(57)【要約】  燃料電池システムは(100)、水添脱硫器(1)、原料供給器(3)、水素生成器(2)、燃料電池(8)、燃料ガス流路(10)、リサイクルガス流路(4)、オフ燃料ガス流路(11)、第１開閉弁(5)および制御装置(7)を備え、前記制御装置は、所定の条件の場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている。
2014097622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと、水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記水素生成器から排出された燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、所定の条件の場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記原料ガスを前記水素生成器に供給するための原料ガス流路と、
前記原料ガス流路、前記燃料ガス流路および前記オフ燃料ガス流路のうち前記第１開閉弁より上流側の流路部分、並びに、リサイクルガス流路のいずれかの流路に設けられ、当該流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開く圧力逃し弁と、をさらに備えている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１開閉弁は、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、第１所定圧力を超えた場合に開くよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１開閉弁は、前記流路内の圧力が前記第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開いた後、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に閉じ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】
前記第１開閉弁が設けられている流路の当該第１開閉弁より上流側の圧力を検知する圧力検知器を備え、
前記制御装置は、前記圧力検知器による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開弁した後、前記検知圧力が前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に、前記第１開閉弁を閉弁するように構成されている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの停止動作中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置は、所定の時間毎に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整装置をさらに備え、
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整装置の出力電力を低減させるように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整装置をさらに備え、
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整装置の出力電力を増加させるように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記第１開閉弁を閉弁してから第１所定時間後に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第２所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを所定回数繰り返すように構成されている、請求項１〜１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記リサイクルガス流路の閉塞を検知する閉塞検知器をさらに備え、
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合には、前記燃料電池システムの停止動作を開始させてから、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるよう構成されている、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁した後、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなった場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１５または１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第３所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなるまで繰り返すように構成されている、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
所定の条件を満たした場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させる、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガス中の硫黄化合物を取り除く水添脱硫器を備えた燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素生成装置および燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、水素生成装置において改質触媒下で水蒸気を用いて原料ガスから燃料ガスを生成している。そして、燃料電池において燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電している。この燃料ガスの生成に用いられる原料ガスには、付臭剤または不純物として硫黄化合物が含有されている。ただし、硫黄化合物は改質触媒を被毒するため、硫黄化合物を原料ガスから除去する必要がある。【０００３】
硫黄化合物の除去に水添脱硫器が用いられる。水添脱硫器では、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去している。この水素は、燃料ガスに多量に含まれている。このため、家庭用などの小型燃料電池システムでは、燃料ガスを燃料電池に供給する流路からリサイクルガス流路を分岐し、このリサイクルガス流路により燃料ガスの一部を水添脱硫器に供給している。【０００４】
リサイクルガス流路は、流量が少ないため、その内径寸法が小さい。この上、リサイクルガス流路には流量を調整するためのオリフィスなどが設けられており、さらに細くなっている部分がある。このような細いリサイクル流路は、燃料ガスに含まれている水蒸気からの凝縮水によって閉塞し易いという課題を有している。【０００５】
この課題を解決する手段の一つとして、たとえば、特許文献１に示す燃料改質システムが提案されている。この燃料改質システムでは、水蒸気凝縮分離器が改質反応器とＣＯ選択酸化反応器との間に設けられている。リサイクルラインの上流端が水蒸気凝縮分離器に接続され、下流端が改質反応器の上流側に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４９３２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示す燃料電池システムでは、燃料ガスの一部のリサイクルガスに含まれる水蒸気を水蒸気凝縮分離器によって凝縮分離している。この水蒸気凝縮分離器におけるガスの温度で、リサイクルガスに含まれる水蒸気は飽和している。よって、水蒸気凝縮分離器から下流のリサイクルラインでリサイクルガスの温度がさらに低下すると、リサイクルガス中の水蒸気が凝縮し、この凝縮水がリサイクルラインを閉塞するおそれがある。【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、リサイクルガス流路の閉塞による弊害を低減することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様に係る燃料電池システムは、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスと、水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器から排出された燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、所定の条件の場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上に説明した構成を有し、リサイクルガス流路の閉塞による弊害を低減することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することができるという効果を奏する。【００１１】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図３】変形例４に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図４】変形例５に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図６】変形例８に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】変形例８に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図８】変形例９に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図１１】変形例１０に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図１４】変形例１１に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図１５】変形例１２に係る燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【図１６】変形例１３に係る燃料電池システムの運転方法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】
【００１３】
第１の本発明に係る燃料電池システムは、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスと、水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器から排出された燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、所定の条件の場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている。
【００１４】
第２の本発明に係る燃料電池システムは、第１の発明において、前記原料ガスを前記水素生成器に供給するための原料ガス流路と、前記原料ガス流路、前記燃料ガス流路および前記オフ燃料ガス流路のうち前記第１開閉弁より上流側の流路部分、並びに、リサイクルガス流路のいずれかの流路に設けられ、当該流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開く圧力逃し弁と、をさらに備えていてもよい。
【００１５】
第３の本発明に係る燃料電池システムは、第１の発明において、前記第１開閉弁は、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、第１所定圧力を超えた場合に開くよう構成されていてもよい。
【００１６】
第４の本発明に係る燃料電池システムは、第３の発明において、前記流路内の圧力が前記第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開いた後、前記第１開閉弁は、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に閉じるよう構成されていてもよい。
【００１７】
第５の本発明に係る燃料電池システムは、第１の発明において、前記第１開閉弁が設けられている流路の当該第１開閉弁より上流側の圧力を検知する圧力検知器を備え、前記制御装置は、前記圧力検知器による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されていてもよい。
【００１８】
なお、「圧力検知器による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合」、この圧力の判定は圧力検知器または制御装置により行われる。つまり、圧力検知器が、圧力を検知し、この圧力が第１所定圧力に達したか否かを判定する。そして、圧力が第１所定圧力に達していれば、圧力検知器がこの判定結果を制御装置に出力してもよい。または、圧力検知器が、圧力を検知し、この圧力を制御装置に出力し、圧力が第１所定圧力に達したか否かを判定を制御装置が判定してもよい。
【００１９】
第６の本発明に係る燃料電池システムは、第５の発明において、前記検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開弁した後、前記制御装置は、前記検知圧力が前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に、前記第１開閉弁を閉弁するように構成されていてもよい。なお、「検知圧力が前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合」、この圧力の判定は圧力検知器または制御装置により行われる。
【００２０】
第７の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されていてもよい。
【００２１】
第８の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記燃料電池システムの停止動作中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されていてもよい。
【００２２】
第９の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、所定の時間間隔毎に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されていてもよい。
【００２３】
第１０の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第９のいずれか１つの発明において、前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられていてもよい。
【００２４】
第１１の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整部をさらに備え、前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整部の出力電力を低減させるように構成されていてもよい。
【００２５】
第１２の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整部をさらに備え、前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整部の出力電力を増加させるように構成されていてもよい。
【００２６】
第１３の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第１２いずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記第１開閉弁を閉弁してから第１所定時間後に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されていてもよい。
【００２７】
第１４の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第１３のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第２所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを所定回数繰り返すように構成されていてもよい。
【００２８】
第１５の本発明に係る燃料電池システムは、第１〜第１４のいずれか１つの発明において、前記リサイクルガス流路の閉塞を検知する閉塞検知器をさらに備え、前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されていてもよい。
【００２９】
なお、「閉塞検知器が閉塞を検知した場合」、この閉塞の判定は閉塞検知器または制御装置により行われる。つまり、閉塞検知器が、物理値を検知し、この物理値に基づいて閉塞を判定し、この判定結果を制御装置に出力してもよい。または、閉塞検知器が、物理値を検知してこれを制御装置に出力し、制御装置が物理値に基づいて閉塞を判定してもよい。
【００３０】
ここで、閉塞検知器が検知した物理値は、リサイクルガス流路が閉塞状態である場合と閉塞状態でない場合とで変化するものであればよく、たとえば、圧力、温度および流量が挙げられる。
【００３１】
第１６の本発明に係る燃料電池システムは、第１５の発明において、前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合には、前記燃料電池システムの停止動作を開始させてから、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるよう構成されていてもよい。
【００３２】
第１７の本発明に係る燃料電池システムは、第１５または第１６の発明において、前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁した後、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなった場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されていてもよい。
【００３３】
第１８の本発明に係る燃料電池システムは、第１５〜第１７のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第３所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなるまで繰り返すように構成されていてもよい。
【００３４】
第１９の本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、所定の条件を満たした場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させる方法である。
【００３５】
この燃料電池システムの運転方法は、所定の条件を満たした場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させる第１工程を備えている。この第１工程により、リサイクルガス流路の閉塞による弊害を低減することができる。
【００３６】
なお、燃料電池システムの運転方法は、第１工程において、前記燃料電池システムの発電運転中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるようにしてもよい。
【００３７】
また、燃料電池システムの運転方法は、第１工程において、前記燃料電池システムの停止動作中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるようにしてもよい。
【００３８】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程において、所定の時間間隔毎に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるようにしてもよい。
【００３９】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、前記第１開閉弁が設けられている流路の当該第１開閉弁より上流側の圧力を検知する圧力検知器を備えた燃料電池システムの運転方法であって、第１工程の後に、前記圧力検知器による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、前記第１開閉弁を開弁する第２工程を備えていてもよい。
【００４０】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第２工程の後に、前記検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開弁した後、前記検知圧力が前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に、前記第１開閉弁を閉弁する第３工程を備えていてもよい。
【００４１】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整部をさらに備え、前記第１開閉弁が前記オフ燃料ガス流路に設けられた燃料電池システムの運転方法であって、第１工程において、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整部の出力電力を低減させるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整部をさらに備え、前記第１開閉弁が前記オフ燃料ガス流路に設けられた燃料電池システムの運転方法であって、第１工程において、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整部の出力電力を増加させるようにしてもよい。
【００４３】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程の後、前記第１開閉弁を閉弁してから第１所定時間後に、前記第１開閉弁を開弁する第４工程を備えてもよい。
【００４４】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程の後、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第２所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを所定回数繰り返す第５工程を備えてもよい。
【００４５】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、前記リサイクルガス流路の閉塞を検知する閉塞検知器をさらに備えた燃料電池システムの運転方法であって、第１工程において、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるようにしてもよい。
【００４６】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程において、前記燃料電池システムの発電運転中に前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合には、前記燃料電池システムの停止動作を開始させてから、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるようしてもよい。
【００４７】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程の後、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなった場合に、前記第１開閉弁を開弁する第６工程を備えていてもよい。
【００４８】
さらに、燃料電池システムの運転方法は、第１工程の後、閉弁から第３所定時間後に前記第１開閉弁を開弁する動作を、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなるまで繰り返す第７工程を備えていてもよい。
【００４９】
（実施の形態１）
（燃料電池システムの構成）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、原料ガスから燃料ガスを生成し、この燃料ガスを用いて発電するシステムである。燃料電池システム１００は、水添脱硫器１、水素生成器２、原料供給器３、リサイクルガス流路４、第１開閉弁５、制御装置７、燃料電池８、燃料ガス流路１０、およびオフ燃料ガス流路１１を主に備えている。燃料電池システム１００は、原料ガス流路９および固定オリフィス１２をさらに備えていてもよい。
【００５０】
原料ガス流路９は、水素生成器２に原料ガスを供給するための流路である。原料ガス流路９は、上流原料ガス流路、中流原料ガス流路および下流原料ガス流路により構成されている。この上流原料ガス流路９により原料供給源（図示せず）が原料供給器３に接続されている。また、中流原料ガス流路９により原料供給器３が水添脱硫器１に接続されている。さらに、下流原料ガス流路９により水添脱硫器１が水素生成器２に接続されている。
【００５１】
原料供給器３は、原料ガスを昇圧して水添脱硫器１に供給する供給器である。原料供給器３には、上流原料ガス流路９を介して原料ガス供給源から原料ガスが供給されている。原料ガス供給源は、所定の供給圧を有しており、たとえば、都市ガスインフラ、原料ガスボンベ、原料ガスインフラが挙げられる。原料ガスは、炭素および水素から構成される有機化合物を含むガスであって、たとえば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、および、ＬＰＧが挙げられる。
【００５２】
原料供給器３は、原料ガスの流量を調整する機能を有し、たとえば、ブースタポンプなどの昇圧器と流量調整弁とにより構成されている。昇圧器には、たとえば、定容積型昇圧ポンプが用いられる。なお、原料供給器３は、昇圧器または流量調整弁のいずれか一方により構成されていてもよい。
【００５３】
水添脱硫器１は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する反応器である。水添脱硫器１は、原料ガス流路９により原料供給器３に接続されている。水添脱硫器１は、容器、および、容器内に充填された水添脱硫用の脱硫触媒により構成されている。水添脱流用の脱硫触媒は反応触媒および吸着触媒により構成されており、吸着触媒は反応触媒の下流側に配されている。反応触媒は、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換する反応を促進する触媒であって、たとえば、ＣｏＭｏ系触媒が用いられる。吸着触媒は、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であって、たとえば、ＺｎＯ系触媒、または、ＣｕＺｎ系触媒が用いられる。ただし、水添脱硫用の脱硫触媒は、これに限定されるものではなく、たとえば、ＣｕＺｎ系触媒のみが用いられてもよい。このＣｕＺｎ系触媒は、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と、硫化水素を吸着する機能とを併せ持っている。
【００５４】
水素生成器２は、水添脱硫器１を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する反応器である。水素生成器２は、原料ガス流路９により水添脱硫器１に接続されている。水素生成器２は、改質器（図示せず）を内部に有している。改質器に改質触媒が充填されている。改質触媒は、原料ガスから燃料ガスを生成する改質反応を促進する触媒である。この改質反応は、いずれの形態であってもよく、たとえば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応等が挙げられる。なお、水素生成器２は、ＣＯ低減器（図示せず）を内部に有していてもよい。ただし、ＣＯ除去器は水素生成器２の下流の燃料ガス流路１０に設けられてもよい。
【００５５】
水素生成器２は、改質反応に必要な機器をさらに備えている。たとえば、水蒸気改質反応では、バーナ部（図示せず）、蒸発器（図示せず）および水供給器（図示せず）が水素生成器２に設けられる。このバーナ部は、可燃性ガスを燃焼して改質器を加熱する燃焼器である。蒸発器は水蒸気を生成する機器であり、水供給器は蒸発器に水を供給する機器である。また、オートサーマル反応では、改質器に空気を供給する空気供給器（図示せず）が水素生成器２に設けられる。
【００５６】
燃料電池８は、水素生成器２から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する反応器である。燃料電池８はこの実施の形態では、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）が用いられる。ただし、燃料電池８の種類はこれに限定されず、たとえば、固体酸化物形燃料電池、または、りん酸形燃料電池を用いることもできる。
【００５７】
燃料電池８は、燃料ガス流路１０により水素生成器２に接続され、水素生成器２から燃料ガスが供給されている。また、燃料電池８は、酸化剤ガス供給器（図示せず）に接続され、酸化剤ガス供給器から酸化剤ガスが供給されている。酸化剤ガス供給器としてブロワーなどの空気供給器が用いられる場合、空気中の酸素が酸化剤ガスとして供給される。ただし、酸化剤ガス供給器は空気供給器に限定されない。たとえば、酸化剤ガス供給器に酸素ボンベが用いられる場合、酸素が酸化剤ガスとして供給される。
【００５８】
燃料電池８は、オフ燃料ガス流路１１により水素生成器２に接続されている。燃料電池８の発電に利用されなかった燃料ガス（オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス流路１１を介して燃料電池８から排出される。オフ燃料ガスは、水素生成器２のバーナ部に供給され、供給された燃焼空気でオフ燃料ガスを燃焼する。これにより、水添脱硫器１および水素生成器２が各触媒の適温に加熱される。
【００５９】
燃料ガス流路１０は、水素生成器２から排出された燃料ガスを燃料電池８に供給するための流路である。この燃料ガス流路１０により水素生成器２は燃料電池８に接続されている。
【００６０】
リサイクルガス流路４は、燃料ガス流路１０から分岐部で分岐し、水素生成器２から排出された燃料ガスの一部を原料供給器３に流入する前の原料ガスに混合するための流路である。リサイクルガス流路４の上流端は分岐部で燃料ガス流路１０に接続され、下流端は接合部で上流原料ガス流路９に接続されている。
【００６１】
なお、リサイクルガス流路４の上流端の接続位置は、水素生成器２で生成された燃料ガスがリサイクルガス流路４に流れれば、特に限定されない。たとえば、水素生成器２の改質器の下流にＣＯ低減器が設けられている場合がある。この場合、燃料ガスは、改質器とＣＯ低減器との間の流路を通ってＣＯ低減器に流入する。そして、ＣＯ低減器で一酸化炭素が低減された燃料ガスがＣＯ低減器の下流側流路に排出される。このため、リサイクルガス流路４の上流端は、改質器とＣＯ低減器との間の流路に接続されてもよいし、ＣＯ低減器に接続されてよいし、ＣＯ低減器の下流の流路に接続されてもよい。
【００６２】
また、ＣＯ低減器が変成器およびＣＯ除去器で構成されている場合がある。この場合、ＣＯ低減器に流入した燃料ガスは変成器に流入する。変成器においてシフト反応により一酸化炭素が低減された燃料ガスは、変成器とＣＯ除去器との間の流路を通ってＣＯ除去器に流入する。そして、ＣＯ除去器において酸化反応およびメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素がさらに低減された燃料ガスは、ＣＯ低減器の下流側流路に排出される。このため、リサイクルガス流路４の上流端は、変成器とＣＯ除去器との間の流路に接続されてもよい。
【００６３】
固定オリフィス１２は、リサイクルガス流路４に設けられており、リサイクルガス流路４を流れる燃料ガスの流量を調整する部材である。この流量調整は、水素生成器２の背圧と、原料供給器３の上流側の圧力（すなわち、原料ガス供給源の供給圧）との釣り合いを採ることにより行われる。
【００６４】
なお、リサイクルガス流路４における燃料ガスの流量調整は、固定オリフィス１２を用いる形態に限定されない。たとえば、固定オリフィス１２に代えて、ニードル弁のような可変オリフィスを用いて、燃料ガスの流量調整を行ってもよい。また、リサイクルガス流路４にガス昇圧器を設けて、燃料ガスの流量調整を行ってもよい。ただし、燃料電池システム１００の小型化および構成の簡素化の観点から、燃料ガスの流量調整に固定オリフィス１２を用いることが好ましい。また、他の手段により流量調整が可能な場合、固定オリフィス１２を設けなくてもよい。
【００６５】
バイパス流路１３は、燃料電池８を経由せずに水素生成器２に可燃性ガスを供給するための流路である。可燃性ガスには、水素生成器２で使用されずに残った原料ガス、および、水素生成器２で生成された燃料ガスが挙げられる。バイパス流路１３の上流端は分岐部の下流側の燃料ガス流路１０に接続され、下流端は水素生成器２のバーナ部に接続されている。バイパス流路１３に弁１４が設けられている。なお、第１開閉弁５および弁１４に代えて、三方弁を燃料ガス流路１０とバイパス流路１３との接続位置に設けてもよい。
【００６６】
オフ燃料ガス流路１１は、燃料電池８で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを燃料電池８から排出するための流路である。オフ燃料ガス流路１１の上流端が燃料電池８に接続され、下流端が水素生成器２のバーナ部に接続されている。なお、オフ燃料ガス流路１１およびバイパス流路１３以外に可燃性ガスをバーナ部に供給する可燃性ガス供給部を設けてもよい。
【００６７】
第１開閉弁５は、オフ燃料ガス流路１１に設けられており、オフ燃料ガス流路１１を閉止および開放する弁である。第１開閉弁５は、電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するようなものでもよい。なお、第１開閉弁５として開度調整可能な電磁式開閉弁を用いてもよい。この場合、第１開閉弁５を閉弁する際、その閉弁の程度を、適宜調整することができる。さらに、第１開閉弁５を開弁する際、その開弁の程度を、適宜調整することができる。
【００６８】
なお、原料供給器３が動作している状態で第１開閉弁５を閉弁する場合に、リサイクルガス流路４における圧力を上昇させることができる位置であれば、第１開閉弁５の位置は特に限定されない。たとえば、第１開閉弁５を、オフ燃料ガス流路１１に代えてまたは共に、分岐部より下流側の燃料ガス流路１０に設けてもよい。
【００６９】
制御装置７は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機能を有する。たとえば、制御装置７は、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御装置７は、集中制御を行う単独の制御装置で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御装置で構成されていてもよい。
【００７０】
制御装置７は、所定の条件の場合に第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させるように構成されている。この第１開閉弁５の閉弁および原料供給器３の動作からなる閉塞解消動作は、制御装置７により実行される。この閉塞解消動作の実行は、制御プログラムにより行われてもよいし、制御装置７の回路構成によって行われてもよい。
【００７１】
（燃料電池システムの動作）
燃料電池システム１００が起動する際、第１開閉弁５を閉じ、弁１４を開く。この状態で、原料ガスは、原料供給源から原料供給器３に供給され、原料供給器３において昇圧されて、水添脱硫器１に供給される。水添脱硫器１で原料ガスから硫黄化合物が除去されてから、原料ガスは水素生成器２に供給される。水素生成器２において原料ガスから燃料ガスが生成される。未反応の原料ガスおよび燃料ガスは、燃料ガス流路１０およびバイパス流路１３を通って水素生成器２のバーナ部に可燃性ガスとして供給される。この可燃性ガスがバーナ部で燃焼されて、水添脱硫器１および水素生成器２が加熱される。
【００７２】
この起動時には、ＣＯ低減器が低温でその機能を十分に発揮していないおそれがある。この場合、燃料ガスにＣＯが含まれるが、この燃料ガスは燃料電池８に供給されない。このため、ＣＯによって燃料電池８の触媒を被毒することが防がれる。
【００７３】
ＣＯ低減器が適温に昇温されると、弁１４を閉じて、第１開閉弁５を開く。これにより、水素生成器２で生成された燃料ガスは、燃料ガス流路１０を流れて燃料電池８へ供給され、燃料電池システム１００は発電運転を開始することができる。
【００７４】
この燃料ガスの一部は、リサイクルガスとして分岐部において燃料ガス流路１０からリサイクルガス流路４に流入する。リサイクルガスは、その流量が固定オリフィス１２で調整されて、リサイクルガス流路４を流れる。リサイクルガスは、接合部においてリサイクルガス流路４から上流原料ガス流路９に流入する。ここで、リサイクルガスは、原料供給源から供給される原料ガスと混合されて、水添脱硫器１に供給される。水添脱硫器１において、リサイクルガス中の水素によって、原料ガス中の硫黄化合物が反応する。これにより、原料ガス中の硫黄化合物が除去される。そして、原料ガスは水素生成器２に供給される。
【００７５】
残りの燃料ガスは、水素生成器２から燃料電池８に燃料ガス流路１０を介して供給されて、燃料電池８の発電に利用される。ここで、第１開閉弁５は開弁されているため、燃料電池８に燃料ガスが流入することができる。そして、燃料電池８で使用されずに残ったオフ燃料ガスは、可燃性ガスとしてオフ燃料ガス流路１１を介して水素生成器２に供給される。可燃性ガスが水素生成器２のバーナ部で燃焼されて、水添脱硫器１および水素生成器２の温度が適温に維持される。
【００７６】
（燃料電池システムの運転方法）
図２は、燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。この運転は、制御装置７が制御プログラムに従って実施する。燃料電池システム１００の発電開始時には、弁１４が閉止され、第１開閉弁５が開放されている。
【００７７】
制御装置７は所定条件を具備したか否かを判定する（ステップＳ１０）。所定条件は、リサイクルガス流路４の閉塞を解消するための条件である。制御装置７は、所定条件を満たさないと判定すると（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ１０の処理に戻る。一方、制御装置７は、所定条件を満たすと判定すると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、第１開閉弁５を閉じる（ステップＳ２０）。
【００７８】
そして、制御装置７は、原料ガス供給器３を動作させる（ステップＳ３０）。ここで、原料ガス供給器３が既に動作している場合には、原料ガス供給器３の動作を維持する。一方、原料ガス供給器３が動作していない場合には、原料ガス供給器３を起動させる。
【００７９】
（作用、効果）
制御装置７は、所定の条件の場合に第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させる閉塞解消動作を実行している。この第１開閉弁５の閉止によって、燃料ガス流路１０を流れる燃料ガスは、燃料電池８に流入しなくなる。ここで、原料ガス供給器３は、動作してガスを昇圧している。このため、原料ガス流路９および燃料ガス流路１０におけるガスの圧力は、原料ガス供給器３の上流で最も低く、原料ガス供給器３の下流直近で最も高く、原料ガス供給器３から下流側へ離れるに従って低下している。これにより、水素生成器２から排出された燃料ガスの圧力はリサイクルガス流路４に作用し、リサイクルガス流路４内の燃料ガスの圧力が増加する。この結果、仮にリサイクルガス流路４が凝縮水によって閉塞していても、凝縮水が燃料ガスの圧力で押し流されて、リサイクルガス流路４の閉塞を解消することができる。この結果、リサイクルガス流路４の閉塞による弊害を低減することができる。
【００８０】
なお、リサイクルガス流路４の閉塞は、完全閉塞および部分閉塞を含む。完全閉塞は、リサイクルガス流路４が凝縮水によって塞がれ、リサイクルガス流路４におけるリサイクルガスの流通が遮断された状態である。部分閉塞は、リサイクルガス流路４の一部が凝縮水によって塞がれ、リサイクルガス流路４におけるリサイクルガスの流通量が低減された状態である。
【００８１】
また、第１開閉弁５をオフ燃料ガス流路１１に設けている。この第１開閉弁５を閉止して原料供給器３を動作させている状態では、各ガス流路４、９、１０、および、第１開閉弁５の上流側のオフ燃料ガス流路１１の圧力が上昇する。これにより、各機器および流路が高圧により損傷を受けるおそれがある。しかし、第１開閉弁５は燃料電池８の下流に配置されている。このため、各ガス流路４、９〜１１に滞留する燃料ガス中の水素が燃料電池８の発電によって消費される。よって、各ガス流路４、９〜１１における過剰な圧力上昇を防止し、燃料電池システム１００の長寿命化を図ることができる。
【００８２】
（変形例１）
上記実施の形態において、「燃料電池システム１００の発電運転中」を所定条件として設定することができる。この場合、図２の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。そして、ステップＳ１０において、燃料電池システム１００が発電運転を行っていなければ、制御装置７は処理条件を満たさないと判定する（ステップＳ１０：ＮＯ）。一方、燃料電池システム１００が発電運転を行っていれば、制御装置７は処理条件を満たしていると判定する（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。
【００８３】
このように、燃料電池システム１００の発電運転中に、第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させる閉塞解消動作を実行する。この閉塞解消動作により、発電運転中にリサイクルガス流路４の閉塞を解消することができる。この結果、リサイクルガス流路の閉塞による弊害を低減することができる。また、閉塞のために、燃料電池システム１００を停止させる必要がなく、停止および起動による燃料電池システム１００の効率の低下を防止することができる。
【００８４】
（変形例２）
上記実施の形態において、「燃料電池システム１００の停止動作中」を所定条件として設定することができる。この場合、図２の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。そして、ステップＳ１０において、燃料電池システム１００が停止動作を行っていなければ、制御装置７は処理条件を満たさないと判定する（ステップＳ１０：ＮＯ）。一方、燃料電池システム１００が停止動作を行っていれば、制御装置７は処理条件を満たしていると判定する（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。
【００８５】
このように、燃料電池システム１００の停止動作中に、第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させる閉塞解消動作を実行する。この閉塞解消動作により、停止動作中にリサイクルガス流路４の閉塞を解消することができる。この結果、次回、燃料電池システム１００を起動させた際に、リサイクルガス流路４におけるリサイクルガスの流れを確保して、リサイクルガス流路４の閉塞による弊害を低減することができる。
【００８６】
（変形例３）
上記実施の形態において、「所定の時間間隔毎」を所定条件として設定することができる。この場合、図２の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。そして、ステップＳ１０において、時間を計測する。この計測時間が所定の時間間隔に達していなければ、制御装置７は処理条件を満たさないと判定する（ステップＳ１０：ＮＯ）。一方、計測時間が所定の時間間隔に達したら、制御装置７は処理条件を満たしていると判定する（ステップＳ１０：ＹＥＳ）。
【００８７】
このように、燃料電池システム１００の所定の時間間隔毎に、開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させる閉塞解消動作を実行する。この閉塞解消動作により、定期的にリサイクルガス流路４の閉塞を解消することができる。リサイクルガス流路４の閉塞による弊害を低減することができる。また、リサイクルガス流路４の閉塞を検知するセンサを必要とせず、燃料電池システム１００の簡素化が図られる。
【００８８】
なお、「所定の時間」とは、燃料電池システム１００の動作中の時間を対象とする。また特に、連続して動作している時間を対象とする。ただし、停止前の動作時間と次の起動後の動作時間とを加算して、「所定の時間」に達したか否かを判断することとしてもよい。
【００８９】
（変形例４）
上記実施の形態において、制御装置７は、第１開閉弁５を閉弁してから第１所定時間後に、第１開閉弁５を開弁してもよい。図３は、変形例４に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図３におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。
【００９０】
制御装置７は、図３の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。また、制御装置７は、第１開閉弁５の閉弁からの時間を計測する。この計測時間が第１所定時間に達するまで（ステップＳ４０：ＮＯ）、第１開閉弁５を閉じた状態に維持する。これにより、リサイクルガス流路４の閉塞を解消することができる。
【００９１】
一方、計測時間が第１所定時間に達すれば（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。これにより、燃料ガスが燃料電池８に供給されるため、燃料電池８は発電することができる。なお、第１開閉弁５が閉止した状態であっても、各ガス流路４、９〜１１に滞留した燃料ガスを用いて燃料電池８は発電を継続する。従って、第１開閉弁５の閉止により、燃料電池８における燃料ガス不足が過剰にならないよう、第１所定時間は設定される。
【００９２】
このように、第１開閉弁５の閉弁状態が第１所定時間に制限される。このため、燃料ガス不足による燃料電池８の劣化を防止することができる。
【００９３】
また、第１所定時間後に第１開閉弁５を開弁して、燃料電池８に燃料ガスを供給している。これにより、燃料電池８の発電を継続することができる。
【００９４】
（変形例５）
上記実施の形態において、制御装置７は、第１開閉弁５の閉弁と、閉弁から第２所定時間後における第１開閉弁５の開弁とを所定回数繰り返してもよい。図４は、変形例５に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図４におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。
【００９５】
制御装置７は、図４の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。また、制御装置７は、第１開閉弁５の閉弁からの時間を計測する。この計測時間が第２所定時間に達するまで（ステップＳ４１：ＮＯ）、第１開閉弁５を閉じた状態に維持する。一方、計測時間が第２所定時間に達すれば（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、制御装置７は第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。制御装置７は、閉弁および開弁の動作（閉塞対策動作）の数をカウントする。より具体的には、ステップＳ１０で所定条件を満たすと判断した後、ステップＳ１０〜Ｓ５０の一連の処理が実行された回数をカウントする。なお、第１開閉弁５が閉止した状態であっても、各ガス流路４、９〜１１に滞留した燃料ガスを用いて燃料電池８は発電を継続する。従って、第１開閉弁５の閉止により、燃料電池８における燃料ガス不足が過剰にならないよう、第２所定時間は設定される。
【００９６】
カウント数が所定回数に達していない間は（ステップＳ６０：ＮＯ）、制御装置７はステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理を繰り返す。このように、第１開閉弁５を開閉することにより、リサイクルガス流路４における圧力が変動し、リサイクルガス流路４の凝縮水が取り除かれ易くなる。一方、カウント数が所定回数に達すると（ステップＳ６０）、閉塞解消動作を終了する。
【００９７】
このように、第１開閉弁５の閉弁および開弁の閉塞対策動作が繰り返される。この閉塞対策動作により、第１開閉弁５の閉弁によるリサイクルガス流路４の圧力上昇に加え、第１開閉弁５の開閉による圧力変動を生じさせる。この結果、より確実に閉塞を解消することができる。また、第２所定時間を短く設定することができ、燃料ガス不足による燃料電池８の劣化を防止することができる。
【００９８】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の各構成要素に加え、圧力逃し弁１５をさらに備えている。図５は、実施の形態２に係る燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。
【００９９】
図５に示すように、圧力逃し弁１５は、流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開く機能を有している。第１所定圧力は、燃料電池システム１００における各機器および配管の耐圧性、および、原料ガス流路９の圧力に基づいて設定される。つまり、各機器および配管が損傷する圧力より低く設定される。かつ、第１所定圧力は、第１開閉弁５の閉弁によって路４、９〜１１の圧力が上昇しても、リサイクルガス流路４から原料供給源へリサイクルガスが逆流しないよう設定される。たとえば、第１所定圧力は、接合部より下流側の上流原料ガス流路９の圧力が、接合部より上流側の上流原料ガス流路９の圧力、および、リサイクルガス流路４の圧力より小さくなるように設定される。
【０１００】
圧力逃し弁１５は、この実施の形態では、原料ガス供給器３と水添脱硫器１との間の中流原料ガス流路９に備えられている。ただし、圧力逃し弁１５の位置はこれに限定されず、圧力逃し弁１５は、上流原料ガス流路９、下流原料ガス流路９、燃料ガス流路１０およびオフ燃料ガス流路１１のうち第１開閉弁５より上流側の流路部分、並びに、リサイクルガス流路４のいずれかの流路に設けられてもよい。
【０１０１】
この実施の形態２に係る燃料電池システム１００においても、実施の形態１で説明した各運転方法に従って運転を行うことができる。これにより、リサイクルガス流路４の閉塞を解消し、閉塞による弊害を低減することができる。
【０１０２】
また、第１開閉弁５の閉止により流路４、９〜１１の圧力が上昇するが、この圧力が第１所定圧力に達すると圧力逃し弁１５が開く。これにより、ガスが流路４、９〜１１から排出されるため、流路４、９〜１１の圧力が第１所定圧力以下に降下する。この結果、各機器および配管が圧力により損傷することが防がれ、燃料電池システム１００の長寿命化が図られる。
【０１０３】
さらに、第１開閉弁５の閉止によって、接合部より下流側の上流原料ガス流路９の圧力が、接合部より上流側の上流原料ガス流路９の圧力に比べて高くなることがある。この場合、リサイクルガスは、リサイクルガス流路４から接合部より上流側の上流原料ガス流路９へ流入し、原料供給源へ逆流してしまう。これに対して、圧力逃し弁１５の第１所定圧力に達すると、圧力逃し弁１５が開く。このため、リサイクルガスは、接合部から下流側の上流原料ガス流路９へ流れ、リサイクルガスの逆流が防止される。
【０１０４】
なお、圧力逃し弁１５は、流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開いた後、流路内の圧力が第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に閉じるよう構成されてもよい。
【０１０５】
たとえば、図５に示すように、圧力逃し弁１５が、中流原料ガス流路９に設けられている。この場合、圧力逃し弁１５の閉止によって、中流原料ガス流路９の圧力が第１所定圧力に達すると、圧力逃し弁１５が自動的に開く。これにより、中流原料ガス流路９の圧力が降下し、第２所定圧力に達すると、圧力逃し弁１５が閉じる。よって、リサイクルガス流路４が依然閉塞していても、圧力逃し弁１５の閉止により各流路４、９〜１１の圧力を上昇し、リサイクルガス流路４の閉塞をより確実に解消することができる。
【０１０６】
（変形例６）
上記実施の形態では、燃料電池システム１００は、第１開閉弁５に加えて、圧力逃し弁１５をさらに備えていた。これに対して、第１開閉弁５を圧力逃し弁１５としても用いてもよい。この場合、第１開閉弁５は、第１開閉弁５が設けられている流路のうちの第１開閉弁５より上流側の流路内の圧力が、第１所定圧力を超えた場合に開くよう構成されている。
【０１０７】
たとえば、第１開閉弁５に電磁式開閉弁が用いられる。図１に示すように、第１開閉弁５が、オフ燃料ガス流路１１に設けられている。この場合、第１開閉弁５の閉止によって、第１開閉弁５より上流側のオフ燃料ガス流路１１の圧力が上昇する。そして、この圧力が第１所定圧力に達すると、第１開閉弁５が自動的に開く。これにより、高圧力による各機器および配管の損傷およびリサイクルガスの逆流を防止することができる。
【０１０８】
なお、第１開閉弁５として、無段階あるいは多段階に開度を調整できる電磁式開閉弁を用いてもよい。この場合、第１所定圧力に達したときに、第１開閉弁５を全開より小さい開度で開弁させることができる。これにより、リサイクルガス流路４内を昇圧しつつ、圧力が過剰となるのを圧抜きによって防止できる。
【０１０９】
なお、第１開閉弁５としては、たとえば、電磁弁を用いることができる。電磁弁より上流側および下流側のいずれかの一方の流路にかかる流体の圧力が上昇し、所定圧力を超えた場合に電磁弁が開き、他方の流路へ流体が抜けるように、電磁弁が構成されていてもよい。
【０１１０】
（変形例７）
上記変形例６では、第１開閉弁５より上流側の流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に、第１開閉弁５が開くよう構成されていた。この流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開いた後、第１開閉弁５は、第１開閉弁５が設けられている流路のうちの第１開閉弁５より上流側の流路内の圧力が、第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に閉じるよう構成されてもよい。
【０１１１】
たとえば、図１に示すように、第１開閉弁５が、オフ燃料ガス流路１１に設けられている。この場合、第１開閉弁５の閉止によって、第１開閉弁５より上流側のオフ燃料ガス流路１１の圧力が第１所定圧力に達すると、第１開閉弁５が自動的に開く。これにより、上流側のオフ燃料ガス流路１１の圧力が降下し、第２所定圧力に達すると、第１開閉弁５が閉じる。これにより、リサイクルガス流路４が依然閉塞していても、各流路４、９〜１１の圧力を上昇させることにより、閉塞をより確実に解消することができる。
【０１１２】
（変形例８）
変形例６および７に係る燃料電池システム１００では、第１開閉弁５より上流側の流路内の圧力が所定圧力に達すると、第１開閉弁５が自動的に開閉するように構成されていた。これに対して、変形例８に係る燃料電池システム１００では、第１開閉弁５の開閉を制御装置７が制御する。このため、制御装置７は、圧力検知器１７による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、第１開閉弁５を開弁するように構成されている。なお、この変形例８においても、変形例６および７と同様に、第１開閉弁５が圧力逃し弁として機能する。
【０１１３】
図６は、変形例８に係る燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００は、圧力検知器１７をさらに備える。圧力検知器１７は、第１開閉弁５が設けられている流路の第１開閉弁５より上流側の圧力を検知するセンサである。たとえば、図６に示すように圧力検知器１７は、第１開閉弁５と燃料電池８との間の上流側のオフ燃料ガス流路１１に設けられる。圧力検知器１７は、検知した圧力に関する信号を制御装置７へ出力する。
【０１１４】
図７は、変形例８に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図７におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。
【０１１５】
制御装置７は、図７の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。その後、制御装置７は、第１開閉弁５より上流側の圧力を測定する。この測定圧力が第１所定圧力に達するまで（ステップＳ４２：ＮＯ）、第１開閉弁５を閉じた状態に維持する。一方、測定圧力が第１所定圧力に達すると（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。これにより、高圧力による各機器および配管の損傷およびリサイクルガスの逆流を防止することができる。
【０１１６】
（変形例９）
上記変形例８では、圧力検知器１７による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、制御装置７が第１開閉弁５を開弁するように構成されていた。変形例９では、検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に第１開閉弁５を開弁した後、圧力検知器１７が検知する圧力が第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に、制御装置７は、第１開閉弁５を閉弁するように構成されている。
【０１１７】
図８は、変形例９に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図８におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。図８におけるステップＳ４２およびＳ５０の処理は、図７におけるステップＳ４２およびＳ５０の処理とそれぞれ同様である。
【０１１８】
制御装置７は、図８の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４２およびＳ５０の各処理を実行する。その後、制御装置７は、圧力検知器１７を用いて第１開閉弁５より上流側の圧力を測定する。この測定圧力が第２所定圧力に達するまで（ステップＳ６１：ＮＯ）、第１開閉弁５を開いた状態に維持する。一方、測定圧力が第２所定圧力に達すると（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、第１開閉弁５を再び閉弁する（ステップＳ７０）。これにより、各流路４、９〜１１の圧力を上昇させることにより、閉塞をより確実に解消することができる。
【０１１９】
なお、ステップＳ７０で第１開閉弁５を閉弁した結果、圧力が上昇して第１所定圧力に達すれば、再び第１開閉弁５を開弁してもよい。すなわち、ステップＳ７０の後、ステップＳ４２からの処理を再実行してもよい。更に、ステップＳ４２〜Ｓ７０の処理を、所定時間を経過するまで繰り返すこととしてもよい。
【０１２０】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の各構成要素に加え、電力調整部１６をさらに備えている。図９は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態２に係る圧力逃し弁１５または圧力検知器１７をさらに備えることができる。
【０１２１】
図９に示すように、電力調整部１６は、燃料電池８から外部負荷等へ出力される電力を調整する機器である。この出力電力の調整は、燃料電池８からの出力される電流の周波数および電圧の大きさを変えるインバータ（図示せず）を制御することにより行われる。
【０１２２】
図１０は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１０におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。
【０１２３】
制御装置７は、図１０の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。ただし、この運転方法では、ステップＳ１０の処理とステップＳ２０の処理との間に、電力を低減させる処理（ステップＳ１１）を実行する。すなわち、ステップＳ１１の処理において、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に第１開閉弁５を閉弁する場合、出力電力が低減するよう電力調整部１６を制御する。
【０１２４】
このように、第１開閉弁５を閉じることにより、燃料ガスが燃料電池８へ供給されなくなる。このため、燃料電池８の発電に用いられる燃料ガスは、各ガス流路４、９〜１１に滞留する燃料ガスで賄われる。しかし、その量が限られるため、燃料電池８における水素不足が懸念される。これに対し、燃料電池８の出力電力を低下させるため、燃料電池８の発電で消費される水素の量が減少する。よって、水素不足による燃料電池８におけるアノードの酸化を抑制することができる。
【０１２５】
さらに、第１開閉弁５がオフ燃料ガス流路１１に設けられている。すなわち、第１開閉弁５は、燃料電池８よりも燃料ガスの通流方向の下流側に設けられている。これにより、各ガス流路４、９〜１１に滞留する燃料ガスを、燃料電池８は発電に利用することができる。このため、燃料電池８における水素不足を抑制することができる。
【０１２６】
（変形例１０）
上記実施の形態において、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に第１開閉弁５を閉弁する場合、電力調整部１６の出力電力を低減させた。これに代えて、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に第１開閉弁５を閉弁する場合、出力電力を増加させるよう電力調整部１６を制御してもよい。
【０１２７】
図１１は、変形例１０に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１１におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。
【０１２８】
制御装置７は、図１１の運転方法におけるステップＳ１０、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。ただし、この運転方法では、ステップＳ１０の処理とステップＳ２０の処理との間に、電力を増加させる処理（ステップＳ１２）を実行する。すなわち、ステップＳ１２の処理において、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に第１開閉弁５を閉弁する場合、出力電力が増加するよう電力調整部１６を制御する。
【０１２９】
このように、第１開閉弁５を閉止して原料ガス供給器３を動作させている。この状態では、各ガス流路４、９、１０、および、第１開閉弁５の上流側のオフ燃料ガス流路１１の圧力が上昇する。これにより、各機器および流路における耐圧性が懸念される。これに対して、本実施の形態では燃料電池８の出力電力を増加させている。これにより、燃料電池８の発電で消費される水素の量が増える。よって、各ガス流路４、９〜１１における過剰な圧力上昇を抑制し、燃料電池システム１００の長寿命化を図ることができる。
【０１３０】
さらに、第１開閉弁５がオフ燃料ガス流路１１に設けられている。これにより、各ガス流路４、９〜１１に滞留する燃料ガスが、燃料電池８の発電に利用されて消費される。このため、各ガス流路４、９〜１１における過剰な圧力上昇を防止抑制することができる。
【０１３１】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の各構成要素に加え、閉塞検知器６をさらに備えている。制御装置７は、閉塞検知器６が閉塞を検知した場合に第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させる。
【０１３２】
図１２は、実施の形態４に係る燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態２に係る圧力逃し弁１５または圧力検知器１７、および、実施の形態３に係る電力調整部１６の少なくともいずれか一方をさらに備えることができる。
【０１３３】
図１２に示すように、閉塞検知器６は、リサイクルガス流路４の閉塞を検知するセンサである。たとえば、閉塞検知器６は、圧力検知器６ａおよび第２開閉弁６ｂで構成されている。これらはリサイクルガス流路４に設けられ、圧力検知器６ａが第２開閉弁６ｂの上流側に設置される。閉塞検知器６は、第２開閉弁６ｂを閉弁した状態において、圧力検知器６ａにより測定された圧力に基づいて閉塞を検知する。
【０１３４】
第２開閉弁６ｂは、リサイクルガス流路４を閉止および開放できれば、その構成は限定されない。たとえば、第２開閉弁６ｂは、電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するものでもよい。
【０１３５】
図１３は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１３におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。また、図１３のステップＳ１３における閉塞検知器６の閉塞検知は、図２のステップＳ１０における所定条件の一例に相当する。
【０１３６】
制御装置７は、図１３の運転方法におけるステップＳ１３、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。このうち、ステップＳ１３において、閉塞検知器６が閉塞を検知しているか否かを制御装置７は判定する。
【０１３７】
具体的には、閉塞検知器６は、第２開閉弁６ｂを閉弁すると共に、この閉弁前後の圧力を圧力検知器６ａにより測定する。ここで、リサイクルガス流路４にリサイクルガスが通流している状態では、閉弁後の測定圧力は閉弁前より上昇する。一方、固定オリフィス１２など第２開閉弁６ｂよりも上流側のリサイクルガス流路４が閉塞している場合、閉弁後の測定圧力は閉弁前より上昇しない（閉弁前後で変化しない）。さらに、第２開閉弁６ｂよりも下流側のリサイクルガス流路４が閉塞している場合も、閉弁後の測定圧力は閉弁前より上昇しない（閉弁前後で変化しない）。
【０１３８】
このように、第２開閉弁６ｂの閉弁後の測定圧力が閉弁前から変化すれば、閉塞検知器６が閉塞を検知していないと制御装置７が判定する（ステップＳ１３：ＮＯ）。一方、第２開閉弁６ｂの閉弁後の測定圧力が閉弁前から変化しなければ、閉塞検知器６が閉塞を検知していると制御装置７が判定する（ステップＳ１３：ＹＥＳ）。
【０１３９】
上記構成によれば、閉塞検知器６が閉塞を検知した場合に第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させている。このため、閉塞を検知した適切なタイミングで閉塞解消動作が行われる。この結果、リサイクルガス流路４の閉塞による弊害をより確実に低減することができる。
【０１４０】
なお、上記実施の形態では、閉塞検知器６は、測定圧力の変化により閉塞を判定し、この判定結果を制御装置７に出力した。これに代えて、閉塞の判定を制御装置７が行ってもよい。この場合、閉塞検知器６ａが測定圧力を制御装置７に出力し、制御装置７が測定圧力に基づいて閉塞か否かを判定する。
【０１４１】
また、上記実施の形態では、閉塞検知器６は、測定圧力が変化していない場合に、閉塞を検知した。これに対して、閉塞検知器６は、測定圧力が所定範囲を超えない場合に、閉塞を検知してもよい。
【０１４２】
さらに、上記実施の形態では、圧力検知器６ａおよび第２開閉弁６ｂで構成された閉塞検知器６を用いた。ただし、閉塞検知器６の構成はこれに限定されない。たとえば、閉塞検知器６を温度検知器または流量検知器を用いて構成することができる。
【０１４３】
温度検知器で構成される閉塞検知器６は、閉塞前後のリサイクルガス流路４内のリサイクルガスの温度に基づき閉塞を検知する。具体的には、閉塞検知器６は、定期的または任意のタイミングでリサイクルガス流路４内のガスの温度を測定する。この測定温度が所定範囲を超えた場合に、閉塞検知器６は閉塞と検知する。例えば、リサイクルガス流路４が閉塞すると、水素生成器２からの高温の燃料ガスが供給されず、リサイクルガス流路４内の温度は低下する。従って、測定温度が所定範囲を超えて低下した場合に閉塞と検知できる。
【０１４４】
流量検知器で構成される閉塞検知器６は、閉塞前後のリサイクルガス流路４を流れるリサイクルガスの流量に基づき閉塞を検知する。具体的には、閉塞検知器６は、定期的または任意のタイミングでリサイクルガス流路４内のガスの流量を測定する。この測定流量が減少した場合、または、所定範囲を超えた場合に、閉塞検知器６は閉塞と検知する。
【０１４５】
なお、リサイクルガス流路４のリサイクルガスの流量を直接に閉塞検知器６が測定しなくてもよい。例えば、閉塞検知器６は、原料供給器３から送出される原料ガスの流量と、水添脱硫器１に供給されるガスの流量との差分から、リサイクルガスの流量を求めることとしてもよい。この原料供給器３から送出される原料ガスの流量は、制御装置７により制御された流量である。また、水添脱硫器１に供給されるガスの流量は、水添脱硫器１に供給される原料ガスと、リサイクルガス流路４から原料ガス流路９へ流入したリサイクルガスとの混合ガスの流量である。
【０１４６】
（変形例１１）
上記実施の形態において、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に閉塞検知器６が閉塞を検知した場合には、燃料電池システム１００の停止動作を開始させてから、第１開閉弁５を閉弁して原料供給器３を動作させてもよい。
【０１４７】
図１４は、変形例１１に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１１におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。図１１におけるステップＳ１３の処理は、図１３におけるステップＳ１３の処理とそれぞれ同様である。
【０１４８】
制御装置７は、図１４の運転方法におけるステップＳ１３、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。ただし、この運転方法では、ステップＳ１３の処理とステップＳ２０の処理との間に、燃料電池システム１００の停止動作を開始する処理（ステップＳ１４）を実行する。すなわち、ステップＳ１４の処理において、制御装置７は、燃料電池システム１００の発電運転中に閉塞が検知された場合、燃料電池システム１００の停止動作を開始させてから閉塞解消動作を実行する。
【０１４９】
このように、閉塞が検知されると、燃料電池システム１００の停止動作を始めてから、閉塞解消動作を実行している。よって、燃料電池８の発電に対する水素不足により時間が制限されることなく、閉塞解消動作が行え、閉塞をより確実に解消することができる。
【０１５０】
また、第１開閉弁５を閉止前に燃料電池システム１００の停止動作を開始している。これにより、第１開閉弁５の閉弁により燃料ガスが供給されない状態で、燃料電池８が発電して水素不足が生じることが抑制される。よって、水素不足による燃料電池８の弊害を防ぐことができる。
【０１５１】
さらに、燃料電池システム１００の停止動作中にリサイクルガス流路４の閉塞を解消している。これにより、次回、燃料電池システム１００の起動時にリサイクルガス流路４におけるリサイクルガスの通流を確保することができる。
【０１５２】
（変形例１２）
上記実施の形態において、制御装置７は、閉塞検知器６が閉塞を検知した場合に第１開閉弁５を閉弁した後、閉塞検知器６が閉塞を検知しなくなった場合に、第１開閉弁５を開弁してもよい。
【０１５３】
図１５は、変形例１２に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１５におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。また、図１５におけるステップＳ１３の処理は、図１３におけるステップＳ１３の処理とそれぞれ同様である。
【０１５４】
制御装置７は、図１５の運転方法におけるステップＳ１３、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。その後、制御装置７は、閉塞検知器６が閉塞を検知しなくなるまで（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、閉塞検知器６が閉塞を検知しているか否かを判定する（ステップＳ４３）。一方、閉塞検知器６が閉塞を検知しなくなれば（ステップＳ４３：ＮＯ）、制御装置７は第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。
【０１５５】
上記構成によれば、閉塞が検知されなくなると、第１開閉弁５が開かれる。これにより、閉塞が解消すれば速やかに第１開閉弁５が開弁して通常状態に戻している。この結果、燃料ガスがオフ燃料ガス流路１１に流れ、各ガス流路４、９〜１１における過剰な圧力上昇を防止することができる。また、燃料ガスが燃料電池８に供給され、燃料電池８における水素不足を回避することができる。
【０１５６】
なお、ステップＳ１３およびＳ４３において、閉塞検知器６による閉塞の検知が判定された。これに代えて、閉塞検知器６による測定圧力が所定範囲か否かを判定してもよい。この場合、ステップＳ１３およびＳ４３の各処理において、閉塞検知器６による測定圧力が所定範囲を超えるか否かが判定される。測定圧力が所定範囲を超えると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、閉塞したとみなして、第１開閉弁５を閉弁する（ステップＳ２０）また、測定圧力が所定範囲に戻ると（ステップＳ４３：ＮＯ）、閉塞していないとみなして、第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。
【０１５７】
（変形例１３）
上記実施の形態において、制御装置７は、閉塞検知器６が閉塞を検知した場合に、第１開閉弁５の閉弁と、閉弁から第３所定時間後における第１開閉弁５の開弁とを、閉塞検知器６が閉塞を検知しなくなるまで繰り返してもよい。なお、第１開閉弁５が閉止した状態であっても、燃料電池８における燃料ガス不足に陥らないように、第３所定時間は設定される。
【０１５８】
図１６は、変形例１３に係る燃料電池システム１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。図１６におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理は、図２におけるステップＳ２０およびＳ３０の処理とそれぞれ同様である。また、図１６におけるステップＳ１３の処理は、図１３におけるステップＳ１３の処理とそれぞれ同様である。
【０１５９】
制御装置７は、図１６の運転方法におけるステップＳ１３、Ｓ２０およびＳ３０の各処理を実行する。また、制御装置７は、第１開閉弁５の閉弁からの時間を計測する。この計測時間が第３所定時間に達するまで（ステップＳ４４：ＮＯ）、第１開閉弁５を閉じた状態に維持する。
【０１６０】
一方、計測時間が第３所定時間に達すれば（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、制御装置７は第１開閉弁５を開弁する（ステップＳ５０）。そして、制御装置７は、閉塞しているか否かを再び判定する（ステップＳ６２）。この閉塞が解消していない間は（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、制御装置７はステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０〜Ｓ６２の処理を繰り返す。一方、閉塞が解消すると（ステップＳ６２：ＮＯ）、閉塞解消動作を終了する。
【０１６１】
上記構成によれば、第１開閉弁５の閉弁および開弁の閉塞対策動作が繰り返される。これにより、より確実な閉塞防止、および、第３所定時間の短縮化が図られる。
【０１６２】
なお、上記全実施の形態は、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。
【０１６３】
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】
【０１６４】
本発明の燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法は、リサイクルガス流路の閉塞による弊害を低減することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１６５】
１      水添脱硫器
２      水素生成器
３      原料供給器
４      リサイクルガス流路
５      第１開閉弁
６      閉塞検知器
７      制御装置
８      燃料電池
９      原料ガス流路
１０    燃料ガス流路
１１    オフ燃料ガス流路
１６    電力調整部
１７    圧力検知器
１００  燃料電池システム
【図１】
2014097622.tif 000003
【図２】
2014097622.tif 000004
【図３】
2014097622.tif 000005
【図４】
2014097622.tif 000006
【図５】
2014097622.tif 000007
【図６】
2014097622.tif 000008
【図７】
2014097622.tif 000009
【図８】
2014097622.tif 000010
【図９】
2014097622.tif 000011
【図１０】
2014097622.tif 000012
【図１１】
2014097622.tif 000013
【図１２】
2014097622.tif 000014
【図１３】
2014097622.tif 000015
【図１４】
2014097622.tif 000016
【図１５】
2014097622.tif 000017
【図１６】
2014097622.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月14日(2014.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと、水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記水素生成器から排出された燃料ガスと、酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、
前記リサイクルガス流路の閉塞を検知する閉塞検知器と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記原料ガスを前記水素生成器に供給するための原料ガス流路と、
前記原料ガス流路、前記燃料ガス流路および前記オフ燃料ガス流路のうち前記第１開閉弁より上流側の流路部分、並びに、前記リサイクルガス流路のいずれかの流路に設けられ、当該流路内の圧力が第１所定圧力を超えた場合に開く圧力逃し弁と、をさらに備えている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１開閉弁は、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、第１所定圧力を超えた場合に開くよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１開閉弁は、前記流路内の圧力が前記第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開いた後、当該第１開閉弁が設けられている流路のうちの当該第１開閉弁より上流側の流路内の圧力が、前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に閉じ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】
前記第１開閉弁が設けられている流路の当該第１開閉弁より上流側の圧力を検知する圧力検知器を備え、
前記制御装置は、前記圧力検知器による検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記検知圧力が第１所定圧力を超えた場合に前記第１開閉弁が開弁した後、前記検知圧力が前記第１所定圧力以下である第２所定圧力を下回った場合に、前記第１開閉弁を閉弁するように構成されている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの停止動作中に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置は、所定の時間毎に、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整装置をさらに備え、
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整装置の出力電力を低減させるように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池からの出力電力を調整する電力調整装置をさらに備え、
前記第１開閉弁は前記オフ燃料ガス流路に設けられており、
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記第１開閉弁を閉弁する場合、前記電力調整装置の出力電力を増加させるように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記第１開閉弁を閉弁してから第１所定時間後に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第２所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを所定回数繰り返すように構成されている、請求項１〜１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの発電運転中に前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合には、前記燃料電池システムの停止動作を開始させてから、前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させるよう構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁した後、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなった場合に、前記第１開閉弁を開弁するように構成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に、前記第１開閉弁の閉弁と、閉弁から第３所定時間後における前記第１開閉弁の開弁とを、前記閉塞検知器が閉塞を検知しなくなるまで繰り返すように構成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成器から排出された燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路から分岐部で分岐し、前記水素生成器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給器に流入する前の原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、前記燃料電池で使用されなかった水素を含むオフ燃料ガスを前記燃料電池から排出するためのオフ燃料ガス流路と、前記分岐部より下流の前記燃料ガス流路、および、前記オフ燃料ガス流路のうちの少なくとも一方の流路に設けられている第１開閉弁と、前記リサイクルガス流路の閉塞を検知する閉塞検知器とを備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記閉塞検知器が閉塞を検知した場合に前記第１開閉弁を閉弁して前記原料供給器を動作させる、燃料電池システムの運転方法。
【国際調査報告】
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