(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、
前記改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、
元バルブが設けられているガス配管に接続され、前記元バルブの開放により供給される前記原料ガスを改質するために前記改質器に供給させる原料ガス通路と、
前記原料ガス通路に設けられ前記元バルブの開放により供給される原料ガスを前記改質器に搬送させるガス搬送源と、
前記原料ガス通路において前記ガス搬送源の上流に設けられ、前記ガス搬送源の駆動中における前記元バルブの閉弁を直接的または間接的に検知する元バルブ閉弁検知要素と、
前記原料ガス通路の前記元バルブと前記ガス搬送源との間に設けられ、原料ガスが前記原料ガス通路を前記改質器に向けて流れているときにおいて、前記原料ガス通路の原料ガスが前記原料ガス通路の外部へ流出することを抑える閉弁形態と、前記元バルブの閉鎖および前記ガス搬送源の搬送に基づいて前記原料ガス通路が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い外部の空気を前記原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる開弁形態とに切り替え可能とされている逆止弁とを具備し、
前記元バルブ閉弁検知要素は、前記原料ガス通路のうち前記元バルブと前記ガス搬送源との間の通路部分における湿度に関する物理量を検知するものであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、
前記改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、
元バルブが設けられているガス配管に接続され、前記元バルブの開放により供給される前記原料ガスを改質するために前記改質器に供給させる原料ガス通路と、
前記原料ガス通路に設けられ前記元バルブの開放により供給される原料ガスを前記改質器に搬送させるガス搬送源と、
前記原料ガス通路において前記ガス搬送源の上流に設けられ、前記ガス搬送源の駆動中における前記元バルブの閉弁を直接的または間接的に検知する元バルブ閉弁検知要素と、
前記原料ガス通路の前記元バルブと前記ガス搬送源との間に設けられ、原料ガスが前記原料ガス通路を前記改質器に向けて流れているときにおいて、前記原料ガス通路の原料ガスが前記原料ガス通路の外部へ流出することを抑える閉弁形態と、前記元バルブの閉鎖および前記ガス搬送源の搬送に基づいて前記原料ガス通路が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い外部の空気を前記原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる開弁形態とに切り替え可能とされている逆止弁とを具備し、
前記元バルブ閉弁検知要素は前記逆止弁に設けられており、前記逆止弁の閉弁状態から開弁状態への切替を検知することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記元バルブ閉弁検知要素からの検知信号に基づいて、前記元バルブの閉弁の警報を与える制御部を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原料ガスを搬送させるガス搬送源を有する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、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、原料ガスを改質するために改質器に供給させる原料ガス通路と、原料ガス通路に設けられ原料ガスを改質器に搬送させるポンプとを有する。原料ガスの上流には元バルブが設けられている。一般的には、元バルブは、一般家庭や業務店等の建築物のガス配管の入口に設置されている。システムの発電運転時には、ポンプが駆動しているときにおいて元バルブが閉鎖されると、原料ガス通路において負圧化が発生しようとする。この場合、他のガス機器が原料ガス通路に繋がれている場合には、他のガス機器の使用に影響を与えるおそれがある。特許文献１は、改質器に繋がる原料ガス通路において、原料ガスを下流に搬送させるポンプ、第１圧力センサおよび第２圧力センサを設けた燃料電池システムを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-217952号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１は、元バルブの閉鎖に起因して原料ガス通路内が負圧になるという事象についての対策を記載しているものではない。従って、特許文献１の技術では、システムの発電運転時には、ポンプが駆動しているときにおいて元バルブが閉鎖されると、原料ガス通路において負圧化が発生しようとする。この場合、他のガス機器が原料ガス通路に繋がれている場合には、他のガス機器の燃焼に影響を与えるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ポンプ等のガス搬送源が駆動して原料ガスを原料ガス通路を介して改質器に向けて搬送させてシステムを運転しているときにおいて、元バルブが閉鎖されたことを検知す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】
【０００６】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池システムは、（ｉ）原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、（ｉｉ）改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、（ｉｉｉ）元バルブが設けられているガス配管に接続され、元バルブの開放により供給される原料ガスを改質するために改質器に供給させる原料ガス通路と、（ｉｖ）原料ガス通路に設けられ元バルブの開放により供給される原料ガスを改質器に搬送させるガス搬送源と、（ｖ）原料ガス通路においてガス搬送源の上流に設けられ、ガス搬送源の駆動中における元バルブの閉弁を直接的または間接的に検知する元バルブ閉弁検知要素と、（ｖｉ）原料ガス通路の元バルブとガス搬送源との間に設けられ、原料ガスが原料ガス通路を改質器に向けて流れているときにおいて、原料ガス通路の原料ガスが原料ガス通路の外部へ流出することを抑える閉弁形態と、元バルブの閉鎖およびガス搬送源の搬送に基づいて原料ガス通路が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い外部の空気を原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる開弁形態とに切り替え可能とされている逆止弁とを具備し、（ｖｉｉ）元バルブ閉弁検知要素は、原料ガス通路のうち元バルブとガス搬送源との間の通路部分における湿度に関する物理量を検知するものであることを特徴とする。
【０００７】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池システムは、（ｉ）原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器と、（ｉｉ）改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、（ｉｉｉ）元バルブが設けられているガス配管に接続され、元バルブの開放により供給される原料ガスを改質するために改質器に供給させる原料ガス通路と、（ｉｖ）原料ガス通路に設けられ元バルブの開放により供給される原料ガスを改質器に搬送させるガス搬送源と、（ｖ）原料ガス通路においてガス搬送源の上流に設けられ、ガス搬送源の駆動中における元バルブの閉弁を直接的または間接的に検知する元バルブ閉弁検知要素と、（ｖｉ）原料ガス通路の元バルブとガス搬送源との間に設けられ、原料ガスが原料ガス通路を改質器に向けて流れているときにおいて、原料ガス通路の原料ガスが原料ガス通路の外部へ流出することを抑える閉弁形態と、元バルブの閉鎖およびガス搬送源の搬送に基づいて原料ガス通路が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い外部の空気を原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる開弁形態とに切り替え可能とされている逆止弁とを具備し、（ｖｉｉ）元バルブ閉弁検知要素は、逆止弁に設けられており、逆止弁の閉弁状態から開弁状態への切替を検知するものであることを特徴とする。
元バルブが解放されている状態でガス搬送源が駆動すると、原料ガスは原料ガス通路を流れて改質器に到達し、改質器において改質反応によりアノードガスに改質される。アノードガスは燃料電池のアノードに供給される。カソードガス（カソード流体）が燃料電池のカソードに供給される。これにより燃料電池は発電する。
【０００８】
ガス搬送源が駆動して原料ガスが改質器に供給されて燃料電池が発電運転しているにも拘わらず、何らかの事情により、元バルブが誤って閉弁されるおそれがある。この場合、ガス搬送源の駆動により、原料ガス通路の原料ガスが下流側に向けて搬送されているため、ガス搬送源の上流側において負圧化が発生するおそれがあるので好ましくない。
この様相１と様相２において、原料ガス通路において元バルブとガス搬送源との間に逆止弁が設けられており、逆止弁は、原料ガス通路の内部および外部の差圧に基づいて開閉し、且つ、逆止弁は、原料ガスが原料ガス通路を改質器に向けて流れているときにおいて、原料ガス通路の原料ガスが原料ガス通路の外部へ流出することを抑える閉弁形態と、元バルブの閉鎖およびガス搬送源の搬送に基づいて原料ガス通路が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い外部の空気を原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる開弁形態とに切り替え可能とされている。
原料ガスが原料ガス通路を改質器に向けて流れているときにおいて、逆止弁は閉弁形態に維持されており、原料ガス通路の原料ガスが原料ガス通路の外部へ流出することを抑える。ガス搬送源が駆動して原料ガスを原料ガス通路を介して改質器に向けて搬送しているとき、元バルブが閉鎖されると、原料ガス通路が負圧化されようとするが、このとき逆止弁は開弁形態に自動的に切り替えられ、外部の空気を原料ガス通路へ流入させて負圧化を抑制させる。
様相１の元バルブ閉弁検知要素は、原料ガス通路のうち元バルブとガス搬送源との間の通路部分における湿度に関する物理量を検知する。負圧化に伴い原料ガス通路へ流入させる空気は、一般的には、原料ガスに比較して高い湿度を有する。このため湿度に関する物理量に基づけば、負圧化に伴い原料ガス通路へ空気が流入されたことが検知される。ひいては、ガス搬送源が駆動しているときに元バルブが閉鎖されたことが検知される。
様相２の元バルブ閉弁検知要素は、逆止弁の閉弁状態から開弁状態への切替を検知する。これによりガス搬送源が駆動しているときに元バルブが閉鎖されたことが検知される。
【０００９】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池システムによれば、上記様相において、元バルブ閉弁検知要素からの検知信号に基づいて、元バルブの閉弁の警報を与える制御部が設けられていることを特徴とする。元バルブ閉弁検知要素からの検知信号に基づいて、制御部は警報をユーザおよび／またはメンテナンス者等に与える。警報としては、警報器を警報させたり、燃料電池システムを停止させたりすることが考えられる。警報器としては、視覚的または聴覚的な警報器が例示される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、ガス搬送源が駆動してシステムの運転中において元バルブが閉鎖されたことを、ユーザ、メンテナンス者等は認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池システムを模式的に示す概要図である。
【図２】燃料電池システムが正常に運転されている状態に示す概要図である。
【図３】元バルブが閉鎖されたときにおいて逆止弁を介して原料ガス通路に空気を流入させる状態を示す概要図である。
【図４】実施形態２に係り、燃料電池システムを模式的に示す概要図である。
【図５】実施形態３に係り、燃料電池システムを模式的に示す概要図である。
【図６】実施形態４に係り、燃料電池システムを模式的に示す概要図である。
【図７】実施形態４に係り、逆止弁センサをもつ逆止弁を模式的に示す概要図である。
【図８】適用形態を示し、燃料電池システムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
改質器は、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる。燃料電池は、改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する。原料ガス通路は、元バルブの開放により供給される原料ガスを改質するために改質器に供給させる。ガス搬送源は、原料ガスを改質器に搬送させるものであり、ポンプ、ブロア、コンプレッサ等を含むことができる。元バルブ閉弁検知要素は、原料ガス通路においてガス搬送源の上流に設けられている。元バルブ閉弁検知要素は、ガス搬送源の駆動中における元バルブの閉弁を直接的または間接的に検知するものである。元バルブ閉弁検知要素は、原料ガス通路を流れる原料ガスに関する物理量、原料ガス通路に流入したガスに関する物理量、原料ガス通路に関する機器の物理量等のうちの少なくとも一つに基づいて、ガス搬送源の駆動中における元バルブの閉弁を検知することが好ましい。制御部は、元バルブ閉弁検知要素からの検知信号に基づいて警報を与える。これによりユーザまたはメンテナンス者は、ガス搬送源の駆動中における元バルブの閉弁を認識することができる。
【００１７】
（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。燃料電池システムは、原料ガス通路６と、ガス搬送源としてのポンプ６０と、元バルブ閉弁検知要素として機能する湿度センサ６５と、逆止弁６６と、制御部１００Ｘと、発電モジュール１８と、筐体５とを有する。発電モジュール１８は、原料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質器２Ａと、改質器２Ａで生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池１と、改質器２Ａおよび燃料電池１を保温のために包囲する断熱壁１９とを有する。改質器２Ａは、原料水から水蒸気を生成させる蒸発部と、蒸発部で生成された水蒸気で原料ガスを改質させる改質部とを有する。燃料電池１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）とされている。原料ガス通路６は、元バルブ６４の開放により供給される原料ガス（例えば都市ガス）を改質するために発電モジュール１８に供給させる通路であり、元バルブ６４側のガス配管６４０に接続されている。ガス配管６４０には、他の配管６４１を介して他のガス機器６４５（例えば、風呂の燃焼バーナ、家庭用コンロ、ガス暖房機器、給湯器等）も燃料電池システムに対して並列に接続されている。原料ガス通路６を流れる原料ガス（例えば都市ガス）の露点は、常温の大気（空気）の露点に比較して遙かに低い。従って、原料ガスに含まれる水蒸気量は、常温の大気（空気）に比較して遙かに少ない。
【００１８】
ポンプ６０は、原料ガス通路６に設けられており、元バルブ６４の開放により供給される原料ガスを改質器２Ａに搬送させる。湿度センサ６５は、原料ガス通路６においてガス搬送源であるポンプ６０の上流に設けられており、原料ガス通路６における湿度に関する物理量を検知する。湿度センサ６５については、湿度センサおよび温度センサを併有する露点センサとしても良い。露点センサは、原料ガスの温度および湿度に基づいて原料ガス通路６内の原料ガスの露点を検知する。原料ガスの露点は、大気である空気よりもかなり低い。原料ガスの露点は、例えば−４０℃とかなり低い。従って、大気である空気は、一般的には、原料ガスに比較して高い湿度を有しており、水蒸気量が多い。殊に、筐体５内には、改質用の原料水を溜める大気開放型のタンクが収容されているため、筐体５の外部の外気が過剰乾燥していても、筐体５内の空気は外気より湿度を有することが多い。湿度センサ６５が湿度に関する物理量（相対湿度、絶対湿度、露点など）を検知すれば、負圧化に伴い原料ガス通路６の内部へ、原料ガス通路６の外部の空気（単位体積あたり原料ガスよりも水蒸気量が多い）が流入されたことが検知される。ひいては、ポンプ６０が駆動しているときに元バルブ６４が閉鎖されたことが検知される。なお原料ガスが都市ガスの場合には、ガス圧力は例えば１．０〜２．５ｋＰａとされている。
【００１９】
更に説明を加える。図１に示すように、逆止弁６６は、原料ガス通路６において原料ガス通路６において元バルブ６４とポンプ６０との間に設けられている。逆止弁６６は、原料ガス通路６の内部および外部の差圧に基づいて開閉する。逆止弁６６は、（ｉ）原料ガスが原料ガス通路６を改質器２Ａに向けて流れているときにおいて、原料ガス通路６の原料ガスが原料ガス通路６の外部へ矢印Ａ１方向に流出することを抑える閉弁形態と（図２参照）、（ｉｉ）元バルブ６４の閉鎖およびポンプ６０の搬送に基づいて原料ガス通路６が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い筐体５内の空気を原料ガス通路６へ矢印Ａ２方向に流入させて原料ガス通路６の負圧化を抑制させる開弁形態（図３参照）とに切り替え可能とされている。燃料電池システムが発電運転している場合、逆止弁６６は、閉弁形態（図２参照）に切り替えられている。
【００２０】
図１に示すように、原料ガス通路６において、逆止弁６６、湿度センサ６５、遮断弁６９、ポンプ６０、発電モジュール１８がこの順に直列に配置されている。筐体５は、元バルブ６４を収容していないが、逆止弁６６、湿度センサ６５、遮断弁６９、ポンプ６０、発電モジュール１８をこの順に直列に収容する。このように原料ガス通路６は、元バルブ６４の下流で且つポンプ６０の上流に位置するように開閉可能な遮断弁６９を有する。遮断弁６９は、燃料電池システムに対する原料ガスの供給および遮断を切り替える弁であり、元バルブ６４の下流に設けられており、制御弁１００Ｘにより制御される。
【００２１】
元バルブ６４が開放されている状態でポンプ６０が駆動すると、原料ガスはガス配管６４０ひいては原料ガス通路６を流れて改質器２Ａに到達し、改質器２Ａにおいて水蒸気を利用した改質反応によりアノードガス（水素ガスまたは水素含有ガス）に改質される。アノードガスは燃料電池１のアノードに供給される。カソードガスがカソードガス通路７０から燃料電池１のカソードに供給される。これにより燃料電池１は発電する。
【００２２】
さて、ポンプ６０が駆動して原料ガスが改質器２Ａに供給されて燃料電池１が発電運転しているとき、何らかの事情により、元バルブ６４が閉弁されるおそれがある。この場合、ポンプ６０の駆動により、原料ガス通路６の原料ガスが改質器２Ａに向けて搬送されているため、ポンプ６０の吸入ポート６０ｉの上流側において負圧化が発生するおそれがある。この場合、他のガス機器６４５が燃焼しているときには、他のガス機器６４５において故障、逆火等の不具合が発生するおそれがある。しかし元バルブ６４は燃料電池システムの筐体５の外部に配置されており、しかも一般的には燃料電池システムを設置する前から、一般家庭または業務店等の建築物におけるガス配管６４０の上流に位置するように、他のガス機器６４５等の関係で存在している。
【００２３】
本実施形態によれば、上記したように原料ガス通路６に負圧化が発生するおそれがあるとき、負圧化に起因して発生する原料ガス通路６へのガス流入現象を生じさせる。すなわち、逆止弁６６は圧力応答式であるため、原料ガス通路６の負圧化に伴い、閉弁形態から自動的に開弁形態に切り替えられ、常温の大気である空気（ガス）を原料ガス通路６へ矢印Ａ２方向に流入させ、原料ガス通路６の負圧化を抑制させる。空気の露点は原料ガスの露点よりもかなり高く、空気に含まれる水蒸気量は原料ガスに含まれる水蒸気量よりもかなり大きい。このため原料ガス通路６の湿度が高まる。湿度センサ６５はこれを検知する。換言すると、湿度センサ６５は、負圧化に起因して発生する原料ガス通路６へのガス流入現象を検知する。すなわち、湿度センサ６５は、ポンプ６０が駆動しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたことを検知する。湿度センサ６５はその検知信号ＳＡを制御部１００Ｘに出力する。これにより、制御部１００Ｘは、負圧化に伴い原料ガス通路６へガスが流入されたことを認識する。ひいては、制御部１００Ｘは、ポンプ６０が駆動しているとき元バルブ６４が閉鎖されたことを認識する。この場合、制御部１００Ｘは湿度センサ６５からの検知信号ＳＡに基づいて警報を与える。ユーザまたはメンテナンス者はこれを認識することができる。警報としては、警報器１０２を警報させたり、あるいは、燃料電池システムを停止させる停止モードにすることが考えられる。警報器１０２としては、視覚的または聴覚的な警報器が例示される。警報が発生すると、遮断弁６９を閉鎖させることが好ましい。この場合、原料ガス通路６の負圧化が抑えられている限り、過剰の空気を逆止弁６６から原料ガス通路６内に供給させないように、ポンプ６０を停止させることが好ましい。また、原料ガス通路６の負圧化が抑えられている限り、逆止弁６６は自身のバネ力により再び閉弁されるため、空気の原料ガス通路６への進入は抑制される。なお逆止弁６６の基本構造は、後述する図７に示されている。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、ポンプ６０を駆動させて燃料電池システムの運転しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたことを湿度センサ６５が検知し、制御部１００Ｘは警報を直ちに発する。殊に、原料ガス通路６において逆止弁６６に隣設しつつ逆止弁６６の下流に湿度センサ６５が設けられているため、湿度センサ６５は流入した空気の湿度を迅速に検知できる。
【００２５】
原料ガス通路６の負圧化を圧力センサで検知することも考えられる。しかし圧力センサは一般的に高価である。このような本実施形態によれば、機械式の逆止弁６６と安価な湿度センサ６５とを併用することにより、原料ガス通路６内の負圧抑制が可能となる。
【００２６】
（実施形態２）
図４は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効果を奏する。図４に示すように、筐体５内の原料ガス通路６において遮断弁６９、湿度センサ６５（露点計）、逆止弁６６、ポンプ６０、発電モジュール１８がこの順に直列に配置されている。なお、運転停止後に遮断弁６９が閉鎖されると、原料ガス通路６が密閉される関係で、原料ガス通路６が負圧となるおそれがある。負圧要因としては、加熱されている改質器２Ａの密閉状態での冷却、ポンプ６０の駆動停止の遅れ等の要因が考えられる。この場合、原料ガス通路６の負圧化に起因して外部の空気が原料ガス通路６に吸い込まれるおそれがある。この場合、原料ガス通路６への空気進入に起因してスタックの故障が誘発されるおそれがあるシステムにおいては、逆止弁６６の大気側に遮断弁６６９（図４参照）を設けても良い。この場合、遮断弁６９が開とされる運転時には、遮断弁６６９を開くことで実施形態１等で示した効果を得られる。運転停止時には遮断弁６６９を閉じることで、運転停止状態において負圧化される原料ガス通路６への外部空気の流入を抑止することができる。
【００２７】
（実施形態３）
図５は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効果を奏する。図５に示すように、筐体５内の原料ガス通路６において、ガス遮断弁６９、逆止弁６６、湿度センサ６５（露点計）、ポンプ６０、発電モジュール１８がこの順に直列に配置されている。なお、運転停止後に遮断弁６９が閉鎖されると、原料ガス通路６が密閉される関係で、原料ガス通路６が負圧となるおそれがある。負圧要因としては、加熱されている改質器２Ａの密閉状態での冷却、ポンプ６０の駆動停止の遅れ等の要因が考えられる。この場合、原料ガス通路６の負圧化に起因して外部の空気が原料ガス通路６に吸い込まれるおそれがある。この場合、空気進入に起因してスタックの故障が誘発されるおそれがあるシステムにおいては、逆止弁６６の大気側に遮断弁６６９（図４参照）を設けても良い。この場合、遮断弁６９が開とされる運転時には、遮断弁６６９を開くことで実施形態１等で示した効果を得られる。運転停止時には遮断弁６６９を閉じることで、運転停止状態において負圧化される原料ガス通路６への外部空気の流入を抑止することができる。
【００２８】
（実施形態４）
図６および図７は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効果を奏する。実施形態１と同様に、逆止弁６６は、原料ガス通路６の内部および外部の差圧に基づいて開閉される。即ち、逆止弁６６は、（ｉ）原料ガスが原料ガス通路６を改質器２Ａに向けて流れているときにおいて、原料ガス通路６の原料ガスが原料ガス通路６の外部へ矢印Ａ１方向に流出することを抑える閉弁形態（図７の（ａ）参照）と、（ｉｉ）元バルブ６４の閉鎖およびポンプ６０の搬送に基づいて原料ガス通路６が負圧化されるときにおいて、負圧化に伴い筐体５内の空気を原料ガス通路６へ矢印Ａ２方向に流入させて原料ガス通路６の負圧化を抑制させる開弁形態（図７の（ｂ）参照）とに切り替え可能とされている。燃料電池システムが発電運転している場合、逆止弁６６は、閉弁形態に切り替えられている。
【００２９】
ポンプ６０が駆動して原料ガスが改質器２Ａに供給されて燃料電池１が発電運転しているとき、何らかの事情により、元バルブ６４が閉弁されるおそれがある。この場合、ポンプ６０が回転駆動しており、原料ガスを下流に向けて搬送させているため、原料ガス通路６のうち、ポンプ６０の吸入ポート６０ｉの上流側において負圧化が発生するおそれがある。負圧化に起因して発生する原料ガス通路６へのガス流入現象を、逆止弁６６は生じさせる。すなわち、逆止弁６６は、閉弁形態から自動的に開弁形態に切り替えられる。したがって、原料ガス通路６の負圧化に伴い、逆止弁６６は、大気である空気（ガス）を原料ガス通路６へ矢印Ａ２方向に流入させ、原料ガス通路６の負圧化を抑制させる。
【００３０】
逆止弁６６には、逆止弁６６が閉弁形態から開弁形態に切り替えられたことを検知する逆止弁センサ６７０（元バルブ検知要素）が設けられている。換言すると、逆止弁センサ６７０は、負圧化に起因して発生する原料ガス通路６への空気流入現象を検知する。すなわち、逆止弁センサ６７０は、ポンプ６０が駆動しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたことを検知する。逆止弁センサ６７０はこの検知信号ＳＢを制御部１００Ｘに出力する。これにより、制御部１００Ｘは、負圧化に伴い原料ガス通路６へ、大気である空気が原料ガス通路６に流入されたことを認識する。ひいては、制御部１００Ｘは、ポンプ６０が駆動しているとき元バルブ６４が閉鎖されたことを認識する。この場合、制御部１００Ｘは、ポンプ６０が駆動しているときにおける元バルブ６４の閉弁を検知する元バルブ閉弁検知要素として機能する逆止弁センサ６７０からの検知信号ＳＢに基づいて警報を与える。警報としては、警報器１０２を警報させたり、あるいは、燃料電池システムを停止させる停止モードにさせたりすることが考えられる。警報器１０２としては、視覚的または聴覚的な警報器１０２が例示される。警報が発生すると、遮断弁６９を閉鎖させることが好ましい。
【００３１】
図７は逆止弁６６の内部を模式的を示す。逆止弁６６は、原料ガス通路６と大気とを連通させる連通孔６６１をもつ基部６６２と、連通孔６６２を開閉する弁部６６３と、弁部６６３を閉弁方向（矢印ＦＣ方向）に付勢させるバネで形成された付勢部材６６４とを有する。
【００３２】
図７の（ａ）（ｂ）に示すように、逆止弁６６には元バルブ閉弁検知要素として機能する逆止弁センサ６７０が設けられている。逆止弁センサ６７０は、可動接点６７１をもつ可動部６７２と、第１固定接点６７３と、第２固定接点６７４とをもつ。可動接点６７１が第１固定接点６７３に接触しているとき、逆止弁センサ６７０は、逆止弁６６が閉弁している旨を示す閉弁信号を制御部１００Ｘに出力する。可動接点６７２が第２固定接点６７４に接触しているとき、逆止弁センサ６７０は、逆止弁６６が開弁している旨を示す開弁信号を制御部１００Ｘに出力する。本実施形態の逆止弁センサ６７０は、ポンプ６０が駆動しているときにおける元バルブ６４の閉弁を検知する元バルブ閉弁検知要素として機能するため、実施形態１の湿度センサ６５と共通する役割を果たすことができる。
【００３３】
（適用形態）
図８は適用形態１の概念を示す。図８に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２に供給される液相状の水を溜めるタンク４と、これらを収容する筐体５とを有する。燃料電池１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池（運転温度：例えば４００℃以上）とされている。改質部３は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質部２Ａを構成しており、燃料電池１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。発電モジュール１８内には、改質部３，蒸発部２を加熱する燃焼部１０５が設けられている。アノード１０側から排出されたアノード排ガスは、流路１０３を介して燃焼部１０５に供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガスは、流路１０４を介して燃焼部１０５に供給される。起動時には、燃焼部１０５は、アノード１０から供給された改質前の原料ガスを、カソード１１から供給されたカソードガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。
【００３４】
発電運転時には、燃焼部１０５はアノード１０から排出されたアノード排ガスを、カソード１１から排出されたカソード排ガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。燃焼部１０５には燃焼排ガス路７５が設けられ、燃焼部１０５における燃焼後のガス、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路７５を介して大気中に放出される。改質部３の温度を検出する温度センサ３３が設けられている。着火させるヒータである着火部３５が燃焼部１０５に設けられている。着火部３５は着火できるものであれば何でも良い。外気の温度を検出する外気温度センサ５７が設けられている。温度センサ３３，５７の信号は制御部１００Ｘに入力される。制御部１００Ｘは警報器１０２に警報を出力する。
【００３５】
システムの発電運転時には、改質部２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。燃料電池１がＳＯＦＣタイプの場合には、アノード１０側から排出されたアノード排ガスとカソード１１側から排出されたカソード排ガスが燃焼部１０５で燃焼するため、改質部３および蒸発部２は、発電モジュール１８の内部において同時に加熱される。図８に示すように、原料ガス通路６は、元バルブ６４から原料ガスを改質器２Ａに供給させるものであり、ポンプ６０、脱硫装置２００、流量計３００、チャッキ弁５００をもつ。燃料電池１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス通路７０が繋がれている。カソードガス通路７０には、カソードガス搬送用の搬送源として機能するカソードポンプ７１が設けられている。
【００３６】
図８に示すように、筐体５は外気に連通する吸気口５０と排気口５１とをもち、更に、第１室である上室空間５２と、第２室である下室空間５３とをもつ。燃料電池１は、改質部３および蒸発部２と共に発電モジュール１８を形成し、筐体５の上側つまり上室空間５２に収容されている。筐体５の下室空間５３には、改質部３で改質される液相状の水を溜めるタンク４が収容されている。タンク４には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００Ｘからの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により所定温度以上に加熱され、凍結が抑制される。図８に示すように、下室空間５３側のタンク４の出口ポート４ｐと上室空間５２側の蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させる給水通路８が、配管として筐体５内に設けられている。給水通路８は、タンク４内に溜められている水をタンク４から蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８には、タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ８０が設けられている。更に、制御部１００Ｘはポンプ８０，７１，７９，６０を制御する。
【００３７】
さてシステムの起動時において、ポンプ６０が駆動すると、原料ガス通路６から原料ガスが蒸発部２，改質部３，アノードガス通路７３，燃料電池１のアノード１０，流路１０３を介して燃焼部１０５に流れる。カソードポンプ７１によりカソードガス（空気）がカソードガス通路７０、カソード１１，流路１０４を介して燃焼部１０５に流れる。この状態で着火部３５が着火すると、燃焼部１０５において燃焼が発生し、改質部３および蒸発部２が加熱される。このように改質部３および蒸発部２が加熱された状態で、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水はタンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、原料ガス通路６から供給される原料ガスと共に改質部３に移動する。原料ガスは改質部３において水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。アノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。アノード１０から排出されたアノードオフガス、カソード１１から排出されたカソードオフガスは、流路１０３，１０４を通過し、燃焼部１０５に至り、燃焼部１０５で燃焼される。高温の排ガスは、排ガス通路７５を介してケース５の外方に排出される。
【００３８】
上記したシステムの発電運転時において、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は、タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水通路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は原料ガス通路６から供給される原料ガスと共に改質部３に移動する。改質部３において燃料は、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。なお燃料がメタン系である場合には、水蒸気改質によるアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。但し燃料はメタン系に限定されるものではない。
（１）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
生成されたアノードガスはアノードガス通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、筐体５内の空気）がカソードガス通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。これにより燃料電池１が発電する。燃料電池１で排出された高温の排ガスは、排ガス通路７５を介して筐体５の外方に排出される。
【００３９】
排ガス通路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。貯湯槽７７に繋がる貯湯通路７８および貯湯ポンプ７９が設けられている。貯湯通路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、貯湯ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の吐出ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６により加熱される。熱交換器７６で加熱された温水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水通路４２を介して重力等により水精製器４３に供給される。水精製器４３はイオン交換樹脂等の水精製剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水は水タンク４に移動し、水タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、水タンク４内の水は給水通路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。
【００４０】
本実施形態においても、図８に示すように、原料ガス通路６には逆止弁６６，湿度センサ６５が設けられている。実施形態１の場合同様に、ポンプ６０を回転駆動させて燃料電池システムが発電運転等の運転しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたことを湿度センサ６５が検知する。そして、制御部１００Ｘはその旨の警報を警報器１０２に直ちに発する。
【００４１】
殊に、図８に示すように、筐体５内には、原料水を溜める大気開放型タンク４が設けられているため、筐体５の外部の空気が過剰に乾燥しているときであっても、筐体５内の空気は、外気よりも相対的に高い湿度をもつ。このため湿度センサ６５で原料ガス通路６内の湿度を検知し易い。本実施形態によれば、ポンプ６０が駆動しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたとき、前述したように、原料ガス通路６の負圧化が発生するが、その負圧化に起因して逆止弁６６が開弁し、逆止弁６６から筐体５内の空気が原料ガス通路６の内部に進入したことが湿度センサ６５で良好に検知される。すなわち、湿度センサ６５は、ポンプ６０が駆動しているときにおいて元バルブ６４が閉鎖されたことを間接的に検知する。
【００４２】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態および適用形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池に限定されず、場合によっては、固体高分子電解質形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、溶融炭酸塩形燃料電池でも良い。原料ガスも特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、ＬＰＧガス、ＣＮＧガス等を例示できる。逆止弁６６は図７に示す構造に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４３】
１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、２は蒸発部、３は改質部、１８は発電モジュール、１９は断熱壁、６は原料ガス通路、６０はポンプ（ガス搬送源）、６５は湿度センサ（元バルブ閉弁検知要素）、６４は元バルブ、６４０はガス配管、６４５は他のガス機器、６７０は逆止弁センサ（元バルブ閉弁検知要素）、７０はカソードガス通路、７３はアノードガス通路、１００Ｘは制御部を示す。
【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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