードオフガスの圧力値である。例えば、燃料電池の発電を維持することができる燃料ガスの流量の上限値となる流量の燃料ガスが燃料電池に供給されたときのアノードオフガスの圧力値としてもよい。
【００２９】
また、本発明の実施の第４態様に係る燃料電池システムは、上記した第１から第３の態様のいずれか１つの態様において、前記制御器は、前記燃料電池の起動時に前記異常を判定するように構成されていてもよい。
【００３０】
上記構成によると、制御器は異常の判定を、前記燃料電池の起動時に行うため、燃料電池の発電が開始される前に昇圧器の異常判定を行うことができる。
【００３１】
また、本発明の第５態様に係る燃料電池システムは、上記した第２の態様において、前記燃料ガス供給経路に設けられた、第２弁を備え、前記制御器は、前記異常であると判定されると、前記第２弁を閉じ、前記燃料ガス供給経路からの燃料ガスの供給を停止させるように制御する構成であってもよい。
【００３２】
上記構成によると昇圧器が異常であると判定されると、第２弁を閉じ、燃料ガス供給経路からの燃料ガスの供給を停止させるように制御することができるため、昇圧器に異常が生じている状態で燃料電池システムが運転されることを回避することができる。
【００３３】
また、本発明の第６態様に係る燃料電池システムは、上記した第１−第５の態様のいずれか１つの態様において、前記制御器が前記異常であると判定すると、前記異常を示す情報を出力する出力器をさらに備える構成であってもよい。
【００３４】
上記構成によると、出力器によって昇圧器の異常を示す情報を出力することができるため、燃料電池システムの運転停止の原因が昇圧器であることを通知することができる。
【００３５】
なお、出力器としては、例えば、表示器、印字部、音声出力器、および発光部等が例示できる。特に出力器が表示器である場合、燃料電池システムの運転停止の原因が昇圧器であることを視覚的に通知することができる。
【００３６】
したがって、燃料電池システムの運転停止に対する復旧作業を迅速に行うことができる。
【００３７】
以下、本発明の実施形態１を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３８】
（実施形態１）
［装置構成］
まず、実施形態１に係る燃料電池システム５０の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態１に係る燃料電池システム５０の要部構成の一例を模式的に示す図である。
【００３９】
実施形態１に係る燃料電池システム５０は、燃料電池１、燃料ガス供給経路２、酸化剤ガス供給経路３、制御器４、アノードオフガス排出経路５、カソードオフガス排出経路６、リサイクル経路７、昇圧器１０、およびパージ弁（第１弁）１１を備える。
【００４０】
燃料電池１は、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電装置である。すなわち、燃料電池１は膜電極接合体（ＭＥＡ）（不図示）の積層体を有し、ＭＥＡは、高分子電解質膜を用いた電解質（不図示）、並びにこれを挟持するように配置されたアノード及びカソードにより構成されている。アノード及びカソードのそれぞれは、白金等の貴金属触媒を坦持したカーボン粒子からなる触媒層と、カーボンペーパーまたはカーボンフェルトからなるガス拡散層とにより構成されている。
【００４１】
ＭＥＡは一対のセパレータによって挟まれており、一方のセパレータとアノードとの間には燃料ガス流路が設けられ、他方のセパレータとカソードとの間には酸化剤ガス流路が設けられている。燃料ガス流路には燃料ガス供給経路２を介して燃料ガスが供給され、酸化剤ガス流路には酸化剤ガス供給経路３を介して酸化剤ガスが供給される。これにより、燃料ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応して、発電が行われる。
【００４２】
すなわち、燃料電池１のアノード入口には、燃料ガス供給経路２が接続されており、この燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１の燃料ガス流路に燃料ガスが供給される。
【００４３】
一方、燃料電池１のカソード入口には、酸化剤ガス供給経路３が接続されており、この酸化剤ガス供給経路３を介して燃料電池１の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスである空気が供給される。
【００４４】
また、燃料電池１のアノード出口には、リサイクル経路７が接続されており、このリサイクル経路７を介して燃料電池１のアノードから排出されたアノードオフガスを燃料電池１のアノード入口に戻すことができる。また、リサイクル経路７より分岐して、アノードオフガス排出経路５が設けられており、このアノードオフガス排出経路５を介して燃料電池１のアノードから排出されたアノードオフガスを燃料電池システム５０の外部に排出することができるように構成されている。
【００４５】
一方、燃料電池１のカソード出口には、カソードオフガス排出経路６が接続されており、このカソードオフガス排出経路６を介して燃料電池１のカソードから排出されたカソードオフガスが燃料電池システム５０の外部に排出される。
【００４６】
なお、燃料電池１内に設けられ、燃料ガスをアノードに供給するための流路である燃料ガス流路において、燃料ガス供給経路２と接続される側の端部をアノード入口と称し、リサイクル経路７と接続される側の端部をアノード出口と称する。また、燃料電池１内に設けられ、酸化剤ガスをカソードに供給するための流路である酸化ガス流路において、酸化剤ガス供給経路３と接続される側の端部をカソード入口と称し、カソードオフガス排出経路６と接続される側の端部をカソード出口と称する。
【００４７】
燃料ガス供給経路２は、一方の端部が燃料ガス供給源（不図示）に接続されるとともに、他方の端部が燃料電池１のアノード入口に接続されている。燃料ガスは、燃料ガス供給源から燃料ガス供給経路２および燃料ガス流路を介してアノードに供給される。この燃料ガスは、水素、または水素を含有するガスであって、例えば、都市ガス等の原料ガスを改質器にて改質反応して得られた改質ガス、および水電解等から得られる水素を用いてもよい。
【００４８】
燃料ガス供給経路２には、内部を流れる燃料ガスが可燃性ガスであるために難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管等の金属配管）が一般的に用いられる。なお、燃料ガス供給経路２により供給される燃料ガスの流量は燃料電池１の発電量に応じて調整されている。また、燃料ガス供給経路２には燃料ガスを加湿するための加湿器が設けられていてもよい。
【００４９】
燃料ガス供給源から燃料ガス供給経路２を介して供給される燃料ガスの圧力は、燃料電池１の燃料ガス流路を流れる燃料ガスの圧力損失に基づいて一定になるように設定されている。
【００５０】
例えば、改質器に都市ガス等の原料ガスを供給し、改質器によって改質された改質ガスを燃料ガスとする構成の場合、原料ガス供給源（不図示）から改質器に供給される原料ガスの圧力が低いために、改質器から燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの一次圧力が、燃料ガス流路を流れる燃料ガスの圧力損失よりも低くなる場合がある。この場合、燃料ガス供給経路２に昇圧器を設け、昇圧器によって燃料ガスを昇圧して燃料ガス流路へ供給する構成としてもよい。
【００５１】
一方、例えば、燃料ガス供給源が水素タンク等の場合、燃料ガス供給源から燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの一次圧力が燃料ガス流路を流れる燃料ガスの圧力損失より高くなることがある。この場合、燃料ガス供給経路２に圧力調整器（不図示）を設け、圧力損失より高い所定の圧力に調整して燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に燃料ガスを供給する構成としてもよい。
【００５２】
以上のように、実施形態１に係る燃料電池システム５０では、燃料電池１の燃料ガス流路を流れる燃料ガスの圧力損失に基づいて、燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの圧力が一定となるように設定されている。
【００５３】
なお、実施形態１は、圧力調整器を用いて燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの圧力が一定となるように設定されている構成を例に挙げて説明する。この圧力調整器は、燃料ガス供給経路２を流れる燃料ガスの圧力を調整する機器であって、例えば、圧力を可変できる駆動式調圧弁及びレギュレータと、圧力を一定値に調整するガバナとを備えている。これにより、燃料ガス供給源から燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの圧力は一定に保たれる。
【００５４】
酸化剤ガス供給経路３は、端部が燃料電池１の酸化剤ガス流路に接続されている。そして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給器（不図示）から酸化剤ガス供給経路３及び酸化剤ガス流路を介してカソードに供給される。この酸化剤ガスには、例えば空気を用いることができる。酸化剤ガスに空気を用いる場合、酸化剤ガス供給器（不図示）は、例えば、コンプレッサー及び電磁誘導式のダイアフラムポンプ等により構成されていてもよい。これにより、酸化剤ガス供給器（不図示）で酸化剤ガスを昇圧させて燃料電池１の酸化剤ガス流路へ供給することができる。なお、酸化剤ガス供給経路３には、酸化剤ガスを加湿するための加湿器（不図示）が設けられていてもよい。
【００５５】
ところで、燃料電池１では燃料ガス中の水素が発電に用いられるが、燃料電池１から排出されるアノードオフガスには発電に用いられなかった水素がまだ含まれている。このため、実施形態１に係る燃料電池システム５０では、アノードオフガスを燃料ガスとして再利用するために、一方の端部がアノード出口に接続され、他方の端部が燃料ガス供給経路２に接続されたリサイクル経路７を備えている。そして、燃料電池システム５０では燃料電池１から排出されたアノードオフガスをこのリサイクル経路７を介してアノード入口へ戻すように構成されている。
【００５６】
このように、燃料電池１のアノードに供給される燃料ガスは、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスと、リサイクル経路７を介して供給されるアノードオフガスとを含む。
【００５７】
リサイクル経路７は、一方の端部が燃料電池１のアノード出口と接続されるとともに、他方の端部が例えば、燃料ガス供給経路２と接続されている。燃料ガスの流れに対して燃料ガス供給経路２と、燃料電池１の燃料ガス流路と、リサイクル経路７とによって、アノードオフガスを循環させる循環経路を構成する。このように構成された循環経路により、燃料電池システム５０では、アノード出口から排出されたアノードオフガスを、燃料ガス供給経路２を流通する燃料ガスと合流させて燃料電池１のアノード入口に再び供給することができる。リサイクル経路７は、内部を流れるアノードオフガスが可燃性ガスであるため、難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管等の金属配管）を用いることが好適である。また、リサイクル経路７には、昇圧器１０が設けられている。
【００５８】
昇圧器１０は、アノード出口から排出されたアノードオフガスを、再びアノード入口へ供給させるために、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの圧力を上昇させて、燃料ガス供給経路２に合流させるアノードオフガスの流量を制御する昇圧ポンプである。昇圧器１０には、例えば、入力電圧によりアノードオフガスの流量を調整できる電磁誘導式のダイアフラムポンプを用いることができる。あるいは、昇圧器１０は、羽根車を回転させてアノードオフガスの流量を調整するターボ型（非容積式）ポンプであってもよい。
【００５９】
実施形態１に係る燃料電池システム５０では、燃料ガスが燃料電池１の燃料ガス流路を流れる際に生じる圧力損失によってリサイクル経路７に流れるアノードオフガスの圧力は、燃料ガス供給経路２を流れる燃料ガスの圧力よりも低くなる。このため、アノードオフガスをリサイクル経路７から燃料ガス供給経路２に流入させることができない場合がある。
【００６０】
そこで、リサイクル経路７に備えられた昇圧器１０を用いることにより、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの圧力を上昇させて、アノードオフガスを、燃料ガス供給経路２に流入させるようにしている。
【００６１】
アノードオフガス排出経路５は、リサイクル経路７において、リサイクルガスの流れに対して昇圧器１０よりも上流側となる位置で分岐しており、燃料電池システム５０の外部へ延びている。アノードオフガス排出経路５は、内部を流れるアノードオフガスが可燃性ガスであるために難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管等の金属配管）を用いることが好適である。
【００６２】
アノードオフガス排出経路５には、このアノードオフガス排出経路５の流路を調節するパージ弁１１が設けられている。パージ弁１１は、例えば、ソレノイド式の電磁弁を用いてもよく、特に限定されるものではない。またパージ弁１１は調節弁であっても開閉弁であってもよい。パージ弁１１が開放され開状態となるとリサイクル経路７を流れるアノードオフガスがアノードオフガス排出経路５を介してパージ弁１１を通り外部へ排出される。
【００６３】
カソードオフガス排出経路６は、燃料電池１のカソード出口と接続されており、酸化剤ガス流路から排出されるカソードオフガスを外部に排出する。例えば、酸化剤ガス供給経路３に加湿器が設けられている場合、カソードオフガスは水分を含む。また、燃料電池１における発電の際に水分が生成されるため、この水分もカソードオフガスは含んでいる。よって、カソードオフガス排出経路６には、水分により腐食しにくい配管（例えば、ステンレス配管及び架橋ポリエチレンの樹脂配管）が用いられる。
【００６４】
制御器４は、燃料電池システム５０が備える各部の各種制御を行うものであり、ＣＰＵ等の演算部（不図示）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部（不図示）を備えている。記憶部には、例えば、燃料電池システム５０の基本プログラム及び各種固定データ等の情報が記憶されており、演算部はこの基本プログラム等を読み出して実行することにより、制御器４は各部の動作を制御する。なお、制御器４は、集中制御する単独の制御器４によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器４によって構成されていてもよい。
【００６５】
特に、実施形態１に係る燃料電池システム５０では、制御器４は、パージ弁１１を開放した状態で燃料ガス供給経路２から燃料ガスを供給して、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、及びパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方において、昇圧器１０を動作させるよう制御する。また、このような制御を実行している際、制御器４は、リサイクル経路７若しくはアノードオフガス排出経路５を流通するアノードオフガスの圧力、または昇圧器１０の動作量に基づき昇圧器１０の異常を判定するように構成されている。例えば、動作量としては、昇圧器１０が回転式のポンプである場合、ポンプの回転数がこれに相当するが、本例に限定されるものではない。
【００６６】
すなわち、制御器４は、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているとき、若しくはパージ動作後の所定時間内のいずれかのタイミング、または、アノードオフガスを外部に排出するパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内の両方のタイミングにおいて、昇圧器１０の異常を判定する。
【００６７】
また、制御器４は、昇圧器１０の異常をリサイクル経路７またはアノードオフガス排出経路５を流通するアノードオフガスの圧力に基づき判定する。すなわち、昇圧器１０が故障により出力が低下すると、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの流量が低下する。そのため、燃料ガス供給経路２を通じて燃料電池１に供給される燃料ガスの圧力が一定であるとすると、燃料電池１での圧力損失が低下し、昇圧器１０が正常に稼働している場合と比較して燃料電池１のアノード出口から排出されたアノードオフガスの圧力が高くなる。このため、リサイクル経路７若しくはアノードオフガス排出経路５を流通するアノードオフガスの圧力から昇圧器１０の異常の有無を判定することができる。
【００６８】
なお、制御器４は、リサイクル経路７若しくはアノードオフガス排出経路５を流通するアノードオフガスの圧力を測定する圧力検知器の検知結果に基づき、アノードオフガスの圧力の値を得る構成であってよい。あるいは、制御器４は、アノードオフガスの圧力と相関するなんらかの物理量を検知する検知器の検知結果に基づき、アノードオフガスの圧力の値を得る構成であってもよい。
【００６９】
具体的には、制御器４は、昇圧器１０よりも上流のリサイクル経路７の圧力、またはアノードオフガス排出経路５の圧力が第１の閾値以上であるとき、異常と判定する。なお、第１の閾値とは、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの流量が、昇圧器１０が正常な運転状態のときよりも減少した際に、燃料電池１で発生する圧力損失の減少分を考慮した、燃料電池１から排出されたアノードオフガスの圧力値である。例えば、燃料電池１の発電を維持することができる燃料ガスの流量の下限値となる流量の燃料ガスが燃料電池１に供給されたときのアノードオフガスの圧力値としてもよい。
【００７０】
さらには、制御器４は、昇圧器１０よりも上流のリサイクル経路７の圧力、またはアノードオフガス排出経路５の圧力が第２の閾値以下であるとき、異常と判定する。なお、第２の閾値とは、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの流量が、昇圧器１０が正常な運転状態のときよりも増加した際に燃料電池１で発生する圧力損失の増加分を考慮した、燃料電池１から排出されたアノードオフガスの圧力値である。例えば、燃料電池１の発電を維持することができる燃料ガスの流量の上限値となる流量の燃料ガスが燃料電池１に供給されたときのアノードオフガスの圧力値としてもよい。
【００７１】
あるいは、制御器４は、昇圧器１０の動作量に基づき昇圧器１０の異常を判定してもよい。つまり、昇圧器１０に異常が生じている場合は、昇圧器１０が正常に稼働している場合と比較して所定の指示値に対する出力（動作量）が変化する。そこで、制御器４は、昇圧器１０の出力（動作量）をモニタする。そして、所定の指示値に対する昇圧器１０の動作量の変化から昇圧器１０の異常の有無を判定する。例えば、所定の指示値に対する昇圧器１０の動作量が第１の動作量閾値以下であるとき、または第１の動作量閾値よりも大きい第２の動作量閾値以上であるとき、昇圧器１０は異常であると判定してもよい。
【００７２】
なお、制御器４は、昇圧器１０の動作量の変化を、例えば、昇圧器１０の動作量の変化量を検知する検知器の検知結果に基づき把握する構成であってもよい。
【００７３】
（実施形態２）
［装置構成］
次に、実施形態２に係る燃料電池システム１００の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は本発明の実施形態２に係る燃料電池システム１００の要部構成の一例を模式的に示す図である。実施形態２に係る燃料電池システム１００は、実施形態１に係る燃料電池システム５０の構成において、さらに酸化剤ガス供給器８、圧力検知器１２、および燃料ガス供給弁（第２弁）１３を備えている。すなわち、酸化剤ガスを燃料電池１に供給する装置の一例として、酸化剤ガス供給器８を、アノードオフガスの圧力を検知する装置の一例として、圧力検知器１２を、燃料ガスの供給量を制御する装置の一例として、燃料ガス供給弁１３を備えた構成となっている。そして、燃料ガス供給経路２とリサイクル経路７との接続点として合流部９が設けられている。リサイクル経路７は、一方の端部が燃料電池１のアノード出口と接続されるとともに、他方の端部が燃料ガス供給経路２の合流部９と接続されている。燃料ガスの流れに対して合流部９の下流側の燃料ガス供給経路２部分と、燃料電池１の燃料ガス流路と、リサイクル経路７とによって、アノードオフガスを循環させる循環経路を構成する。実施形態２に係る燃料電池システム１００は、上記した部材をさらに備える点を除き、実施形態１に係る燃料電池システム５０の構成と同様であるため、同様な部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】
燃料ガス供給経路２における合流部９よりも燃料ガスの流れに対して上流側となる部分には、燃料ガス供給弁１３が設けられている。燃料ガス供給弁１３は、燃料ガス供給経路２を開状態とすることにより燃料電池１のアノードへ燃料ガスを供給させたり、閉状態とすることにより燃料電池１のアノードへの燃料ガスの供給を遮断させたりする調整弁である。燃料ガス供給弁１３は、燃料ガスの流量を調節できるものであればよく、例えば、ソレノイド式の電磁弁が例示できる。
【００７５】
圧力検知器１２は、リサイクル経路７における燃料電池１のアノード出口から昇圧器１０までの間、またはアノード出口からパージ弁１１までの間に設けられる。なお、アノード出口からパージ弁１１までの間とは、リサイクル経路７におけるアノード出口との接続部からアノードオフガス排出経路５との接続部までの部分と、アノードオフガス排出経路５における、リサイクル経路７との接続部からパージ弁１１までの部分とを合わせた区間である。
【００７６】
圧力検知器１２は、アノードオフガス排出経路５を流れるアノードオフガスの圧力を計測できるものであればよく特に限定されない。圧力検知器１２は、例えば、ゲージ圧を計測するダイアフラム式の圧力センサであってもよい。
【００７７】
［昇圧器の異常判定処理］
次に、燃料電池システム１００によって実施される昇圧器１０の異常判定処理について、図３、４を参照して説明する。図３は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システム１００における入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２（第１閾値）との関係の一例を示すグラフである。図４では、縦軸を圧力とし横軸を入力値Ｖｃとして入力電圧とし、破線は燃料電池システム１００が正常運転時にあるときの、入力値Ｖｃと圧力値との関係を示し、実線は入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係を示している。なお、この昇圧器１０の異常判定処理は、パージ弁１１を開放させた状態で燃料ガス供給経路２から燃料ガスを燃料電池１に供給して、燃料電池１から排出されたアノードオフガスを外部に排気するパージ動作を実行しているとき、若しくはこのパージ動作後の所定時間内、またはパージ動作を実行しているときと、パージ動作後の所定時間内との両方で実施される。
【００７８】
ここで、燃料電池システム１００が正常運転時にあるときの、入力値Ｖｃに対する圧力値を基準値とすると、第二圧力値Ｐ２は、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の下限値に応じた圧力値である。つまり、第二圧力値Ｐ２は、入力値Ｖｃに応じて定められる、燃料電池１の発電を維持することができる燃料ガスの流量の下限値となる流量の燃料ガスが燃料電池１に供給されたときのアノードオフガスの圧力値である。
【００７９】
したがって、第二圧力値Ｐ２は、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの流量が正常な運転状態のときよりも減少した際における燃料電池１で発生する圧力損失の減少分を考慮して得た圧力値となる。なお、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の下限値とは、燃料電池１で設定されている発電量を得るために必要な燃料ガスの流量の範囲における下限値であり、燃料ガスの流量がこの下限値を下回る場合、所定の発電量を得ることができなくなる流量であると言える。
【００８０】
例えば、昇圧器１０に何らかの異常が生じたため合流部９に供給されるアノードオフガスの流量が低下した場合、燃料電池１のアノード入口に供給される燃料ガスの流量も低下することなる。このため、燃料電池１で生じる圧力損失も小さくなる。
【００８１】
ここで、上記したように、実施形態２に係る燃料電池システム１００では、燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１に供給される燃料ガスの圧力が一定となるように設定されているため、燃料電池１から排出されたアノードオフガスの圧力は燃料電池システム１００が正常運転の状態にあるときよりも大きくなるという関係がある。つまり、燃料電池１のアノードに供給される燃料ガスの流量を圧力検知器１２によって検知した圧力により把握することができる。そこで、実施形態２に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の下限値に応じた圧力値として第二圧力値Ｐ２を設定し、第二圧力値Ｐ２と昇圧器１０に入力される入力値Ｖｃ（入力電圧）との対応関係を示すグラフを予め記憶部に記憶している。
【００８２】
まず、制御器４は、所定の入力値Ｖｃを昇圧器１０に入力する（ステップＳ１０１）。ここでは、入力値Ｖｃとして一定の電圧値を昇圧器１０に入力する。しかし、入力値Ｖｃはこれに限定されるものではなく電圧値を示すパルスを、入力値Ｖｃとして入力する構成であってもよい。
【００８３】
次に、制御器４は、入力値Ｖｃに対応する第二圧力値Ｐ２を記憶部から読み出す（ステップＳ１０２）。すなわち、記憶部には図４に示すように、入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係を示す情報が予め記憶されている。そこで、制御器４は、この記憶された情報に基づき所定の入力値Ｖｃに対応する第二圧力値Ｐ２を読み出す。
【００８４】
つづいて、制御器４は、圧力検知器１２で検知した第一圧力値Ｐ１を取得し（ステップＳ１０３）、第一圧力値Ｐ１と第二圧力値Ｐ２との差分を計測してこの差分が０より小さくなるか否か判定する（ステップＳ１０４）。ここで、Ｐ１−Ｐ２＜０となる場合（ステップＳ１０４において「Ｙｅｓ」）、制御器４は、昇圧器１０により供給されるアノードオフガスの流量に不足なく正常と判断する（ステップＳ１０５）。一方、Ｐ１−Ｐ２≧０となる場合（ステップＳ１０４において「Ｎｏ」）、制御器４は、昇圧器１０により供給されるアノードオフガスの流量が不足しており昇圧器１０に異常が発生していると判断する（ステップＳ１０６）。
【００８５】
このように、昇圧器１０に対して所定の入力値Ｖｃを入力し圧力検知器１２で検知した第一圧力値Ｐ１と、予め記憶されている第二圧力値Ｐ２とを比較することで制御器４は昇圧器１０に異常が生じて、リサイクル経路７を通じて燃料ガス供給経路２で燃料ガスと合流するアノードオフガスの流量が不足しているのか否か判定することができる。このため、この昇圧器１０の異常判定処理の判定結果に基づき、制御器４は、実施形態２に係る燃料電池システム１００の運転を継続すべきか否か判断することができる。
【００８６】
（変形例１）
実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム１００について説明する。なお、変形例１に係る燃料電池システム１００の構成は実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成であるため、装置構成に関する説明は省略する。
【００８７】
［昇圧器の異常判定処理］
次に実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。昇圧器１０の異常判定処理は、パージ動作を実行しているとき若しくはこのパージ動作後の所定時間内、またはパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内との両方で実施される。実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム１００では、燃料ガス供給弁１３およびパージ弁１１それぞれを開いた状態とし、パージ動作を実行しているときに昇圧器１０の異常判定処理を行う場合を例に挙げて説明する。実施形態２の変形例１に係る燃料電池システム１００は、異常判定処理を行うタイミングを限定した点を除けば、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様にして昇圧器１０の異常判定処理を行う。
【００８８】
すなわち、まず、制御器４は、燃料ガス供給弁１３とパージ弁１１とを開状態とする（ステップＳ２０１）。このように燃料ガス供給弁１３およびパージ弁１１が開状態となっているタイミングにおいて、制御器４は、所定の入力値Ｖｃを昇圧器１０に入力する（ステップＳ２０２）。これ以降の処理（ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理）は、図３に示す異常判定処理のステップＳ１０２からステップＳ１０６までの処理と同様であるため説明は省略する。
【００８９】
ここで、燃料電池１において生じる圧力損失の大きさは、燃料電池１を流通する燃料ガスの組成に依存する。また、パージ弁１１を閉じた状態でアノードオフガスを何度も燃料ガス供給経路２に循環させる閉回路運転では、アノードオフガスへ窒素が徐々に含まれていき燃料ガスの組成が変化していく。
【００９０】
そこで、変形例１に係る燃料電池システム１００では、燃料ガス供給弁１３およびパージ弁１１を開状態として、制御器４は昇圧器１０の異常判定処理を行う。このため、昇圧器１０の異常判定処理を行うに際して燃料電池１の発電時に生じた窒素などを、パージ弁１１を通じて外部に排出することができる。それゆえ、燃料電池１内の燃料ガス流路を流通する燃料ガスを一定の組成のガスとした上で昇圧器１０の異常判定を行うことができる。
【００９１】
したがって、燃料ガスの組成の経時的な変化を考慮することなく所定の入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係を求めることができる。そのため、入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係式を簡素化することができるとともに、ガス組成の違いによる入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係における誤差も低減でき精度よく昇圧器１０の異常判定を行うことができる。
【００９２】
（変形例２）
[装置構成]
実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と比較して、第二圧力値Ｐ２および第三圧力値Ｐ３（第２閾値）それぞれと昇圧器１０に入力される入力値Ｖｃ（入力電圧）との対応関係を示すグラフを予め記憶部に記憶している点で相違する。すなわち、変形例２に係る燃料電池システム１００では、燃料電池１が発電を維持するのに必要な燃料ガスの下限値に応じた圧力値として第二圧力値Ｐ２を設定し、上限値に応じた圧力値として第三圧力値Ｐ３を設定している。そして、第二圧力値Ｐ２および第三圧力値Ｐ３それぞれと昇圧器１０に入力される入力値Ｖｃ（入力電圧）との対応関係を示すグラフを予め記憶部に記憶している。
【００９３】
第三圧力値Ｐ３は、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の上限値に応じた圧力値である。つまり、第三圧力値Ｐ３は、入力値Ｖｃに応じて定められる、燃料電池１の発電を維持することができる燃料ガスの流量の上限値となる流量の燃料ガスが燃料電池１に供給されたときのアノードオフガスの圧力値である。
【００９４】
したがって、第三圧力値Ｐ３は、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスの流量が正常な運転状態のときよりも増加した際における燃料電池１で発生する圧力損失の増加分を考慮して得た圧力値である。
【００９５】
このように、変形例２に係る燃料電池システム１００は、第二圧力値Ｐ２および第三圧力値Ｐ３それぞれと入力値Ｖｃとの対応関係を示すグラフを予め記憶部に記憶している点を除きそれ以外の構成については、実施形態２に係る燃料電池システム１００の構成と同様であるため各部の構成の説明については省略する。
【００９６】
［昇圧器の異常判定処理］
変形例２に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図６、７を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム１００における入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２および第三圧力値Ｐ３との関係の一例を示すグラフである。図７では、縦軸を圧力とし横軸を入力電圧とし、短い線分からなる破線は燃料電池システム１００が正常運転時にあるときの、入力値Ｖｃと圧力値との関係を示し、実線は入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係を示し、長い線分からなる破線は入力値Ｖｃと第三圧力値Ｐ３との関係をそれぞれ示している。
【００９７】
ここで、変形例２に係る燃料電池システム１００が正常運転時にあるときの、入力値Ｖｃに対する圧力値を基準値とすると、第二圧力値Ｐ２は、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の下限値に応じた圧力値である。一方、第三圧力値Ｐ３は、燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の上限値に応じた圧力値である。燃料電池１が発電を維持することができる燃料ガス流量の上限値とは、燃料電池１で設定されている発電量を得るために必要な燃料ガスの流量の範囲における上限値であり、燃料ガスの流量がこの上限値を越える場合、超えた流量は過剰な流量であると言える。
【００９８】
図６に示すように変形例２に係る燃料電池システム１００において実施される昇圧器１０の異常判定処理のステップＳ３０１からステップＳ３０３までの処理は、実施形態２に係る燃料電池システム１００において実施される昇圧器１０の異常判定処理のステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理と同様であるため、説明は省略し、ステップＳ３０４以降の処理について説明する。なお、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム１００における昇圧器１０の異常判定処理は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様に、パージ動作を実行しているとき若しくはこのパージ動作後の所定時間内、またはパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内との両方で実施される。
【００９９】
すなわち、変形例２に係る燃料電池システム１００では、ステップＳ３０４において、第一圧力値Ｐ１と第二圧力値Ｐ２との差分を計測してこの差分が０より小さくなるか否か判定する（ステップＳ３０４）。ここで、Ｐ１−Ｐ２≧０となる場合（ステップＳ３０４において「Ｎｏ」）、制御器４は、昇圧器１０により供給されるアノードオフガスの流量が不足しており昇圧器１０に異常が発生していると判断する（ステップＳ３０６）。一方、Ｐ１−Ｐ２＜０となる場合（ステップＳ３０４において「Ｙｅｓ」）、制御器４は、昇圧器１０により供給されるアノードオフガスの流量に不足がないと判断する。そして、制御器４は所定の入力値Ｖｃに対応する第三圧力値Ｐ３を記憶部から読み出す（ステップＳ３０５）。すなわち、記憶部には図７に示すように、入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係、ならびに入力値Ｖｃと第三圧力値Ｐ３との関係を示す情報が予め記憶されている。そこで、制御器４は、この記憶された情報に基づき所定の入力値Ｖｃに対応する第三圧力値Ｐ３を読み出す。
【０１００】
つづいて、制御器４は、圧力検知器１２で検知した第一圧力値Ｐ１と第三圧力値Ｐ３との差分を計測してこの差分が０より大きくなるか否か判定する（ステップＳ３０７）。ここで、Ｐ１−Ｐ３＞０と判断した場合（ステップＳ３０７において「Ｙｅｓ」）、制御器４は、昇圧器１０によりアノードオフガスが発電に必要となる流量よりも過剰に供給されておらず、昇圧器１０は正常であると判断する（ステップＳ３０８）。一方、Ｐ１−Ｐ３≦０と判断した場合（ステップＳ３０７において「Ｎｏ」）、制御器４は、昇圧器１０によりアノードオフガスが発電に必要となる流量よりも過剰に供給されており、昇圧器１０は異常であると判断する（ステップＳ３０６）。
【０１０１】
このように、昇圧器１０へ所定の入力値Ｖｃを入力し、圧力検知器１２により検知された第一圧力値Ｐ１と、第二圧力値Ｐ２および第三圧力値Ｐ３とを比較することで昇圧器１０に異常が生じて、リサイクル経路７を通じて供給するアノードオフガスの流量が不足しているのか否か、あるいは過剰となっているのか否か判定することができる。このため、この昇圧器１０の異常判定処理の判定結果に基づき、制御器４は、実施形態２の変形例２に係る燃料電池システム１００の運転を継続すべきか否か判断することができる。
【０１０２】
（変形例３）
実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム１００について説明する。なお、変形例３に係る燃料電池システム１００の構成は実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成であるため、装置構成に関する説明は省略する。
【０１０３】
［昇圧器の異常判定処理］
次に実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。実施形態２の変形例３に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と比較して、燃料電池システム１００が待機状態においてパージ動作を実行しているとき若しくはこのパージ動作後の所定時間内、またはパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内との両方で、昇圧器１０の異常判定処理を行う点で相違するが、異常判定処理を行うタイミングを限定した点を除けば、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う。
【０１０４】
すなわち、まず、制御器４は、燃料電池システム１００が待機状態（パージ動作実行時およびパージ動作後の所定時間内の少なくとも一方）であるかを判定する（ステップＳ４０１）。燃料電池システム１００が待機状態であると判定した場合（ステップＳ４０１において「Ｙｅｓ」）、制御器４は、所定の入力値Ｖｃを昇圧器１０に入力する（ステップＳ４０２）。一方、制御器４が、燃料電池システム１００が待機状態ではないと判定した場合（ステップＳ４０１において「Ｎｏ」）、再びステップＳ４０１の判定を繰りかえす。なお、燃料電池システム１００の待機状態とは、燃料電池１の温度が発電時（定常運転時）の温度まで到達しておらず、燃料電池１が、外部負荷に電力を供給していない状態である。例えば、起動時における燃料電池システム１００の状態を例示することができる。ここでいう起動時とは、燃料電池システム１００に対して停止指令が入力された後から、起動指令が入力されるまでの期間、または、停止指令が入力された後から、起動指令が入力され、燃料電池１の温度（燃料電池１のスタック温度）が発電時（定常運転時）の所定温度に上昇するまでの期間であり、外部負荷に電力を供給していない状態である。発電時（定常運転時）の所定温度は、燃料電池１のスタックの構成に応じて予め設定されている。
【０１０５】
これ以降の処理（ステップＳ４０２からステップＳ４０７までの処理）は、図３に示す異常判定処理のステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理と同様であるため説明は省略する。
【０１０６】
このように、変形例３に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１の発電前に昇圧器１０が異常であるか否か判定することができる。このため、昇圧器１０の異常による燃料電池システム１００の故障を、発電を行う前に防止することができる。
【０１０７】
（変形例４）
次に、実施形態２の変形例４に係る燃料電池システム１００について説明する。なお、変形例４に係る燃料電池システム１００の構成は実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成であるため、装置構成に関する説明は省略する。
【０１０８】
［昇圧器の異常判定処理］
次に実施形態２の変形例４に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態２の変形例４に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。実施形態２の変形例４に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と比較して、燃料電池システム１００の運転時において、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスを排気してパージ動作を実行しているとき若しくはこのパージ動作後の所定時間内、またはパージ動作を実行しているときとパージ動作後の所定時間内との両方で、昇圧器１０の異常判定処理を行う点で相違する。しかしながら、異常判定処理を行うタイミングを限定した点を除けば、変形例４に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う。
【０１０９】
すなわち、まず、制御器４は、燃料電池システム１００の運転時において、リサイクル経路７を流通するアノードオフガスを排気するパージ動作を実行しているとき、および／またはこのパージ動作後の所定時間内であるか否か判定する（ステップＳ５０１）。ここで、制御器４が燃料電池システム１００において、パージ動作を実行しているとき、および／またはこのパージ動作後の所定時間内であると判定した場合（ステップＳ５０１において「Ｙｅｓ」）、所定の入力値Ｖｃを昇圧器１０に入力する（ステップＳ５０２）。一方、制御器４が、燃料電池システム１００においてパージ動作を実行しているときおよび／またはパージ動作後の所定時間内ではないと判定した場合（ステップＳ５０１において「Ｎｏ」）、再びステップＳ５０１の判定を繰りかえす。
【０１１０】
これ以降の処理（ステップＳ５０３からステップＳ５０７までの処理）は、図３に示す異常判定処理のステップＳ１０２からステップＳ１０６までの処理と同様であるため説明は省略する。
【０１１１】
このように、燃料電池システム１００の運転時においてパージ動作を実行しているとき、および／または、パージ動作後の所定時間内であれば、燃料電池システム１００が動作中であっても第一圧力値Ｐ１を計測する際の燃料ガスを単一組成（水素）とすることができる。このためアノードオフガスの組成の経時的変化を考慮することなく所定の入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係を求めることができる。そのため、入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係式を簡素化することができるとともに、ガス組成の違いによる入力値Ｖｃと第二圧力値Ｐ２との関係における誤差も低減でき精度よく昇圧器１０の異常判定を行うことができる。
【０１１２】
なお、ここでいうパージ動作後の所定時間内とは、例えば、パージ動作後であって次のパージ動作が開始されるよりも前の期間であり、昇圧器１０の異常判定の精度が、パージ動作中と同等となる期間内（例えば、アノードオフガス中の水素濃度が９５％未満とならない期間内）である。
【０１１３】
（変形例５）
実施形態２の変形例５に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の構成となるため、装置構成に関する説明は省略する。
【０１１４】
［昇圧器の異常判定処理］
次に実施形態２の変形例５に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態２の変形例５に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。実施形態２の変形例５に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と比較して、制御器４が昇圧器１０に異常であると判定すると、燃料ガス供給弁１３を閉状態として燃料ガスの供給を停止させる点で相違する。しかしながら、それ以外の処理については、変形例５に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う。
【０１１５】
すなわち、図１０に示す異常判定処理のステップＳ７０１からステップＳ７０６までの処理は、図３に示す異常判定処理のステップＳ１０１からステップＳ１０６と同様であるため説明や省略する。ステップＳ７０６において、昇圧器１０が異常であると判定されると、制御器４は、燃料ガス供給弁１３を閉状態とし、燃料ガス供給経路２からの燃料ガスの燃料電池１への供給を停止させるように制御する（ステップＳ７０７）。
【０１１６】
このように、昇圧器１０が異常であると判定された後、燃料ガス供給弁１３を閉状態とすることで燃料電池１に燃料ガスが供給されず安全に燃料電池システム１００を停止させることができる。
【０１１７】
（変形例６）
[装置構成]
実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００の構成について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、本発明の実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００の要部構成の一例を模式的に示す図である。
【０１１８】
図１１に示すように、実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００の構成において、さらに表示器１４を備える点で相違する。それ以外は実施形態２の燃料電池システム１００と同じであるので説明を省略する。
【０１１９】
表示器１４は、昇圧器１０の異常判定処理において異常であると判定されたとき、その判定結果を表示する表示装置である。表示器１４は、昇圧器１０に異常が生じていることを表示できる表示装置であればよく、例えば、液晶ディスプレイまたは７セグメントディスプレイであってもよい。
【０１２０】
［昇圧器の異常判定処理］
次に実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００の運転方法について、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００の異常判定処理の一例を示すフローチャートである。実施形態２の変形例６に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と比較して、制御器４が昇圧器１０に異常であると判定すると、表示器１４に昇圧器１０の異常を示す情報を表示させる点で相違する。しかしながら、それ以外の処理については、変形例６に係る燃料電池システム１００は、実施形態２に係る燃料電池システム１００と同様の処理を行う。
【０１２１】
すなわち、図１２に示す異常判定処理のステップＳ８０１からステップＳ８０６までの処理は、図３に示す異常判定所のステップＳ１０１からステップＳ１０６と同様であるため説明は省略する。ステップＳ８０６において、昇圧器１０が異常であると判定されると、制御器４は、表示器１４に昇圧器１０の異常を示す情報を表示させるように制御する（ステップＳ８０７）。
【０１２２】
このように、昇圧器１０の異常を示す情報を表示器１４で示すことで燃料電池システム１００における運転停止の原因が昇圧器１０の異常であることが視覚的に明確になり、燃料電池システム１００の運転停止に対する復旧作業を迅速に行うことができる。
【０１２３】
なお、変形例６に係る燃料電池システム１００では、表示器１４によって昇圧器１０の異常を表示させて操作者等に通知する構成であったが、操作者等に通知する構成はこれに限定されるものではない。例えば、表示器１４の代わりに発光部を備え、発光部の発光状態で異常を通知する構成であってもよい。また、表示器１４の代わりに音声出力器を備え、音声出力器で異常を通知する構成であってもよい。さらにまた、表示器１４の代わりに印字部を備え、印字により異常を通知する構成であってもよい。すなわち、昇圧器１０の異常を示す情報を出力できる出力装置であればよい。
【０１２４】
上記した実施形態１、２、および変形例１から６は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の燃料電池システムは、アノードオフガスを、リサイクル経路を介して燃料ガス供給経路に戻す構成において、リサイクル経路を流通するアノードオフガスを燃料ガス供給経路に送出させるための昇圧器の異常を適切に判定することができる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１２６】
１    燃料電池
２    燃料ガス供給経路
３    酸化剤ガス供給経路
４    制御器
５    アノードオフガス排出経路
６    カソードオフガス排出経路
７    リサイクル経路
８    酸化剤ガス供給器
９    合流部
１０    昇圧器
１１    パージ弁
１２    圧力検知器
１３    燃料ガス供給弁
１４    表示器
５０    燃料電池システム
１００    燃料電池システム
Ｐ１    第一圧力値
Ｐ２    第二圧力値
Ｐ３    第三圧力値
Ｖｃ    入力値
【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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【図１２】
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