(57)【要約】【課題】原燃料の燃料供給源以外の他の供給源を低減または廃止させ、設備の複雑化、大型化を抑えるのに有利な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、原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質装置２と、改質装置２で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池１と、改質装置２と燃料電池１とを連通させる流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備する。診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置２または流体通路に供給し、改質装置２および流体通路のうち少なくとも改質部３４の下流の領域における漏れの診断を行う。【選択図】図１
2008108446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、
前記改質装置の前記改質部で改質された前記改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、
前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、
前記原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、
前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、前記改質装置および／または前記流体通路に供給し、前記改質装置および前記流体通路のうち少なくとも前記改質部の下流の領域における前記原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記改質部の下流または上流の領域において圧力検知手段が設けられており、前記診断手段は、前記圧力検知手段による圧力低下に基づいて前記原燃料の漏れの診断を行う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、前記改質装置および前記流体通路の外方に原燃料検知手段が設けられており、前記診断手段は、前記原燃料検知手段による原燃料に含まれる物質の検知に基づいて前記原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、
前記改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、
前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、
原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、
前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、前記燃料電池に供給し、前記燃料電池における前記原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記原燃料を脱硫する脱硫器が前記燃料電池システムに設けられており、前記脱硫器を通過した前記原燃料を漏れ診断に用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記流体通路は、前記改質流体に含まれている一酸化炭素を低減させるＣＯ低減部を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項において、前記流体通路は、前記改質装置と前記燃料電池との間に設けられ前記原燃料を前記燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から延設されたオフガス通路と、前記アノードガス通路から前記燃料電池の前記アノード極の入口に向かう前記原燃料を遮断可能な第１遮断弁と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第２遮断弁とを備えており、
前記診断手段は、（ｉ）前記原燃料が前記燃料電池に供給されないように前記第１遮断弁を閉鎖した状態で、前記改質装置の改質部の下流の領域における漏れの第１診断を行い、且つ、（ｉｉ）前記第２遮断弁を閉鎖すると共に前記第１遮断弁を開放することにより、前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極に供給し、前記燃料電池の前記アノード極の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜６のうちの一項において、前記流体通路は、前記改質装置と前記燃料電池との間に設けられ前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極の入口に供給するアノードガス通路と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から延設されたオフガス通路と、前記燃料電池を迂回して前記アノードガス通路と前記オフガス通路とを繋ぐバイパス通路と、前記アノードガス通路から前記燃料電池の前記アノード極の入口に向かう前記原燃料を遮断可能な第１遮断弁と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第２遮断弁と、前記燃料電池を迂回して前記アノードガス通路から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第３遮断弁とを備えており、
前記診断手段は、（ｉ）前記原燃料が前記燃料電池に供給されないように前記第１遮断弁および前記第３遮断弁を閉鎖した状態で、前記改質装置および前記流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第１診断を行い、且つ、（ｉｉ）前記第２遮断弁および前記第３遮断弁を閉鎖すると共に前記第１遮断弁を開放することにより、前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極に供給し、前記燃料電池の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のうちの一項において、燃焼により前記改質部を加熱させる燃焼部が設けられており、前記燃焼部は、前記改質装置の前記改質部の下流の領域および前記燃料電池の前記アノード極の出口に連通可能とされており、
前記診断手段は、診断時において、前記改質装置の下流の領域または前記燃料電池の前記アノード極の出口から排出された前記原燃料を前記燃焼部に供給することにより前記燃焼部で燃焼させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちの一項において、前記漏れ診断後に前記燃料電池システムの前記改質装置を初めて起動させるとき、前記診断手段は、前記改質装置の通常の起動時よりも、前記改質装置に関するＳ／Ｃの値を高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
ここで、Ｓ／Ｃの値は、（前記改質装置に供給される改質水に含まれるＨ２Ｏのモル数）／（前記改質装置に供給される原燃料に含まれる炭素成分のモル数）を意味する。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちの一項において、前記改質装置の前回の運転終了から所定時間経過しているとき、あるいは、前記改質部の温度が所定温度未満のときには、前記診断手段は、前記漏れ診断を実行し、且つ、
前記改質装置の前回の運転終了から所定時間経過していないとき、あるいは、前記改質部の温度が所定温度以上のときには、前記診断手段は、前記漏れ診断を実行しないことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちの一項において、前記診断手段は、漏れを検知しなければ、前記原燃料をパージ用流体または封入用流体として前記改質装置および／または前記燃料電池に封入させておく封入操作を行う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】
本発明は原燃料を改質する改質装置を搭載する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムを良好に運転させるためには、配管通路のガス漏れを検知することが好ましい。そこで、検知ガスとしてヘリウムガスを用い、ヘリウムガスを燃料ガス通路または酸化剤通路に供給して封入することにより、ガス漏れを検知する方法が開示されている（特許文献１）。更に、検知ガスとして安価な窒素ガスを用いて漏れ診断を行う燃料電池の評価装置が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−３３４７１３号公報
【特許文献２】特開平５−２０５７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した技術によれば、発電運転で使用される原燃料の燃料供給源の他に、ヘリウムを貯蔵するタンク、窒素ガスを貯蔵するタンクといった供給源が燃料電池システムにおいて必要とされる。この場合、設備の複雑化、大型化の要因となる。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、原燃料の燃料供給源以外の他の供給源を低減または廃止させ、設備の複雑化、大型化を抑えるのに有利な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】
【０００５】
（１）様相１に係る燃料電池システムは、原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質装置と、改質装置の改質部で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、改質装置の改質部と燃料電池とを連通させ改質流体を燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および／または流体通路に供給し、改質装置および流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とするものである。
【０００６】
診断手段は、流体である原燃料（改質前の原燃料）の漏れを診断する。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および／または流体通路に供給することにより、流体である原燃料の漏れの有無を検知する。この結果、診断手段は、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行う。改質部の下流の領域は燃料電池を含む。
【０００７】
（２）様相２に係る燃料電池システムは、原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質装置と、改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、改質装置の改質部と燃料電池とを連通させ改質流体を燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池に供給し、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
診断手段は、流体である原燃料（改質前の原燃料）の漏れを診断する。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池に供給することにより、燃料電池における原燃料の漏れの有無を検知する。
【発明の効果】
【０００９】
様相１に係る燃料電池システムによれば、診断手段は、流体である原燃料を改質させることなく、改質装置または流体通路に供給し、改質装置および流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの診断を行う。様相１によれば、流体である原燃料を改質させることなく診断するため、漏れ診断用の窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを封入する漏れ診断専用のタンクを搭載せずとも良い。このため燃料電池システムの構造の複雑化および大型化が抑制される。
【００１０】
様相２に係る燃料電池システムによれば、診断手段は、流体である原燃料を改質させることなく、燃料電池に供給する。診断手段は燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う。様相２によれば、原燃料を改質させることなく診断するため、漏れ診断用の窒素ガス、ヘリウムガス等といった不活性ガスを封入する漏れ診断専用のタンクを搭載せずとも良い。このため燃料電池システムにおける構造の複雑化および大型化が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、改質装置と燃料電池と流体通路と診断手段とを備えている。改質装置は、通常の発電運転において、原燃料を改質させることにより、活物質（発電反応に寄与する物質）を含む改質流体を生成する。原燃料は改質流体（一般的には改質ガス）となる原料を意味する。上記した原燃料としては、炭化水素系燃料（メタン、プロパン、ブタン等）またはアルコール系燃料（エタノール、メタノール等）が例示され、気体状でも、液体状でも良い。
【００１２】
燃料電池は、改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う。改質流体は水素含有ガス、水素ガスが例示される。酸化剤流体は酸素ガス、酸素含有ガス、空気が例示される。燃料電池は、シート型のセルを厚み方向に積層したタイプでも、チューブ型の複数のセルを搭載するタイプでも良い。流体通路は改質装置と燃料電池のアノード極とを連通させる。
【００１３】
様相１に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および／または流体通路に供給し、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行う。この場合、原燃料を改質装置および／または流体通路に大気圧以上の加圧状態で供給することが好ましい。
【００１４】
改質装置の下流または上流の領域において圧力検知手段が設けられており、圧力検知手段が圧力低下を検知することに基づいて、診断手段は、原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、圧力検知手段による圧力低下の検知に基づいて、原燃料の漏れの診断が行われる。また改質装置および流体通路の外方に原燃料検知手段が設けられている形態が例示される。原燃料検知手段は、原燃料に含まれる物質を検知するものである。この場合、原燃料検知手段が原燃料に含まれる物質を検知することに基づいて、診断手段は、原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、原燃料に含まれる物質の検知に基づいて、原燃料の漏れの診断が行われる。
【００１５】
様相２に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極における漏れの診断を行う。様相２に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極における原燃料の漏れの診断を行う。この場合、原燃料を燃料電池のアノード極に大気圧以上の加圧状態で供給することが好ましい。燃料電池のアノード極に連通する領域において圧力検知手段が設けられており、圧力検知手段が原燃料の圧力低下を検知することに基づいて、診断手段は、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。また燃料電池の外方に原燃料検知手段が設けられており、原燃料検知手段が原燃料に含まれる物質を検知することに基づいて、診断手段は、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。
【００１６】
硫黄成分を含む原燃料は、改質装置や燃料電池において被毒物質となるおそれがある。そこで、原燃料を脱硫する脱硫器が燃料電池システムに設けられており、脱硫器を通過した原燃料を漏れ診断に用いる形態が例示される。従って原燃料に含まれる有害成分を予め浄化させる前処理浄化部が燃料電池システムに設けられており、前処理浄化部を通過して浄化された原燃料を漏れ診断に用いる形態が例示される。
【００１７】
流体通路は、改質流体に含まれている一酸化炭素を低減させるＣＯ低減部を備えている形態が例示される。ＣＯ低減部としては、シフト反応により一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、一酸化炭素を酸化させて低減させるＣＯ選択酸化部との一方または双方が例示される。
【００１８】
診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池に供給し、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、燃料電池での漏れの診断において供給される原燃料の供給圧をＰｃとし、改質装置での漏れの診断において供給される原燃料の供給圧をＰｒとするとき、診断手段は、必要に応じて、Ｐｃ＝Ｐｒ、Ｐｃ≒Ｐｒとしても良いし、Ｐｃ＞Ｐｒ、Ｐｃ＜Ｐｒとしても良い。
【００１９】
本発明によれば、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ原燃料を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第１遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第２遮断弁とを備えている形態が例示される。この場合、診断手段は、（ｉ）原燃料が燃料電池に供給されないように第１遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置の下流の領域における漏れの第１診断を行い、且つ、（ｉｉ）第２遮断弁を閉鎖すると共に第１遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極の漏れの診断を行う形態が例示される。
【００２０】
また本発明によれば、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ改質流体を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、アノードガス通路とオフガス通路とを繋ぐバイパス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第１遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第２遮断弁と、アノードガス通路からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第３遮断弁とを備えている形態が例示される。この場合、診断手段は、（ｉ）原燃料が燃料電池に供給されないように第１遮断弁および第３遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第１診断を行い、且つ、（ｉｉ）第２遮断弁および第３遮断弁を閉鎖すると共に第１遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池の漏れの診断を行う形態が例示される。
【００２１】
また本発明によれば、燃焼により改質部を加熱させる燃焼部が設けられており、燃焼部は、改質装置のうち改質部の下流の領域、および、燃料電池のアノード極の出口に連通している形態が例示される。この場合、診断手段は、診断時において、改質装置の改質部の下流の領域、または、燃料電池のアノード極の出口から排出された原燃料を燃焼部に供給することにより燃焼部で燃焼させる形態が例示される。燃焼部が着火されているとき、漏れ診断に用いられた原燃料を燃焼部で燃焼させることができる。この場合、原燃料は窒素ガス等の不活性ガスとは異なり、燃焼成分を有するため、燃焼部に供給されたとしても、燃焼部の吹き消え（消火）は抑えられる。なお、燃焼部が着火されていないとき、診断手段は、空気を燃焼部に供給することにより原燃料を燃焼せずに空気で希釈化させると共に燃焼部から外方に放出させる形態が例示される。
【００２２】
上記した漏れ診断が実行される時期としては、燃料電池システムの出荷前、燃料電池システムの起動直前、出荷後の配管や部品の組み替え時、出荷後の配管や部品の交換時、燃料電池システムのメンテナンス時が例示される。漏れ診断が実行される時期としては、発電運転していないときが好ましい。
【００２３】
ところで前回の改質装置の運転終了から時間があまり経過していないとき、改質部がまだ高温であるおそれがある。漏れ診断のために高温の改質部に原燃料が供給されると、改質部の触媒においてコーキングが発生するおそれがある。この場合、触媒の粉化、圧力損失の増加が誘発されるおそれがある。この点本発明によれば、漏れ診断後に燃料電池システムの改質装置を初めて起動させるとき、診断手段は、改質装置の通常の起動時のときよりも、改質装置に関するＳ／Ｃの値を高く設定する形態が例示される。この場合、Ｈ２Ｏがリッチとなるため、コーキングの低減に有利となる。ここで、Ｓ／Ｃの値は、（改質装置に供給される改質水に含まれるＨ２Ｏのモル数）／（改質装置に供給される原燃料に含まれる炭素成分のモル数）を意味する。
【００２４】
また、改質装置の前回の運転終了から所定時間経過していないとき、あるいは、改質部の温度が所定温度（例えば４００℃）を越えるような高温のときには、漏れ診断のために、原燃料が改質部に供給されると、改質部においてコーキングが発生するおそれがある。この点について本発明によれば、改質装置の前回の運転終了から所定時間経過しているとき、あるいは、改質部の温度が所定温度未満のときには、診断手段は、原燃料の漏れ診断を実行し、且つ、改質装置の前回の運転終了から所定時間（例えば４時間）経過していないとき、あるいは、改質部の温度が所定温度以上のときには、診断手段は、原燃料の漏れ診断を実行しない形態が例示される。この場合、改質部におけるコーキングが抑制される。
【００２５】
診断手段は、改質装置および流体通路のパージ処理（封入処理）を兼用するように、原燃料を改質させることなく、改質装置および／または流体通路にパージ用流体（封入用流体）として供給し、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行うことにしても良い。流体漏れがなければ、原燃料はパージ用流体（封入用流体）としてそのまま改質装置および流体通路に封入される。または、第１遮断弁を開き、大気圧程度分の原燃料を改質装置および流体通路に残留させた状態にさせ、その後、第１遮断弁を閉じて原燃料流体を改質装置および流体通路に封入しても良い。
【００２６】
また診断手段は、燃料電池のパージ処理（封入処理）を兼用するように、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極および／またはカソード極にパージ用流体（封入用流体）として供給し、燃料電池のアノード極および／またはカソード極における原燃料の漏れの診断を行うことにしても良い。漏れがなければ、原燃料はパージ用流体（封入用流体）としてそのまま燃料電池のアノード極および流体通路に封入される。燃料電池のパージ処理は、燃料電池の内部に原燃料を供給し、燃料電池に残留しているガスを完全にまたはほぼ完全に追い出す処理である。燃料電池の封入処理は、燃料電池の内部に原燃料を供給した状態で封入する処理である。
【００２７】
または第３遮断弁を所定時間（例えば１〜２秒程度）開放しても良い。この場合、大気圧分以上の原燃料ガスが抜け、大気圧程度の原燃料流体が燃料電池のアノード極および流体通路に残留した状態で第３遮断弁を閉じ、原燃料流体をアノード極および流体通路に封入しても良い。即ち、診断手段は、漏れを検知しなければ、原燃料をパージ用流体（封入用流体）として改質装置および／または燃料電池に封入させておく封入操作を行う形態が例示される。
【実施例１】
【００２８】
（実施例の全体説明）
以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。図１に示すように、燃料電池１は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜１０（イオン伝導膜）をアノード極１１（燃料極）とカソード極１２（酸化剤極）とで厚み方向に挟持する膜電極接合体１３を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜１０の材質としては、炭化フッ素系樹脂（例えばパーフルオロスルホン酸樹脂）または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池１としては、シート状の膜電極接合体１３を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体１３を複数配置する方式でも良い。
【００２９】
図１に示すように、改質装置２は、燃焼バーナで形成された燃焼部３０と、燃焼部３０により加熱される改質部３４と、燃焼部３０に対面する筒状の燃焼通路３２と、燃焼通路３２に連通する燃焼通路３３と、燃焼通路３３に連通する筒状の燃焼通路３５と、原料水を蒸発させる筒状の蒸発部３６と、筒状のＣＯ酸化除去部３７（ＣＯ低減部）とを備えている。
【００３０】
図１および図２に示すように、改質部３４は燃焼通路３２と燃焼通路３３との間に配置されており、内通路３４ｉと外通路３４ｐと折返部３４ｍとをもつ。改質部３４の回りを包囲するように、筒状の燃焼通路３３が配置されている。燃焼通路３５は、燃焼通路３３から折り返した筒状通路である。筒状の燃焼通路３３，３５の間には、筒状の断熱部３１が配置されている。更に燃焼通路３５の回りを包囲するように、筒状の蒸発部３６が配置されている。燃焼通路３５は蒸発部３６の内周側に配置されている。蒸発部３６は、燃焼通路３５を通過する燃焼ガスにより加熱される。蒸発部３６の回りを包囲するように、ＣＯ酸化除去部３７（ＣＯ低減部）が配置されている。従って、蒸発部３６とＣＯ酸化除去部３７とは互いに熱交換される。
【００３１】
改質装置２の定常運転時には、蒸発部３６の温度よりもＣＯ酸化除去部３７の温度が高いため、ＣＯ酸化除去部３７は蒸発部３６に熱を与える。なお、起動運転時においてＣＯ酸化除去部３７の温度が約１００℃に達するまでと、停止操作時に蒸発部３６の蒸発部３６の水分が全て蒸気化した後には、蒸発部３６からＣＯ酸化除去部３７に熱が与えられる。ＣＯ酸化除去部３７の外周には、保温用の筒状の断熱層３９が配置されている。
【００３２】
改質部３４は、改質反応を促進させる改質触媒３４ｅを担持するセラミックス担体を有する。改質触媒３４ｅの活性温度域は一般的には５００〜８００℃であるが、これに限定されるものではない。改質部３４の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、改質部３４の改質反応が損なわれるおそれがある。改質部３４は下記の式（１）に基づいて、改質用燃料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を主要成分とする改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含む。
【００３３】
なお改質部３４では、下記の式（２）も発生しており、一酸化炭素が低減されている。更に、図１に示すように、改質装置２は、改質部３４の下方に配置された熱交換部４と、熱交換部４の下方に配置されたＣＯシフト部５と、ＣＯシフト部５と熱交換部４との間に配置された暖機部４７とを備えている。ここで、蒸発部３６の下流に熱交換部４が設けられ、熱交換部４の下流にＣＯシフト部５が設けられている。
【００３４】
ＣＯシフト部５は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているＣＯを低減させる。ＣＯシフト部５はシフト触媒５ｅ（例えば銅−亜鉛系触媒）を担持するセラミックス担体を有する。シフト触媒５ｅの活性温度域は一般的には２００〜３００℃であるが、これに限定されるものではない。ＣＯシフト部５の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、ＣＯシフト部５のシフト反応が損なわれ、一酸化炭素が充分に浄化されないおそれがある。ＣＯシフト部５で浄化された改質ガスに含まれているＣＯの濃度は、改質用燃料にもよるが、一般的にはモル比で０．２〜１％であるが、これに限られるものではない。ＣＯシフト部５は通路５ｉと通路５ｖと折返部５ｍとをもつ。ＣＯシフト部５の出口５ｐと酸化用空気通路７５とは、第２合流域Ｍ２を介して浄化通路４００により接続されている。
【００３５】
図１に示すように、ＣＯ酸化除去部３７は、ＣＯシフト部５の下流に配置されており、ＣＯシフト部５を通過した改質ガスに含まれているＣＯを二酸化炭素に下記の式（３）に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。ＣＯ酸化除去部３７は、選択酸化触媒３７ｅ（例えばルテニウム系）を担持するセラミックス担体を有する。選択酸化触媒３７ｅの活性温度域は一般的には１００〜２００℃である。但しこれに限られるものではない。ＣＯ酸化除去部３７の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、ＣＯ酸化除去部３７における酸化反応が損なわれるおそれがある。ＣＯ酸化除去部３７で浄化された改質ガスに含まれているＣＯの濃度はモル比で一般的には１０ｐｐｍ以下である。但しこれに限られるものではない。
式（１）…ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
式（２）…ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
【００３６】
本実施例によれば、ＣＯシフト部５はＣＯ酸化除去部３７の上流に配置されているため、式（２）→式（３）の順に実行される。
【００３７】
次に通路系について説明する。図１に示すように、燃料供給源６１に弁２５ａを介して繋がる燃料通路６２が設けられている。燃料供給源６１の原燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が例示される。例えば都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、バイオガスが例示される。燃料通路６２は、弁２５ａ，ポンプ２７ａを介して改質部３４の燃焼部３０に繋がる燃焼用燃料通路６２と、熱交換部４の入口４ｉにポンプ２７ｂ、脱硫器６２ｘおよび弁２５ｂを介して繋がる改質用燃料通路６２（改質用燃料供給部）とをもつ。脱硫器６２ｘは、原燃料に含まれている有害成分である硫黄成分を低減させて浄化させる前処理浄化部として機能する。空気供給源７１に繋がる空気通路７２（酸素供給部）が設けられている。空気通路７２は、ポンプ２７ｃを介して改質部３４の燃焼部３０に繋がる燃焼用空気通路７３と、ポンプ２７ｄおよび弁２５ｄを介してＣＯ酸化除去部３７の入口３７ｉに繋がる酸化用空気通路７５とをもつ。
【００３８】
図１に示すように、水タンク８１と蒸発部３６の入口３６ｉとを、ポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して繋ぐ改質水通路８２（改質水供給部）が設けられている。ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐと燃料電池１のアノード極１１の入口１１ｉとを弁２５ｅを介して繋ぐアノードガス通路１００が設けられている。ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐはＣＯ酸化除去部３７の高さ方向の上部側に形成されている。燃料電池１のアノード極１１の出口１１ｐと燃焼部３０とを弁２５ｆを介して繋ぐオフガス通路１１０が設けられている。オフガス通路１１０は発電反応後のアノードオフガスを燃焼部３０に排出させる。オフガス通路１１０とアノードガス通路１００とを弁２５ｈを介して繋ぐバイパス通路１５０が設けられている。図１に示すように、改質装置２の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサ１００ｘが設けられている。圧力センサ１００ｘは、バイパス通路１５０とアノードガス通路１００との分岐域に配置されているが、これに限定されるものではない。
【００３９】
図１に示すように、空気供給源７１と燃料電池１のカソード極１２の入口１２ｉにポンプ２７ｋおよび弁２５ｋを介して連通するカソードガス通路２００が設けられている。燃焼部３０で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路２５０が設けられている。蒸発部３６の出口３６ｐと改質用燃料通路６２とを第１合流域Ｍ１を介して繋ぐ水蒸気通路３００が設けられている。水蒸気通路３００の上端部３００ｅは出口３６ｐに繋がる。水蒸気通路３００の下端部３００ｆは合流域Ｍ１に繋がる。
【００４０】
図１に示すように、ＣＯシフト部５の出口５ｐとＣＯ酸化除去部３７の入口３７ｉとは、浄化通路４００で接続されている。ＣＯシフト部５の出口５ｐから吐出された改質ガス（水素および一酸化炭素を含有）は、浄化通路４００を上向きに矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２を経てＣＯ酸化除去部３７の入口３７ｉに供給される。なお、入口３７ｉは、ＣＯ酸化除去部３７の高さ方向の下部側に形成されている。
【００４１】
図４は、燃料電池システムの概念を表すブロック図を示す。図４に示すように、基本的には、熱交換部４の第１通路４ａ、改質部３４、熱交換部４の第２通路４ｃ、ＣＯシフト部５、ＣＯ酸化除去部３７、アノードガス通路１００、圧力センサ１００ｘ、バルブ２５ｅ、燃料電池１のアノード極１１，バルブ２５ｆ、オフガス通路１１０，燃焼部３０が直列に配置されている。従って、改質部３４と燃料電池１とを繋ぐ流体通路は、熱交換部４の第２通路４ｃ、ＣＯシフト部５、ＣＯ酸化除去部３７、アノードガス通路１００に相当する。
【００４２】
次に燃料電池システムを起動させるときについて説明する。この場合、ポンプ２７ｃにより燃焼用空気通路７３を介して燃焼用空気を燃焼部３０に供給する。また、弁２５ａおよびポンプ２７ａにより燃焼用燃料通路６２を介して燃焼用燃料（原燃料）を燃焼部３０に供給する。これによりイグナイタにより燃焼部３０が着火されて加熱され、ひいては改質部３４が改質反応に適するように加熱される。改質部３４および蒸発部３６も高温に加熱される。
【００４３】
その後、水タンク８１および改質水通路８２からポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して、改質水が高温の蒸発部３６の入口３６ｉに供給される。改質水は高温の蒸発部３６において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部３６の出口３６ｐから水蒸気通路３００を経て第１合流域Ｍ１に到達する。第１合流域Ｍ１は、水蒸気通路３００を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用燃料通路６２を流れる改質用燃料とが合流する領域である。これの、改質用燃料は弁２５ａ,ポンプ２７ｂ,弁２５ｂにより、改質用燃料通路６２および第１合流域Ｍ１を経て熱交換部４の入口４ｉに供給される。従って、第１合流域Ｍ１において、改質用燃料通路６２の改質用燃料である原燃料と、水蒸気通路３００の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部４の入口４ｉに供給される。混合流体は熱交換部４の低温側の第１通路４ａを通過する。このとき熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部３４の外通路３４ｐに流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉに流入し、矢印Ａ２方向に流れる。このとき水蒸気（または凝縮水）および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した（１）に示す改質反応により、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。
【００４４】
更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを通過することにより、低温側の第１通路４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部４７を経て、ＣＯシフト部５の入口５ｉからＣＯシフト部５の内部に流入する。ＣＯシフト部５においては、上記した式（２）に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減されて、改質ガスは浄化される。
【００４５】
更に、ＣＯシフト部５において一酸化炭素が低減された改質ガスは、ＣＯシフト部５の出口５ｐから浄化通路４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至る。更にこの改質ガスは、酸化用空気通路７５（酸素供給部）の酸化用空気（酸素成分，ＣＯ酸化除去部３７における選択反応に使用される選択酸化用空気）と第２合流域Ｍ２において合流する。第２合流域Ｍ２は、浄化通路４００を流れる改質ガスと、酸化用空気通路７５を流れる酸化用空気とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは、入口３７ｉからＣＯ酸化除去部３７に流入する。ＣＯ酸化除去部３７においては、上記した式（３）に示すように、酸素を利用した酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）が行われる。この結果、改質ガスに含まれている一酸化炭素が更に低減される。酸化反応は発熱を伴う。
【００４６】
このように浄化された改質ガスは、ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐからアノードガスとして、アノードガス通路１００,弁２５ｅを経て燃料電池１のアノード極１１の入口１１ｉに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ２７ｋ（空気搬送源）,弁２５ｋによりカソ−ドガス通路２００を経て燃料電池１のカソード極１２の入口１２ｉに供給される。これにより燃料電池１において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガスは、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスはオフガス通路１１０を経て改質部３４の燃焼部３０に供給されて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。
【００４７】
なお、改質装置２の起動開始時では、改質ガスの組成の安定性が必ずしも充分でないときがある。このため、改質装置２の起動開始時では、弁２５ｅ（第１遮断弁），弁２５ｆ（第２遮断弁）が閉鎖されている。この状態で、ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐから吐出される改質ガスは、開放している弁２５ｈ（第３遮断弁）を通過し、バイパス通路１５０およびオフガス通路１１０を介して燃焼部３０に送られて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。改質装置２の起動開始から時間が経過すると、改質ガスの組成が安定する。この場合、弁２５ｅ，弁２５ｆが開放され、弁２５ｈが閉鎖される。このため、ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐから吐出される改質ガスは、アノードガスとして、アノードガス通路１００,弁２５ｅを経て燃料電池１のアノード極１１の入口１１ｉに供給され、発電反応に使用される。
【００４８】
図１に示すように、ＣＯシフト部５のうち上流側（通路５ｉの入口側）の温度Ｔ１１を検知するＣＯシフト部温度検知器５５が設けられている。ＣＯシフト部５の温度Ｔ３１を検知する温度検知器３９が設けられている。ＣＯ酸化除去部３７のうち上流側の温度Ｔ１２を検知するＣＯ酸化除去部温度検知器３８が設けられている。更に、改質部３４の出口側の温度Ｔ１を検知する改質部温度検知器３１ｔが設けられている。水蒸気と改質用燃料とが合流する第１合流域Ｍ１の温度Ｔ２を検知する温度検知器６５が設けられている。
【００４９】
本実施例によれば、図３に示すように、制御部５００は、入力処理回路５００ａと、ＣＰＵ５００ｂと、書き込みおよび読み込み可能な不揮発メモリで形成されたメモリ５００ｃと、読み込み可能なメモリ５００ｄと、出力処理回路５００ｅとを備えている。燃料電池システムを起動させる起動スイッチ５０４が設けられている。燃料電池システムの発電運転を停止させる停止スイッチ５０５が設けられている。ＣＯ酸化除去部３７７の触媒３７ｅを再生処理を開始する再生スイッチ５０６が設けられている。原燃料を用いてガス漏れ診断を開始する診断スイッチ５０７が設けられている。
【００５０】
起動スイッチ５０４、停止スイッチ５０５、再生スイッチ５０６、診断スイッチ５０７、圧力センサ１００ｘ、改質部温度検知器３１ｔ、ＣＯ酸化除去部温度検知器３８、ＣＯシフト部温度検知器５５、温度検知器６５の信号は、制御部５００に入力される。更に、制御部５００は弁２５ａ、２５ｂ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｈ、２５ｋ、２５ｍ、ポンプ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｍ、２７ｋを制御する。ポンプ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｍ、２７ｋは搬送源として機能する。
【００５１】
本実施例によれば、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が低く、これの活性温度域よりも低い場合には、ＣＯシフト部５を昇温させることによりＣＯシフト部５を活性温度域に維持させるべく、制御部５００が働く。制御部５００は、ＣＯシフト部５の温度を調整してＣＯシフト部５の温度をこれの活性温度域に維持する温度調整手段として機能する。
【００５２】
制御部５００は、酸化用空気通路７５（酸素供給部）からＣＯ酸化除去部３７に供給される空気（酸素含有ガス，酸素成分）の流量を制御する。これにより、ＣＯ酸化除去部３７の上流に配設されているＣＯシフト部５の温度が制御される。
【００５３】
具体的には、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が低くてこれの活性温度域よりも低い場合には、制御部５００は、酸化用空気通路７５からＣＯ酸化除去部３７に供給される空気（酸素成分、酸素含有ガス）の流量を増加させるように制御する。これにより、ＣＯ酸化除去部３７における反応が促進される。この反応は酸化反応であり、発熱を伴う反応であるため、ＣＯ酸化除去部３７における発熱量が増加する。従って、相対的に高温のＣＯ酸化除去部３７から、相対的に低温の蒸発部３６へ伝達される伝熱量が制御される。図１に示すように、ＣＯ酸化除去部３７が蒸発部３６の外側に位置するように、ＣＯ酸化除去部３７および蒸発部３６が互いに熱交換可能に隣設しているためである。
【００５４】
改質装置２の通常運転時には、蒸発部３６は改質水を蒸発させるため、改質水の蒸発潜熱の影響で、蒸発部３６は、一般的には１００℃程度の温度領域に維持される。そして、ＣＯシフト部５を経た高温の改質ガスが、入口３７ｉからＣＯ酸化除去部３７に供給されるため、ＣＯ酸化除去部３７の温度は高くなる。このため、ＣＯ酸化除去部３７は相対的に高温側となり、蒸発部３６は相対的に低温側となる。故に、ＣＯ酸化除去部３７が蒸発部３６に与える熱量が増加する。この結果、蒸発部３６において改質水へ与えられる熱量が増加する。故に蒸発部３６おいて蒸気化が促進され、液相の水分比率が相対的に減少し、気相の水分の比率が相対的に増加する。
【００５５】
ここで熱交換部４においては、第２通路４ｃを流れる高温の改質ガスと、第１通路４ａを流れる混合流体とは、前述同様に互いに熱交換する。混合流体に含まれている気相状の水分の比率が相対的に増加している場合には、液相状の水分を蒸気化させる蒸発潜熱量が少なくなり、高温側の改質ガスから低温側の混合流体に伝達される伝熱量が減少し、結果として、熱交換部４の温度が相対的に上昇する。よって、熱交換部４の第２通路４ｃを経てＣＯシフト部５に向かう改質ガスの温度が相対的に上昇する。従って、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が相対的に上昇する。
【００５６】
これに対して第１通路４ａを流れる混合流体に含まれている液相状の水分の比率が相対的に増加している場合には、液相状の水分を蒸気化させる蒸発潜熱量が多くなり、熱交換部４において、高温側の第２通路４ｃの改質ガスから低温側の第１通路４ａの混合流体に伝達される伝熱量が増加し、結果として、熱交換部４の温度が相対的に低下する。よって、熱交換部４の第２通路４ｃを経てＣＯシフト部５に向かう改質ガスの温度が相対的に低下する。従って、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が相対的に低下する。
【００５７】
逆に、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が過剰に高くこれの活性温度域を越えている場合、あるいは活性温度域の上限に近い温度の場合においても、温度Ｔ１１を相対的に低下させるように制御部５００が働く。即ち、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が過剰に高い場合、制御部５００は、ポンプ２７ｄを制御し、酸化用空気通路７５からＣＯ酸化除去部３７の入口３７ｉに供給される空気の流量を減少させる。このため、ＣＯ酸化除去部３７における酸化反応が抑制され、発熱量が抑制される。従って、ＣＯ酸化除去部３７が蒸発部３６に与える熱量が減少する。この結果、蒸発部３６において改質水へ与えられる熱量が減少する。故に蒸発部３６おいて、液相状の水分の比率が相対的に増加し、気相状の水分の比率が相対的に減少する。この場合、熱交換部４において、第２通路４ｃを流れる高温側の改質ガスから、第１通路４ａを流れる低温側の混合流体に伝達される伝熱量が増加する。この結果、熱交換部４の温度が相対的に低下する。よって、熱交換部４を経てＣＯシフト部５に向かう改質ガスの温度が相対的に低下し、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が相対的に低下する。
【００５８】
上記した本実施例によれば、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が低いときには、酸化用空気通路７５からＣＯ酸化除去部３７に供給される空気（酸素含有ガス）の流量を増加させることにより、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１は上昇し、ＣＯシフト部５はこれの活性温度域に適する温度に良好に維持される。またＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が高いときには、酸化用空気通路７５からＣＯ酸化除去部３７に供給される空気（酸素含有ガス）の流量を減少させることにより、ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１は低下し、ＣＯシフト部５はこれの活性温度域に適する温度に良好に維持される。なお、空気の流量を制御するにあたり、酸化用空気通路７５におけるポンプ２７ｄの搬送能力および／または弁２５ｄの開度を制御する。
【００５９】
（実施例の要部）
さて本実施例によれば、先ず、診断手段を構成する制御部５００は先ず改質装置２のガス漏れ診断を行ない、その後、燃料電池のガス漏れ診断を行う。漏れ診断が実行される時期としては、燃料電池システムの出荷前、燃料電池システムの起動直前、出荷後の配管や部品の組み替え時、出荷後の配管や部品の交換時、燃料電池システムのメンテナンス時が例示される。
【００６０】
ガス漏れ診断時には燃焼部３０は着火されておらず、常温領域または４００℃未満（改質部にコーキングが発生しない温度領域）に維持されている。
【００６１】
ガス漏れ診断にあたり、制御部５００は、ガス状の原燃料（メタンを主成分とする都市ガス）を改質させることなく、原燃料を、改質部３４よりも上流の領域に供給し、更には、改質部３４に供給し、ひいては改質部３４の下流の通路に供給し、改質装置２のガス漏れの診断を行う。即ち、制御部５００はバルブ２５ａ、２５ｂを開放し、且つバルブ２５ｅ（第１遮断弁）およびバルブ２５ｆを閉鎖した状態とする。バルブ２５ｅ，２５ｆの閉鎖により、改質装置２と燃料電池１のアノード極１１との連通は、遮断される。この状態で、制御部５００はポンプ２７ｂ（原燃料搬送源）を駆動させる。これにより、ガス状の原燃料は脱硫器６２ｘおよび燃料通路６２を介して熱交換部４（改質部４の上流）の入口４ｉに供給される。この場合、バルブ２５ｋ、２５ｄ、２５ｆ、２５ｍ、２５ｈといった他のバルブは閉鎖されている。
【００６２】
上記したようにポンプ２７ｂの駆動により、ガス状の原燃料は熱交換部４の第１通路４ａ、改質部３４の外通路３４ｐに流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉに流入し、矢印Ａ２方向に流れ、更に、熱交換部４の第２通路４ｃに流れ、暖機部４７を経て、ＣＯシフト部５の入口５ｉからＣＯシフト部５の内部に流入する。更に、ガス状の原燃料はＣＯシフト部５の内部を通過し、ＣＯシフト部５の出口５ｐから浄化通路４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至る。この場合、空気搬送源であるポンプ２７ｄは停止しており、空気供給用のバルブ２５ｄは閉鎖されているため、ガス状の原燃料は空気と混入しない。
【００６３】
更にガス状の原燃料は、入口３７ｉからＣＯ酸化除去部３７に流入し、ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐからアノードガス通路１００側に流入する。この場合、弁２５ｅ（第１遮断弁）は閉鎖されており、弁２５ｆ（第２遮断弁）、弁２５ｈ（第３遮断弁）は閉鎖されている。アノードガス通路１００に設けられている圧力センサ１００ｘの圧力が所定値Ｐｒよりも高くなったら（例えばゲージ圧：５〜４０ｋＰａ，２０ｋＰａ）、ポンプ２７ｂを停止させ、バルブ２５ａ、バルブ２５ｂ（改質部３４よりも上流のバルブ）を閉鎖させる。このときバルブ２５ｅ（改質部３４の下流のバルブ）は、閉鎖されている。これにより上記したように燃料供給源６１からガス状の原燃料が流れてきた通路のうちバルブ２５ｂからバルブ２５ｅまでの空間は、本来的には密閉空間となる。この密閉空間について、所定時間において（例えば１分〜１０分間、５分間）ガス漏れが発生しない限り、圧力センサ１００ｘはガス圧の低下を検知しない。
【００６４】
このような本実施例によれば、改質装置２の改質部３４におけるガス漏れが診断される。更には、診断時に、原燃料が流れる通路のうち、改質部３４よりも上流の領域、即ち、燃料通路６２，熱交換部４の第１通路４ａにおけるガス漏れが診断される。更に、診断時に、原燃料が流れる通路のうち、改質部３４の下流の領域、即ち、熱交換部４の第２通路４ｃ、ＣＯシフト部５、浄化通路４００、ＣＯ酸化除去部３７におけるガス漏れが診断される。更に、アノードガス通路１００のうちバルブ２５ｅ（第１遮断弁）よりも上流通路部分１００ｕ、バイパス通路１５０のうちバルブ２５ｈ（第３遮断弁）よりも上流通路部分１５０ｕにおけるガス漏れが診断される。
【００６５】
上記した密閉空間について、所定時間において（例えば１分〜１０分間、５分間）圧力低下が発生しない限り、改質装置２においてガス漏れが発生せず、改質装置２は正常であることになる。
【００６６】
これに対して圧力センサ１００ｘがガス圧の低下を検知すると、制御部５００は、改質装置２においてガス漏れと判定する。制御部５００は、上記した漏れ診断を複数回繰り返し、ガス漏れが所定回数以上検知されると、ガス漏れ判定信号を燃料電池システムに出力する。このようにして本実施例によれば、改質装置２において改質部３４よりも上流の領域、改質部３４，改質部３４の下流の領域のいずれかにおいて、ガス漏れのおそれが高いと判定する。
【００６７】
上記したように改質装置２のガス漏れ診断を行って、ガス漏れがなく正常であれば、制御部５００は、引き続いて、燃料電池１のガス漏れ診断を行う。この場合、制御部５００は、バルブ２５ｆ（第２遮断弁）およびバルブ２５ｈ（第３遮断弁）を閉鎖している状態で、バルブ２５ｅ（第１遮断弁）を開放する。これにより改質装置２と燃料電池１のアノード極１１とは連通する。この状態で、制御部５００はポンプ２７ｂを必要に応じて駆動させる。すると原燃料は、アノードガス通路１００、バルブ２５ｅを介して燃料電池１の入口１１ｉからアノード極１１に供給される。そして、アノードガス通路１００に設けられている圧力センサの圧力Ｐ１が所定値Ｐｃ（例えば１０ｋＰａ，Ｐｃ≒ＰｒまたはＰｃ＝Ｐｒ）よりも高くなったら、ポンプ２７ｂを停止させる。
【００６８】
この場合、ガス漏れがない限り、アノードガス通路１００の全部、燃料電池１のアノード極１１の空間、オフガス通路１１０のうち燃料電池１とバルブ２５ｆとの間の通路部分１００ｕは、密閉空間とされている。即ち、この密閉空間について、所定時間（例えば１分〜１０分間、５分間）においてガス漏れが発生しない限り、圧力センサ１００ｘは燃料電池１のガス圧の低下を検知しないため、燃料電池１のガス漏れはないと判定される。
【００６９】
もし、所定時間において（例えば１分〜１０分間、５分間）ガス漏れが発生すれば、圧力センサ１００ｘは燃料電池１のガス圧の低下を検知するため、燃料電池１のアノード極１１のガス漏れのおそれは高いと判定される。
【００７０】
上記したように改質装置２におけるガス漏れの診断に引き続いて、燃料電池１のガス漏れが診断される。燃料電池１のガス漏れがなければ、バルブ２５ｈ、バルブ２５ｆが開放するため、原燃料はオフガス通路１１０およびバイパス通路１５０を経て改質装置２の燃焼部３０に供給され、外気に放出される。
【００７１】
上記したガス漏れ診断の終了に伴い、原燃料がオフガス通路１１０およびバイパス通路１５０を経て燃焼部３０に供給されるとき、制御部５００は空気搬送源としてのポンプ２７ｃを駆動させることにより、希釈用の空気を燃焼部３０に供給し、原燃料を空気で希釈化させる。このため原燃料は空気で希釈された状態で、燃焼部３０および燃焼排ガス通路２５０から外気に放出される。上記したガス漏れ診断の終了に伴い、原燃料の大部分が燃焼部３０側に排出される。これにより上記した改質装置２の空間、燃料電池１のアノード極１１の空間は加圧状態ではなく、ゲージ圧で０となるようにする。従って改質装置２の空間には、ガス状の原燃料がある程度（ほぼ大気圧相当ぶん）残留することになる。
【００７２】
以上説明したように本実施例によれば、改質装置２におけるガス漏れ診断を行うことができる。殊に、改質装置２において、原燃料が流れる通路のうち、改質部３４よりも上流の領域、即ち、燃料通路６２，熱交換部４の第１通路４ａにおけるガス漏れが診断される。更に、図４に示すように、原燃料が流れる通路のうち、改質部３４の下流の領域、即ち、熱交換部４の第２通路４ｃ、ＣＯシフト部５、浄化通路４００、ＣＯ酸化除去部３７におけるガス漏れが診断される。更に本実施例によれば、アノードガス通路１００、燃料電池１のアノード極１１におけるガス漏れ診断をも行うことができる。
【００７３】
ところで、燃料電池１の発電運転においては、改質部３４の下流の領域、即ち、熱交換部４の第２通路４ｃ、ＣＯシフト部５、浄化通路４００、ＣＯ酸化除去部３７には、改質部３４で生成された水素を主要成分とする改質ガスが流れるものの、炭化水素系またはアルコール系の原燃料は流れないものである。
【００７４】
この点本実施例によれば、水素リッチな改質ガスを生成させる前のガス状の原燃料を利用することにより、改質装置２および燃料電池１をガス漏れ診断する方式が採用されている。このような本実施例では、窒素ガス等の不活性ガスでガス漏れ診断する方式とは異なり、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを貯蔵するガス漏れ診断専用のタンクが必要とされないため、設備の複雑化、大型化を抑制するのに有利となる。このためガス漏れ診断に用いた窒素ガス等の不活性ガスが改質装置２内に残留することが抑えられる。
【００７５】
仮に、ガス漏れ診断に用いた窒素ガス等の不活性ガスが改質装置２内に残留している場合には、改質装置２を次回に起動させるとき、改質装置２内に残留した窒素ガス等の不活性ガスが燃焼部３０に供給され、着火している燃焼部３０の吹き消え（消火）が発生するおそれがある。この点本実施例によれば、窒素ガス等の不活性ガスが改質装置２内に残留することが回避される。このため、改質装置２を次回に起動させるとき、改質装置２内に残留した窒素ガス等の不活性ガスが燃焼部３０を消火させることが抑えられる。
【００７６】
更に、ガス漏れ診断後に改質装置２を起動させときにおいて、次の（ｉ）（ｉｉ）のように燃焼部３０における燃焼の吹き消えが抑えられる。よって吹き消えに起因するシステム停止が防止される。
（ｉ）改質装置２での蒸気生成後に改質原料投入時に第１遮断弁（バルブ２５ｅ）を開放させた際に、改質装置２および燃料電池１に充填されている流体は原燃料である。原燃料は可燃性をもつ。従って、改質装置２を次回に起動させるとき、改質装置２内に残留した原燃料が改質装置２の燃焼部３０に供給されたとしても、原燃料は可燃性をもつため、不活性ガスとは異なり、燃焼部３０での燃焼の吹き消えが抑制される。
（ｉｉ）燃料電池での発電開始直前に第２遮断弁（バルブ２５ｆ）、第３遮断弁（バルブ２５ｈ）を開き、第１遮断弁（バルブ２５ｅ）を閉じる際、改質装置２および燃料電池１に充填されているものが可燃性をもつ原燃料であるため、燃焼部３０で供給されると、燃焼部３０における燃料となる。従って不活性ガスとは異なり、燃焼部３０での燃焼の吹き消えが抑制される。
【００７７】
加えて本実施例によれば、診断時において、原燃料を改質させることなく診断するため、燃焼部３０において燃焼させずとも良い。このように改質部３４が加熱されていない常温状態で行うため、改質部３４におけるコーキングも抑えられる。なお、原燃料が高温の改質部３４に供給されると、改質部３４の触媒３４ｅにおいてコーキング（カーボン生成）が発生するおそれがある。
【００７８】
また、硫黄成分を含む原燃料は改質部３４および燃料電池１の被毒物質となるおそれがある。この点本実施例によれば、脱硫器６２ｘで脱硫されて浄化された後のガス状の原燃料が用いられるため、改質部３４および燃料電池１、殊に改質装置２の触媒および燃料電池１の触媒に対して影響を与えることが抑制される。
【００７９】
また、前回の燃料電池システムの発電運転から時間があまり経過していないときは、改質部３４がまだ高温であるおそれがある。前述したように、水分供給なしで、原燃料が高温（例えば４００℃以上）の改質部３４に供給されると、改質部３４の触媒３４ｅにおいてコーキング（カーボン生成）が発生するおそれがある。そこで本実施例によれば、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間（例えば１時間）経過していないとき、あるいは、改質部３４の温度Ｔ１が所定温度（例えば４００℃）以上であるときには、制御部５００は上記したガス漏れ診断を実行しないように設定されている。これによりコーキングが抑制される。
【００８０】
本実施例によれば、漏れ診断においてガス漏れが検知されない場合には、次のように行い得る。即ち、ガス漏れ診断後に改質装置２の改質運転や燃料電池１の発電運転が行われないときには、ガス漏れ診断用のガス状の原燃料を外気に放出させずに、改質装置２および燃料電池１にそのまま封入しておいても良い。また、改質装置２や燃料電池１に残留している残留ガスをパージ用ガスで追い出した後にパージ用ガスを改質装置２や燃料電池１に封入するパージ処理が行われる。制御部５００は、このようにパージ処理においてガス漏れ診断を併せて実行することができる。
【実施例２】
【００８１】
図５は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心賭して説明する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部３０は着火されておらず、常温領域または４００℃以下（改質部にコーキングが発生しない温度領域）に維持されている。本実施例では、燃料電池システムの改質装置２を起動させるごとに、且つ、起動前に、改質装置２のガス漏れ診断と燃料電池１のガス漏れ診断とを同時に行う。この場合には、制御部５００は、ガス状の原燃料を改質させることなく、原燃料を、改質部３４よりも上流の領域に供給し、更には、改質部３４に供給し、ひいては改質部３４の下流の通路に供給し、更に燃料電池１のアノード極１１に供給し、改質装置２および燃料電池１のガス漏れの診断を行う。
【００８２】
図５は、燃料電池システムの起動前に実行されるガス漏れ診断において制御部５００が実行するフローチャートを示す。操作者により診断スイッチ５０７が操作されると、このフローチャートの制御は開始される。図５に示すように、バルブ２５ａ、２５ｂ、２５ｅを開放すると共に、バルブ２５ｈ、バルブ２５ｆを閉鎖する（ステップＳ２）。バルブ２５ｅの開放により、改質装置２と燃料電池１のアノード極１１とは連通する。
【００８３】
制御部５００はポンプ２７ｂを駆動させた（ステップＳ４）後、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒ（例えばゲージ圧で２０ｋＰａ）よりも大きいか否か判定する（ステップＳ６）。圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒよりも小さいと（ステップＳ６のＮＯ）、ポンプ２７ｂの駆動を継続する。所定時間（例えば２０秒値）内に、圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒよりも高くならないと（ステップＳ８のＹＥＳ）、制御部５００は異状停止指令を出力する（ステップＳ１０）。
【００８４】
圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒよりも高いと（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部５００はポンプ２７ｂを停止させると共に、改質装置２の入口側のバルブ２５ａ、２５ｂを閉鎖し、密閉空間を形成する（ステップＳ１２）。閉鎖した状態で、制御部５００は所定時間（例えば５分間）待機する（ステップＳ１４）。その後、制御部５００は、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第２しきい値圧Ｐｅ（例えばゲージ圧で１９ｋＰａ）よりも高いか否か判定する（ステップＳ１６）。圧力Ｐ１が第２しきい値圧Ｐｅ（例えばゲージ圧で１９ｋＰａ）よりも低ければ（ステップＳ１６のＮＯ）、ガス漏れのおそれが高いため、カウンタを１増加させる（ステップＳ３６）。カウンタの回数がｎ回（例えば３回）を越えていると（ステップＳ３８のＹＥＳ）、燃料電池システムを異状停止させる（ステップＳ４０）。カウンタの回数がｎ回（例えば３回）を越えていなければ（ステップＳ３８のＮＯ）、漏れ診断を再び行うべく、ステップＳ２に戻る。
【００８５】
ステップＳ１６における判定の結果、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第２しきい値圧Ｐｅ（例えばゲージ圧で１９ｋＰａ）よりも高ければ（ステップＳ１６のＹＥＳ）、圧漏れがなく、正常と判定し、正常信号を出力する（ステップＳ１８）。次に制御部５００は、バルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈを開放する（ステップＳ２０）。これにより燃料電池１および改質装置２の内部に供給された原燃料は、オフガス通路１００およびバイパス通路１５０を介して燃焼部３０から外気に放出される。この場合、制御部５００は、必要に応じて、ポンプ２７ｃを駆動させて空気を燃焼部３０に供給し、原燃料を空気で希釈できる。この場合、外気に与える影響が低減される。
【００８６】
次に、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が大気圧近くまで低下したか否か判定する。つまり、圧力Ｐ１が第３しきい値圧Ｐｄ（例えばゲージ圧で２ｋＰａ）よりも低いか否か判定する（ステップＳ２２）。圧力Ｐ１が第３しきい値圧Ｐｄ（例えばゲージ圧で２ｋＰａ）よりも低ければ（ステップＳ２２のＹＥＳ）、原燃料の大部分が外気に放出されているため、バルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈを閉鎖し（ステップＳ３０）、燃料電池１の起動シーケンスに移行する（ステップＳ２６）。ステップＳ２２における判定の結果、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第３しきい値圧Ｐｄ（例えばゲージ圧で２ｋＰａ）よりも高ければ（ステップＳ２２のＮＯ）、外気への原燃料の排出性はまだ充分ではない。そこで所定時間（例えば１０秒間）経過しても（ステップＳ２８のＹＥＳ）、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第３しきい値圧Ｐｄ（例えばゲージ圧で２ｋＰａ）よりも高ければ（ステップＳ２８のＹＥＳ）、制御部５００は、排出用のバルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈのうちの少なくとも一方、または、バルブ２５ａ，２５ｂの両方が故障しているし推定し、バルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈを閉鎖する指令、バルブ２５ａ，２５ｂを閉鎖する指令を出力し（ステップＳ３０）、燃料電池システムを異状停止させる信号を出力する（ステップＳ３２）。なおステップＳ２２，Ｓ２８は、バルブ２５ｆ、２５ｈの故障を判定する故障判定手段として機能する。
【００８７】
上記した図５に示すフローチャートが実行されると、改質装置２および燃料電池１のアノード極１１の双方に対してガス漏れ診断が同時に行われる。もし改質装置２および燃料電池１のアノード極１１の双方に対してガス漏れ診断が行われたとき、ガス漏れが検知されるときには、バルブ２５ｅおよびバルブ２５ｈを閉鎖することにより改質装置２と燃料電池１との連通を遮断した状態で、ポンプ２７ｂにより原燃料を再び改質装置２に供給し、再診断する。再診断においてガス漏れが診断されないと、改質装置２にはガス漏れが発生しておらず、バルブ２５ｅよりも下流の領域（燃料電池１側）にガス漏れが発生しているおそれが高いと判定される。また再診断においてガス漏れが診断されると、少なくとも改質装置２にガス漏れが発生していると判定される。なお、図５に示すフローチャートに係るガス漏れ診断は、起動スイッチ５０４が操作され、改質装置２を起動させるごとに実行される。
【００８８】
図６は、燃料電池システムの出荷後（通路組み替え時、部品交換時）に実行されるガス漏れ診断において制御部５００が実行するフローチャートを示す。診断スイッチ５０７が操作されると、このフローチャートの制御は開始される。図６に示すように、バルブ２５ａ、バルブ２５ｂ、バルブ２５ｅを開放すると共に、バルブ２５ｈ、バルブ２５ｆを閉鎖する（ステップＳＢ２）。次に制御部５００はポンプ２７ｂを駆動させる（ステップＳＢ４）。その後、制御部５００は、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒ（例えばゲージ圧で２０ｋＰａ）よりも大きいか否か判定する（ステップＳＢ６）。ステップＳＢ６における判定の結果、所定時間（例えば２０秒）経過したしても、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒ（例えばゲージ圧で２０ｋＰａ）よりも高くならなければ（ステップＳＢ８のＹＥＳ）、異状信号を出力する（ステップＳＢ１０）。圧力Ｐ１が第１しきい値圧Ｐｒよりも大きいと（ステップＳＢ６のＹＥＳ）、制御部５００はポンプ２７ｂを停止させると共に、改質装置２の入口側のバルブ２５ａ、２５ｂを閉鎖し、密閉空間を形成する（ステップＳＢ１２）。
【００８９】
密閉空間を形成した状態で、制御部５００は所定時間（例えば１０分間）待機する（ステップＳＢ１４）。その後、制御部５００は、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１の圧力低下がしきい値（例えばゲージ圧で０．２ｋＰａ）よりも小さいか否か判定する（ステップＳＢ１６）。そして、圧力Ｐ１の圧力低下がしきい値（例えばゲージ圧で０．２ｋＰａ）よりも大きければ（ステップＳＢ１６のＮＯ）、制御部５００は、改質装置２または燃料電池１に圧漏れがあり、異状と判定し、異状信号を出力する（ステップＳＢ１０）。
【００９０】
ステップＳＢ１６における判定の結果、圧力Ｐ１の圧力低下がしきい値（例えばゲージ圧で０．２ｋＰａ）よりも小さければ（ステップＳＢ１６のＹＥＳ）、制御部５００は、改質装置２および燃料電池１に圧漏れがなく、正常と判定し、正常信号を出力する（ステップＳＢ１８）。
【００９１】
次に、制御部５００は、バルブ２５ｆおよび２５ｈを開放し（ステップＳＢ２０）、密閉空間のガス状の原燃料をオフガス通路１１０およびバイパス通路１５０を経て改質装置２の燃焼部３０に供給させる。燃焼部３０は燃焼排ガス通路２５０を介して外気に連通しているため、原燃料を外気に放出させる。この場合、必要に応じて、制御部５００は、空気搬送源であるポンプ２７ｃを駆動させて空気を燃焼部３０に供給し、原燃料を空気で希釈させても良い。次に、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１の検知圧力がしきい値以内（例えばゲージ圧で０〜１ｋＰａ）であるか否か判定する（ステップＳＢ２２）。圧力Ｐ１の検知圧力がしきい値以内（例えばゲージ圧で０〜１ｋＰａ）であれば、原燃料の大部分は外気に放出されているため、制御部５００は、バルブ２５ｆおよび２５ｈを閉鎖させ（ステップＳＢ２４）、起動シーケンスに移行する（ステップＳＢ２６）。
【００９２】
ステップＳＢ２２における判定の結果、所定時間経過しても、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１の検知圧力がしきい値以内（例えばゲージ圧で０〜１ｋＰａ）内にならなければ（ステップＳＢ２８のＹＥＳ）、バルブ２５ｆおよび２５ｈの開放指令が出力されているにもかかわらず、ガス圧の低下が少ないと判定される（ステップＳＢ２８のＹＥＳ）。そこで、所定時間（例えば１０秒間）経過しても、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１がしきい値以内（例えばゲージ圧で０〜１ｋＰａ）にならなければ（ステップＳＢ３０のＹＥＳ）、つまり、圧力センサ１００ｘの圧力Ｐ１の検知圧力が大気圧付近にならなければ、バルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈのうちの少なくとも一方、または、バルブ２５ａ，２５ｂの両方が故障していると推定する。そこで制御部５００はバルブ２５ｆおよびバルブ２５ｈを閉鎖する指令、バルブ２５ａ，２５ｂを閉鎖する指令を出力し（ステップＳＢ３０）、不具合バルブの交換指令を出力する（ステップＳＢ３２）。なおステップＳＢ２８，ＳＢ３０は、バルブ２５ｆ、２５ｈの故障、または、バルブ２５ａ，２５ｂの故障を判定する故障判定手段として機能する。
【００９３】
上記した図６に示すフローチャートが実行されると、改質装置２および燃料電池１のアノード極１１の双方に対してガス漏れ診断が同時に行われる。もし改質装置２および燃料電池１のアノード極１１の双方に対してガス漏れ診断が行われたとき、ガス漏れが検知されるときには、バルブ２５ｅおよびバルブ２５ｈを閉鎖することにより改質装置２と燃料電池１との連通を遮断した状態で、ポンプ２７ｂにより原燃料を再び改質装置２に供給し、再診断を実行する。再診断においてガス漏れが診断されないと、改質装置２にはガス漏れが発生しておらず、バルブ２５ｅよりも下流の領域（燃料電池１側）にガス漏れが発生しているおそれが高いと判定される。また上記した再診断において、ガス漏れが診断されると、少なくとも改質装置２にガス漏れが発生していると判定される。
【実施例３】
【００９４】
実施例３は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、前述したように前回の燃料電池システムの発電運転の終了から時間があまり経過していないときは、改質部３４がまだ高温であるおそれがある。高温（例えば４５０℃以上）の改質部３４に原燃料が水分供給なしで供給されると、改質部３４の触媒３４ｅにおいてコーキング（カーボン生成）が発生するおそれがある。
【００９５】
そこで本実施例によれば、タイマー機能をもつ制御部５００は、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間（例えば１時間）経過しているか否か、あるいは、改質部３４の温度Ｔ１がまだ高温であり、所定温度（例えば４００℃）以上であるか否か判定する。そして、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間（例えば１時間）経過していないとき、あるいは、改質部３４の温度Ｔ１がまだ高温であり、所定温度（例えば４００℃）以上であるときには、制御部５００は、上記した原燃料を改質装置２に供給するガス漏れ診断を実行しない。これによりコーキングが抑制される。
【００９６】
これに対して、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間（例えば４時間）経過しているとき、または、改質部３４の温度Ｔ１が低温となり、所定温度（例えば４００℃）未満であるときには、コーキングの発生が抑えられるため、制御部５００は、上記した原燃料を改質装置２に供給するガス漏れ診断を実行する。なおガス漏れ診断時には、蒸発部３６から水分は改質部３４に供給されない。
【実施例４】
【００９７】
実施例４は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。前述したように前回の燃料電池システムの発電運転の終了から時間があまり経過していないときは、改質部３４がまだ高温であるおそれがある。前述したように、ガス漏れ診断時において、高温の改質部３４に原燃料が供給されると、改質部３４の触媒３４ｅにおいてコーキング（カーボン生成）が発生するおそれがある。
【００９８】
そこで、本実施例によれば、診断後に燃料電池システムの改質装置２を初めて起動させるときには、通常の起動時や発電運転のときよりも、Ｓ／Ｃの値を高く設定する。例えば、Ｓ／Ｃの値については、改質装置２の通常の起動時や通常の発電運転のとき、３．０〜３．３程度である。
【００９９】
しかし本実施例によれば、診断後に燃料電池システムの改質装置２を初めて起動させるとき、制御部５００は、Ｓ／Ｃの値について５以上、７以上、９以上に設定する（上限は１４程度にできる）。具体的にはＳ／Ｃの値は例えば５〜１３程度、６〜１０程度に設定される。これにより診断後に初めて燃料電池システムの改質装置２を起動させるとき、水分リッチとなり、改質部３４の触媒３４ｅにおけるコーキング（カーボン）が抑制される。
【０１００】
ここで、Ｓ／Ｃの値は改質水および原燃料の比率に関するものである。Ｓ／Ｃの値は、（改質装置２に供給される改質水に含まれるＨ２Ｏのモル数）／（改質装置２に供給される改質用の原燃料に含まれる炭素成分のモル数）を意味する。Ｓ／Ｃの値は、蒸発部３６を介して改質部３４に供給されるＨ２Ｏの量に対応する。ここで、蒸発部３６に供給される改質水の流量が不足し、Ｓ／Ｃの値が適切でない場合には、改質部３４等においてカーボンが析出するコーキングが発生するおそれがあり、好ましくない。
【実施例５】
【０１０１】
実施例５は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部３０は着火されておらず、常温領域または４００℃未満（改質部にコーキングが発生しない温度領域）に維持されている。診断手段を構成する制御部５００は、ガス漏れ診断時の終了時において、改質装置２に対して下流の領域または燃料電池１のアノード極１１の出口１１ｐから排出されたガス診断後の可燃性の原燃料を燃焼部３０に供給する。このとき制御部５００は燃焼部３０のイグナイタに着火する。これによりの原燃料を燃焼部３０で燃焼させる。必要に応じてポンプ２７ｃを駆動させることにより、燃焼用空気を燃焼部３０に供給することができる。
【実施例６】
【０１０２】
図７は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図３および図４を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。図７に示すように、改質部３４を迂回するようにつまり改質部３４を介することなく、燃料供給源６１と燃料電池１のアノード極１１の入口１１ｉとを繋ぐ連通路４６０が設けられている。連通路４６０の一端４６０ａは燃料供給源６１側つまりバルブ２５ｂの上流に繋がる。連通路４６０の他端４６０ｃはバルブ４０３を介して燃料電池１のアノード極１１に繋がる。連通路４６０はバルブ４０３と圧力センサ１００ｙ（圧力検知手段）に繋がる。漏れ診断のときには、制御部５００はバルブ４０３を開放させた状態でポンプ２７ｂを駆動させる。これによりガス状の原燃料は、改質装置２の改質部３４を迂回し、つまり、改質装置２の改質部３４を通過せず、連通路４６０およびバルブ４０３を介して燃料電池１のアノード極１１に供給される。この場合、バルブ２５ｅおよびバルブ２５ｆは閉鎖されているため、原燃料は燃料電池１のアノード極１１に封入される。
【０１０３】
そして、圧力センサ１００ｙの検知圧がしきい値圧に到達したら、バルブ２５ｆ、２５ｅが閉鎖されている状態でバルブ４０３を閉鎖させると共に、ポンプ２７ｂを停止させる。その状態で所定時間待機する。そして圧力センサ１００ｙの検知圧の低下がしきい値圧を越えたら、燃料電池１のアノード極１１においてガス漏れが発生しているおそれが高いと判定する。圧力センサ１００ｙの検知圧の低下がしきい値圧よりも小さければ、燃料電池１のアノード極１１においてガス漏れが発生していないと判定する。
【０１０４】
このような診断時において、制御部５００はバルブ２５ｂを閉鎖されているため、ポンプ２７ｂが駆動しても、原燃料は改質装置２を迂回し、改質装置２には原燃料が供給されず、改質装置２の漏れ診断は行われない。
【０１０５】
ところで、改質部３４に水素ガスが残留しているとき、ガス漏れ診断を行い、原燃料を改質装置２に供給すると、残留していた水素ガスが原燃料に押し出され、発電運転でないにもかかわらず燃料電池１のアノード極１１に供給されて滞留するおそれがある。この点本実施例によれば、上記した燃料電池１のガス漏れ診断時において、原燃料は、改質部３４を経ないで、燃料電池１のアノード極１１に供給される。このため改質部３４に水素ガスが残留しているときであっても、その水素ガスは燃料電池１のアノード極１１に供給されず、アノード極１１に滞留することが抑えられる。
【実施例７】
【０１０６】
図８は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図３、図４を準用する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部３０は着火されておらず、常温領域または４００℃未満（改質部にコーキングが発生しない温度領域）に維持されている。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。改質装置２、燃料電池１、アノードガス通路１００、バイパス通路１５０の外方にガスセンサ１００ｗ（原燃料検知手段）が設けられている。ガスセンサ１００ｗは、原燃料に含まれる物質（成分）を検知するセンサであり、物質の付着に起因する電気抵抗の変化、静電容量の物理量の変化等により検知できる。ガスセンサ１００ｗの信号は制御部５００に入力される。制御部５００は、ガスセンサ１００ｗによる原燃料に含まれる物質の検知により、ガスの漏れの診断を行う。圧力センサ１００ｘは搭載しておいても良いし、廃止しても良い。
【０１０７】
（その他）
本発明は上記した各実施例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可能である。上記した実施例では、図１に示すように、圧力センサ１００ｘは、バイパス通路１５０とアノードガス通路１００との分岐域に配置されているが、これに限らず、当該分岐域以外のアノードガス通路１００に設けても良い。更に圧力センサ１００ｘは、ＣＯ酸化除去部３７の出口３７ｐ側に設けても良い。蒸発部３６およびＣＯ酸化除去部３７は、改質部３４と一体化されているが、改質部３４から距離的に分離されていても良い。ＣＯシフト部５は改質部３４から距離的に分離されていても良い。上記した記載から次の技術的思想も把握される。
［付記項１］原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、前記改質装置の前記改質部で改質された前記改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、漏れ診断用流体および封入用流体兼用として、前記改質装置および／または前記流体通路に供給し、前記改質装置および前記流体通路のうち少なくとも前記改質部の下流の領域における前記原燃料の漏れの診断を行い、漏れがなければ、原燃料を少なくとも前記改質装置に封入しておくことを特徴とする燃料電池システム。
［付記項２］原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、前記改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、漏れ診断用流体および封入用流体兼用として、度前記燃料電池に供給し、前記燃料電池における前記原燃料の漏れの診断を行い、漏れがなければ、原燃料を前記燃料電池に封入しておくことを特徴とする燃料電池システム。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は例えば車両用、定置用、電子機器用、電気機器用、携帯用等の燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施例１に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。
【図２】実施例１に係り、改質装置付近の拡大図である。
【図３】制御部の関係を模式的に示すブロック図である。
【図４】実施例１に係り、燃料電池システムの通路関係を模式化した図である。
【図５】実施例２に係り、制御部が実行するフローチャートである。
【図６】実施例２に係り、制御部が実行する別のフローチャートである。
【図７】実施例６に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。
【図８】実施例７に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１は燃料電池、２は改質装置、３０は燃焼部、３１は断熱部、３４は改質部、３６は蒸発部、３７はＣＯ酸化除去部（ＣＯ低減部）、４は熱交換部、５はＣＯシフト部、６２は燃料通路、７２は空気通路（酸素供給部）、８１は水タンク、８２は改質水通路（改質水供給部）、１００はアノードガス通路、２００はカソードガス通路、３００は水蒸気通路、４００は浄化通路、５００は制御部（診断手段）、３１ｔは改質部温度検知器、３８はＣＯ酸化除去部温度検知器、５５はＣＯシフト部温度検知器、６５は温度検知器、１００ｘは圧力センサ（圧力検知手段）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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