(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード流体が供給されるアノードおよびカソード流体が供給されるカソードをもつ燃料電池のスタックと、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と前記蒸発部に前記原料水を搬送させる水搬送源をもつ給水通路とを有する水蒸気生成系と、前記蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部と、制御部とを具備しており、
前記制御部は、
前記スタックの発電運転が停止されており、且つ、前記蒸発部が前記水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、
前記原料水を前記蒸発部に一時的に供給させた状態で前記スタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行し、前記判定操作において前記開回路電圧の上昇有りのとき、前記水蒸気生成系は正常であると判定する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記判定操作は、前記スタックの前記カソードに前記カソード流体を供給しつつ実行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、前記制御部は前記判定操作で前記水蒸気生成系が正常であると判定されるとき、前記燃料電池システムを再起動させる燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１または２において、前記制御部は、前記燃料電池システムの発電運転を停止させる指令を出力した後、前記蒸発部が前記水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときに、前記判定操作を実行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、原料水から燃料改質用の水蒸気を生成させる蒸発部を備える水蒸気生成系をもつ燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池システムにおいて、蒸発部へ原料水を供給して水蒸気を発生させることを検出する技術として、蒸発部の原料水供給口付近に設置した温度センサによる温度変化を用いている。これによれば、原料水から蒸気が発生すると、気化熱により雰囲気温度が低下し、水蒸気が発生したことを検出することができる。特許文献２は、燃料電池システムにおいて、原料水供給ポンプの制御信号と水配管途中に設置されたフローセンサの信号とを比較することにより、原料水の供給を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-243594号公報
【特許文献２】特開2008-159466号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の場合には、原料水の気化熱が蒸発部の熱容量に対してある一定以上であれば、水蒸気発生により温度が低下して水蒸気の発生を検出できる。しかしながら、原料水の供給流量が少なくて気化熱の熱量が小さい場合には、水蒸気による温度変化は小さいため、水蒸気の発生を検出することは困難となるおそれがある。特許文献２の場合には、液相状の原料水が蒸発部に供給されることは検出できるが、水蒸気が実際に発生しているかどうかは直接判断することができない。例えば、配管途中において原料水が外部に漏れていたり、局所的な温度低下による蒸発不良が発生していたりするおそれがある。
【０００５】
上記したように原料水が蒸発部に供給され、水蒸気が生成されたか否かについての判定は、必ずしも容易ではない。従って、改質部において水蒸気不足があり得る。このように水蒸気が不足した状態において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り、改質部の長寿命化、ひいてはシステムの長寿命化には好ましくない。コーキングとは、改質部に供給された燃料に起因する炭素が改質部の改質触媒の表面に析出し、改質触媒の耐久性を低下させることをいう。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、原料水が蒸発部に供給され、水蒸気が生成されたことをシステムの発電運転の前にチェックでき、改質部における水蒸気不足とコーキングとを抑制させることができ、改質部の長寿命化、ひいてはシステムの長寿命化に貢献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】
【０００７】
（１）本発明者は、燃料電池システムについて鋭意開発を長年にわたり進めている。システムにおいて、前述したように水蒸気が不足したままシステムが運転されると、改質部のコーキングが発生するおそれがある。コーキングを防止するためには、発電運転（特に起動初期）において、原料水を水蒸気化させた水蒸気を改質部に不足させることなく供給させることが好ましいこと、このためには蒸発部等の水蒸気生成系の水蒸気生成機能をチェックすることが好ましいことを、本発明者は知見した。
【０００８】
そして、システムの発電運転が停止されているときであっても、発電運転の停止時刻から時間があまり経過していないときには、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている。このように蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときであれば、原料水を蒸発部に一時的に供給させることにより、スタックの開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇が認識されれば、蒸発部等の水蒸気生成系の水蒸気生成機能が正常であり、水蒸気生成系において水蒸気が良好に生成されていることを本発明者は知見した。更に、水蒸気不足を招くことなくスタックの発電運転を実行でき、コーキングを効果的に抑制でき、システムの耐久性の向上に有利であることを本発明者は知見した。
【０００９】
その理由としては現時点では必ずしも明確ではないものの、次のように推察される。即ち、燃料電池システムの発電運転が停止されている場合には、基本的には、スタックのアノードには水素以外の空気等の他のガスが残留していると考えられる。この場合、アノードの電位が０Ｖ（水素の標準電極電位：０Ｖ）よりも高めとなり、ひいては、スタックにおけるアノードの電位とカソードの電位との差は基本的には小さいものである。このため燃料電池システムの運転が停止されている場合、スタックの開回路電圧（ＯＣＶ）は基本的には低いものとなる。ここで、システムの発電運転が停止されている状態といえども、改質部の構成材料に水素を残留させていると考えられる。殊に、改質部の構成材料が多孔質の場合には、水素を残留させていると考えられる。
【００１０】
ところで、システムの再起動に先立ち、水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている蒸発部に原料水が供給され、蒸発部において水蒸気が良好に生成されると、蒸発部で生成された水蒸気は、蒸発部よりも下流の改質部に流入すると考えられる。そして、改質部に残留している水素を水蒸気がスタックのアノードに向けて吐出させると考えられる。この結果として、スタックのアノードの水素濃度が高くなり、アノードの電位が低下して水素の標準電極電位（０Ｖ）に近づき、ひいてはスタックの開回路電圧（ＯＣＶ）が上昇すると考えられる。
【００１１】
開回路電圧（ＯＣＶ）とは、外部に負荷をかけていない状態(電流を流していない状態)の燃料電池のスタックの電圧をいい、外部に負荷をかけていない状態におけるカソード(酸化剤極)とアノード(燃料極)との間の電位差をいう。
【００１２】
上記したように燃料電池システムの運転が停止されているといえども、原料水を蒸発部に供給して水蒸気が生成されれば、スタックの開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇が認識されることを本発明者は知見した。この場合、蒸発部は良好な状態であり、蒸発部によって水蒸気が良好に生成されているものと判定される。そこで、本発明者は、燃料電池システムの発電運転が停止されているときにおいて、原料水の供給に基づくスタックの開回路電圧の上昇現象を、蒸発部等の水蒸気生成系の水蒸気生成機能に対するチェック手段として使用できると知見し、本発明を完成させた。上記したように原料水を蒸発部に供給させた後においてスタックの開回路電圧の上昇有りのとき、蒸発部等の水蒸気生成系の水蒸気生成機能は良好であると判定されるため、スタックの発電運転を再起動させることができる。このように本発明によれば、蒸発部の水蒸気生成機能の正否を事前チェックできる。
【００１３】
燃料電池システムにおける機構にもよるが、『蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているとき』とは、蒸発部の温度が８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１５０℃、２００℃、更には２５０℃、３００℃の各温度以上である場合が例示される。蒸発部が１００℃未満でも水蒸気化は可能である。また、断熱壁でスタックや改質部を包囲する発電モジュールに蒸発部が設けられている場合には、『蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているとき』とは、発電モジュールの内部温度（スタックの温度または改質部の温度）が所定温度Ｔ１以上（Ｔ１≧１１０℃）のときが例示される。大気圧雰囲気では、Ｔ１としては、９０℃、１００℃、１１０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃が例示される。但し、蒸発部が水蒸気を生成させるという観点を考慮すると、Ｔ１は高温の方が好ましい。蒸発部に温度センサを直接設けても良いし、発電モジュールの内部温度で代用しても良い。
【００１４】
本発明の一形態によれば、制御部は、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、システムを再起動させる前に判定操作を実行し、判定操作において蒸発部の水蒸気生成機能は正常であると判定されるとき、システムを再起動させる。蒸発部が正常であると再起動前にチェックされているため、改質部における水蒸気不足とコーキングとを発生させることなく、システムの発電運転は良好に実行できる。
【００１５】
本発明の一形態によれば、制御部は、燃料電池システムを停止させる指令を出力した後、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、判定操作を実行する。この場合、システムの運転を停止させる毎に、蒸発部等の水蒸気生成系の正否をチェックできる利点が得られる。
【００１６】
（２）すなわち、本発明に係る燃料電池システムは、アノード流体が供給されるアノードおよびカソード流体が供給されるカソードをもつ燃料電池のスタックと、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と蒸発部に原料水を生成させる水搬送源をもつ給水通路とを有する水蒸気生成系と、蒸発部で生成された水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部と、制御部とを具備しており、制御部は、スタックの発電運転が停止されており、且つ、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、原料水を蒸発部に一時的に供給させた状態でスタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行し、判定操作において開回路電圧の上昇有りのとき、水蒸気生成系は正常であると判定する。
【００１７】
スタックの発電運転が停止されると、改質部の温度は次第に下降する。スタックの発電運転が停止されている場合、制御部は、スタックを再起動させる。このような再起動に先立って、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいてスタックを再起動させるにあたり、制御部は、原料水を蒸発部に一時的に供給させる。この状態で、制御部は、スタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行する。開回路電圧の上昇有りのとき、原料水により水蒸気が良好に生成されたものと考えられる。換言すると、原料水が給水通路から蒸発部に正常に搬送され、且つ、蒸発部が水蒸気を正常に生成させたと判定され、ひいては、蒸発部、蒸発部に原料水を供給させる給水通路等の水蒸気生成系の水蒸気生成機能に支障がないと判定される。
【００１８】
このように判定操作において、開回路電圧の上昇有りのとき、水蒸気生成系の水蒸気生成機能が正常であると判定される。このため、制御部は、原料水を蒸発部に供給させると共に燃料を改質部に供給させてスタックを再起動させることができる。上記したように水蒸気生成系の水蒸気生成機能が良好であると判定された状態で、燃料を改質部に供給させてスタックの発電運転を行うため、改質部における水蒸気不足とコーキングとが抑制され、改質部の改質触媒の劣化が抑制される。なお、原料水を蒸発部に供給させたとしても、蒸発部により水蒸気が生成されない限り、スタックの開回路電圧は基本的には上昇しないことを、本発明者は確認している。
【００１９】
もし、前述したように、水蒸気生成系の水蒸気を生成させる機能が良好でないにも拘わらず、原料水が蒸発部に供給されると共に燃料が改質部に供給されシステムが再起動されると、改質部における水蒸気不足が誘発される。この場合、改質部におけるコーキングが発生し、改質部の改質触媒の劣化が促進されるおそれがある。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、水蒸気生成系の水蒸気を生成させる機能が正常であることをスタック電圧の上昇でチェックできる。このように燃料電池システムの次回の発電運転の起動前に、蒸発部等の水蒸気生成系が水蒸気を生成させる機能が良好であるとチェックできる。このためシステムおける水蒸気生成系の不具合に起因する水蒸気不足が抑えられる。よって改質部における水蒸気不足を発生させることなくスタックの発電運転を行うことができる。従って、改質部におけるコーキングが抑制され、改質部の改質触媒の劣化が抑制され、改質部の長寿命化、システムの長寿命化に貢献できる。
【００２１】
本発明によれば、原料水が蒸発部に供給されて水蒸気が発生したことをスタック電圧の上昇で検出するため、従来技術のように水蒸気検出のために温度センサやフローセンサ等のセンサを用いる必要がなく、簡便な方法で水蒸気生成系の正否の判定が可能となる。勿論、水蒸気生成系の適否の判定精度を更に高めるため、温度センサやフローセンサ等のセンサを併用させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池システムの概念を示すブロック図である。
【図２】実施形態１に係り、燃料電池システムの発電運転を停止したときにおける各情報の変化を示すグラフである。
【図３】実施形態１に係り、燃料電池システムの発電運転を停止したときにおいて、原料水を蒸発部に供給したときにおけるスタックの電圧の変化等を示すグラフである。
【図４】制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】適用形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一形態によれば、判定操作は、燃料電池のカソードにカソード流体（空気等の酸素含有ガス）を供給しつつ実行する。この場合、カソード流体により燃料電池のスタックのカソードは冷却され、カソードの過熱は抑えられる。更に、燃料電池のカソードは酸素濃度が高くなり、カソードの電位を酸素の標準電極電位（＋１．２２９Ｖ  vs.ＳＨＥ）に近づけて高くできると考えられる。このためカソードとアノードとの電位差を増加でき、スタックの開回路電圧（ＯＣＶ）の大きさが増加し、開回路電圧の上昇を検知し易くなると考えられる。
【００２４】
（実施形態１）
図１は実施形態１の燃料電池システムに係るブロック図を示す。本実施形態に係る燃料電池システムは、アノード流体通路７３からアノード流体（水素含有ガス）が供給されるアノード１０およびカソード流体通路７０からカソード流体（空気等の酸素含有ガス）が供給されるカソード１１をもつ燃料電池１のスタック１２と、給水通路８から供給された液相状の原料水を蒸発させて気相状の水蒸気を生成させる蒸発部２と、純水である原料水を蒸発部２にポンプ８０（水搬送源）により搬送させる給水通路８と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料（例えば都市ガス，ＬＰＧ）を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部３と、蒸発部２と改質部３を加熱する燃焼部１０５と、給水通路８に設けられ原料水を蒸発部２に向けて搬送させるポンプ８０（水搬送源）と、のスタック１２からの高温の排ガスを貯湯槽の水と熱交換させる熱交換器７６と、ポンプ８０，６０，７１等の機器を制御させる制御部１００とを有する。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。燃焼部１０５は、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ蒸発部２と改質部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および、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。
アノード１０はアノード反応を促進させる触媒を有し、カソード１１はカソード反応を促進させる触媒を有する。触媒は遷移金属系特に貴金属系にできる。改質部３および蒸発部２は互いに隣設されているか、接近して配置されている。改質部３には、蒸発部２を介して燃料通路６の燃料ポンプ６０（燃料搬送源）によりガス状の燃料が供給される。スタック１２を構成する複数の燃料電池１は、直列に電気接続され、電圧が高くされている。スタック１２燃料電池１のカソード１１には、カソード流体通路７０のカソードポンプ７１（カソード流体搬送源）によりカソード流体（空気）が供給される。蒸発部２および改質部３を加熱させる燃焼部１０５が設けられている。断熱壁１９は温度維持のために改質部３，蒸発部２，スタック１２、燃焼部１０５等を覆っており、高温となる発電モジュール１８を形成している。
【００２５】
発電モジュール１８の内部の温度を検知する温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３が検知する温度は、スタック１２または改質部３の温度と考えることもできる。スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）を計測するための電圧センサ１２５が設けられている。温度センサ３３，電圧センサ１２５の信号は制御部１００に入力される。発電運転のとき発電モジュール１８の内部温度、スタック１２の温度は、発電モジュール１８の構造等にもよるが、例えば４００〜８５０℃、５００〜８００℃となるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
図２は、スタック１２が発電運転しているとき、スタック１２の発電運転を停止させる停止指令が時刻ｔ２において出力された場合の各情報の変化を示す。図２において横軸は時間を示す。時間は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３…の順に進行する。左側の縦軸は発電モジュール１８の内部温度（℃）、スタック１２の開回路電圧（Ｖ）を示す。発電モジュール１８の内部温度は、スタック１２の温度と考えることができる。右側の縦軸は、カソード１１に供給されるカソード流体（空気）の単位時間当たりの流量（ＮＬＭ）、蒸発部２に供給される原料水の単位時間当たりの供給流量（ｃｃｍ）を示す。
【００２７】
燃料電池システムの発電運転が停止されたときであっても、発電モジュール１８の内部、改質部３およびスタック１２が高温で大気雰囲気に晒されると、改質部３の触媒および燃料電池１の触媒の劣化が進行するおそれがある。このため発電モジュール１８の内部温度が低下して第１所定温度Ｔｆ（図２参照，触媒の材質にもよるが、一般的には３５０〜５５０℃の範囲内の温度）に到達するまでの高温の領域ＨＲ（図２参照）では、改質部３において水素ガスを発生させて改質部３およびスタック１２の内部を還元性雰囲気とさせることが好ましい。この場合、改質部３の触媒およびスタック１２の触媒の保護に貢献できる。
【００２８】
前述したように、図２における時刻ｔ３は、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）が低下して第１所定温度Ｔｆに到達した時刻を示す。このため燃料電池システムの発電運転を停止させる停止指令が時刻ｔ２において出力されたときであっても、時間が時刻ｔ３に到達するまでは、ポンプ８０を駆動させて原料水を蒸発部２に供給させて水蒸気を生成させると共に、燃料ポンプ６０を駆動させてガス状の燃料を蒸発部２を介して改質部３に供給して改質部３において燃料を水蒸気改質させて水素ガスを発生させる。なお燃料を直接的に改質部３に供給させても良い。水素ガスは、酸化を抑える還元性ガスであるため、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２または改質部３の温度）が第１所定温度Ｔｆよりも高温であっても、上記した触媒劣化の防止に貢献できる。なお燃料がメタン系である場合には、水蒸気改質による水素含有ガス（アノード流体）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
さて図２において、特性線Ｋ１は発電モジュール１８（スタック１２）の温度を示す。特性線Ｋ１として示すように、時間経過につれて発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）は次第に低下する。特性線Ｋ２はスタック１２のカソード１１に供給させるカソード流体（空気）の流量（ＮＬＭ）を示す。特性線Ｋ２として示すように、発電運転を停止させた時刻ｔ２以降においても、時刻ｔ６，時刻ｔ７以降においても、カソードポンプ７１を駆動させてカソード流体をスタック１２のカソード１１に供給させて冷却促進を図る。特性線Ｋ３は改質部３に供給させる燃料の流量を示す。特性線Ｋ３として示すように、発電運転を停止した時刻ｔ２以降では、改質部３への燃料の供給流量を急激に低下させるが、触媒等を保護すべく、還元性をもつ水素ガスを改質部３において生成させるため、時刻ｔ３まで燃料を改質部３に供給させる。特性線Ｋ４は蒸発部２に供給させる原料水の流量を示す。特性線Ｋ４として示すように、発電運転を停止した時刻ｔ２以降では、蒸発部２に供給される原料水の供給流量を急激に低下させるが、時刻ｔ３まで原料水を蒸発部２に供給させる。図２から理解できるように、時刻ｔ３以降では、燃料および原料水の供給は抑えられるため、改質部３において水素ガスは基本的には生成されない。図２において、特性線Ｋ５はスタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）を示す。特性線Ｋ５として示すように、スタック１２の発電運転を停止した時刻ｔ２から時刻ｔ３の領域ＨＲ（発電運転が停止されているものの、触媒を保護する還元性をもつ水素ガスが生成されている時間帯）においても、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）は残存している。領域ＨＲでは、改質部３において生成された水素ガスがアノード１０に供給されるため、アノード１０における水素濃度が相対的に高くなり、アノード１０の電位が水素の標準電極電位（０ボルト）に近づき、ひいてはアノード１０とカソード１１との電位差である開回路電圧（ＯＣＶ）が高くなるためと考えられる。
【００２９】
図２の特性線Ｋ５として示すように、時刻ｔ３から、スタック１２の電圧は次第に低下し、時刻ｔ４において実質的に０となる。図２において、時刻ｔ３から時刻ｔ４までを、領域ＨＳとして示す。領域ＨＳでは、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）は残存しつつも、次第に低下する。
【００３０】
ここで、時刻ｔ３からの領域ＨＳにおいてスタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）は、次第に低下する理由としては、次のように考えられる。即ち、原料水を蒸発部２に供給させることが時刻ｔ３から停止され、且つ、燃料を改質部３に供給させることが時刻ｔ３から停止されている。このため水蒸気が不足し、水蒸気で改質される燃料が不足する。よって、燃料を水蒸気改質させて形成された水素ガスの量が減少し、ひいては、スタック１２のアノード１０における水素ガスが不足する。よって、アノード１０の電位が水素ガス以外の空気等の他のガスの影響を受け、アノード１０の電位が相対的に高くなり、この影響でスタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）が低下しているためであると考えられる。
【００３１】
さて、時刻ｔ２以降においてスタック１２の発電運転が停止されている場合において、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているとき、システムを再起動させる場合について説明を加える。この場合、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている必要があるため、一般的には、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）または蒸発部２の温度は、所定温度Ｔ１以上とされていることが好ましい。Ｔ１としては、システムの構造にもよるが、１１０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃が例示される。このように蒸発部２が水蒸気を生成できる温度以上に維持されているとき、再起動のために燃焼部１０５を着火部３５で燃料を着火させて改質部３およびスタック１２を加熱させる前において、制御部１００は、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）を監視しつつ、ポンプ８０を所定時間Δｔｐ駆動させて原料水を蒸発部２に一時的に供給する。判定操作における供給量としては、システムの定格出力等によるが、合計で0.05〜 5ｃｃ、特に0.5〜 2ｃｃが例示される。但しこれに限定されるものではない。一般的には、システムが大型化すれば、供給量は増加し、システムが小型化すれば、供給量は減少する。このように原料水は水蒸気化すると、その体積は飛躍的に増加する性質をもつ。このため、改質部３に残留する水素をスタック１２のアノード１０に押し出すのに有効であると考えられる。
【００３２】
その後、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇が発生すれば、制御部１００は、蒸発部２による水蒸気生成機能は良好であると推定する。よって制御部１００は、給水通路８が正常であり、且つ、蒸発部２の水蒸気生成機能が正常であることを意味するＯＫ信号を出力する。
【００３３】
このように蒸発部２の水蒸気生成機能が正常であると考えられるため、その後、制御部１００は、発電運転を再起動させるべく、ポンプ８０を駆動させて原料水を蒸発部２に供給させて水蒸気を生成させると共に、燃料ポンプ６０を駆動させて燃料を蒸発部２を介して改質部３に供給させ、燃料を水蒸気改質させて水素含有ガス（アノード流体）を改質部３において生成させる。水素含有ガスは燃焼部１０５に向かう。更に、着火部３５を着火させて水素含有ガスを燃焼させる。これによりスタック１２，改質部３，蒸発部２が高温となり、スタック１２の発電運転を実行することができる。上記した判定操作は、スタック１２の開回路電圧が残存している状態、即ち、図２に示す領域ＨＳにおいて実行することが好ましい。領域ＨＳでは、原料水が蒸発部２に供給されていないため、判定操作において原料水を蒸発部２に一時的に供給させる。
【００３４】
なお、図２の特性線Ｋ５として示すように、領域ＨＳは領域ＨＲよりもスタック１２の開回路電圧が相対的に低いため、領域ＨＳでは開回路電圧の上昇を検出し易く、水蒸気生成機能が良好であるか否かを判定する事前チェックとしての判定精度を高めることができる。勿論、領域ＨＳ以降の領域ＨＴ（図２参照）においても、スタック１２の開回路電圧が残存していないものの、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている限り、即ち、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）は、所定温度Ｔ１以上とされている限り、上記した判定操作を実行できる。発電モジュール１８，スタック１２の冷却が進行すれば、蒸発部２の温度も低下するため、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）は所定温度Ｔ１以上のとき、上記した判定操作を実行することが好ましい。
【００３５】
図３は、スタック１２の発電運転が停止されており、図２の領域ＨＳの場合において、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）または蒸発部２の温度が所定温度Ｔ１以上であって、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、スタック１２を再起動させる場合において、スタック１２の電圧（ＯＣＶ）等の変化を示す。図３において、横軸は時間（ｓｅｃ）を示し、左側の縦軸は温度（℃）を示し、右側の縦軸はスタックの開回路電圧（ＯＣＶ，Ｖ）、燃料の流量（ＮＬＭ）、原料水の流量（ｃｃｍ）を示す。特性線Ｋ１はスタック１２の温度を示す。図３の横軸は秒単位であるため、特性線Ｋ１の傾斜は小さい。特性線Ｋ３は再起動操作における燃料の単位時間当たりの供給流量を示す。特性線Ｋ４１は判定操作における原料水の単位時間当たりの供給流量を示す。特性線Ｋ４２は再起動操作における原料水の単位時間当たりの供給流量を示す。特性線Ｋ５はスタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）を示す。
【００３６】
本実施形態によれば、スタック１２の発電運転が停止されている場合、発電モジュール１８の内部温度（スタック１２の温度）または蒸発部２が所定温度Ｔ１以上であって、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、図３の特性線Ｋ４１として示すように、時刻ｔ１２から、判定操作を実行すべく、原料水を蒸発部２に時間Δｔｐ分供給させる。すると、時刻ｔ１２直後から、特性線Ｋ５の線部分Ｋ５１として示すように、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）は上昇し、ピークＫ５２を発現させ、その後、線部分Ｋ５３として示すようにスタック１２の電圧は次第に低下する。このようにスタック１２の電圧は、上昇、ピーク、下降を示す。このようにスタック１２の電圧（ＯＣＶ）が所定値以上上昇したら、制御部１００は、蒸発部２の水蒸気生成機能は良好であると推定する。そして、制御部１００は、特性線Ｋ４２として示すように、時刻ｔ１６から、ポンプ８０を駆動させて原料水を蒸発部２に供給させる。その後、制御部１００は、特性線Ｋ３として示すように、時刻ｔ１７から、燃料ポンプ６０を駆動させて燃料を改質部３に供給させる。燃料を改質部３に供給させた時刻ｔ１７あたりから、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）が再び増加している。
【００３７】
ところで、スタック１２の発電運転が停止された時刻ｔ２（図２参照）から時間が経過すると、発電モジュール１８の内部温度、スタック１２の温度は次第に下降する。このようにスタック１２の発電運転が停止されている場合、再起動指令が出力されることがある。この場合には、制御部１００は、スタック１２を再起動させてスタック１２の発電運転を行う再起動操作を実行する。このような再起動操作に先立って、蒸発部２の温度が所定温度（１１０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃が例示される）以上において、即ち、発電モジュール１８の内部温度および蒸発部２の温度がＴ１以上において、スタック１２を再起動させるにあたり、制御部１００は、着火部３５の着火前において、前述同様に原料水を蒸発部２に一時的に供給する。この状態で、制御部１００は、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇を判定する判定操作を実行する。開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇有りのとき、原料水から蒸発部２は水蒸気を良好に生成させたものと判定される。なお、原料水を蒸発部２に供給させたとしても、水蒸気が生成されない限り、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）は基本的には変化しないことが本発明者等により確認されている。このため、開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇は水蒸気生成に起因するものと考えられる。
【００３８】
すなわち、開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇有りのときには、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘは正常な状態であり、水蒸気生成系２Ｘによって水蒸気が良好に生成されたものと判定される。そこで、開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇有りのとき、制御部１００は、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘは正常であるため、システムの再起動操作を実行し、原料水を蒸発部２に供給させると共に燃料を改質部３に供給させてスタック１２の発電運転を行う。上記したように水蒸気生成系２Ｘが水蒸気を生成させる機能が良好であると事前にチェックされた状態で、燃料を改質部３に供給させてスタック１２の発電運転を行う。このため、改質部３における水蒸気不足とコーキングとが抑制され、改質部３の改質触媒の劣化が抑制される。改質部３、スタック１２の長寿命化に貢献できる。
【００３９】
もし、前述したように、蒸発部２が水蒸気を生成させる機能が良好でないにも拘わらず、発電運転を実行すべく燃料が改質部３に供給されると、改質部３におけるコーキングが発生し、改質部３の改質触媒の劣化が促進され、改質部３ひいてはシステムの耐久性を低下させるおそれがある。
【００４０】
（制御形態の例）
図４は、制御部１００のＣＰＵが実行するフローチャートの一例を示す。まず、燃料電池システムの発電運転が停止されているとき、システムの起動開始指令が出力された場合には、制御部１００は発電モジュール１８の内部温度ＴＨＭを読み込み、制御部１００は、内部温度ＴＨＭが所定温度Ｔ１以上か否か判定する（ステップＳ２）。内部温度ＴＨＭはスタック１２、改質部３、蒸発部２の温度であると実質的に推定できる。温度ＴＨＭが所定温度Ｔ１未満であれば（ステップＳ２のＮｏ）、発電モジュール１８の内部温度は低温であり、ひいてはスタック１２および改質部３の温度は低いため、蒸発部２も水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されていない。そこで制御部１００は、コールドスタート処理のフラグを立て（ステップＳ４）、着火処理に移行する（ステップＳ２０）。
【００４１】
これに対して、発電モジュール１８の内部温度ＴＨＭが所定温度Ｔ１以上であれば（ステップＳ２のＹｅｓ）、発電モジュール１８の内部温度は高温であり、ひいてはスタック１２および改質部３が高温であり、蒸発部２も水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている。そこで、制御部１００はホットスタート処理のフラグを立て（ステップＳ６）、スタック１２の開回路電圧ＶＳ１を取得する（ステップＳ８）。スタック１２の開回路電圧ＶＳ１がしきい閾値電圧Ｖｍｉｎ以上であるときには（ステップＳ１０のＹｅｓ）、現時点が領域ＨＲ，ＨＳ（図２参照）であると推定されるため、ポンプ８０を駆動させて原料水を流量Ｑ１で蒸発部２に投入する（ステップＳ１４）。原料水が蒸発部２に供給されると、水蒸気生成系２Ｘが正常である場合には、蒸発部２において水蒸気が生成するため、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）が上昇する。
【００４２】
スタック１２の開回路電圧ＶＳ１がしきい閾値電圧ＶＬ以上となれば（ステップＳ１６のＹｅｓ）、スタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇が認識される。この場合、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘが正常であり、水蒸気が良好に生成されていると考えられる。そこで制御部１００は、水蒸気生成が良好である旨のフラグを立て（ステップＳ１８）、且つ、蒸発部２、給水通路８およびポンプ８０等の水蒸気生成系２Ｘが正常である旨を表示させるように表示部１０７に表示指令を出力し（ステップＳ１８）、更に、着火処理に移行する（ステップＳ２０）。ステップＳ１６において、スタック１２の開回路電圧ＶＳ１をがしきい閾値電圧ＶＬ未満であれば、つまり、開回路電圧の上昇がまだ検知されなければ、時間判定（ステップＳ２２）を経て、ポンプ８０を継続的に駆動させて原料水を流量Ｑ１で蒸発部２に継続的に投入する指令を出力する（ステップＳ１４）。ステップＳ２２においては、原料水が蒸発部２に供給開始された時刻（例えば図３では時刻ｔ１２）から所定時間Δｔｍ経過しているか判定する。原料水が蒸発部２に供給された時刻から所定時間Δｔｍ経過していないときには、原料水を蒸発部２に継続して供給させる。
【００４３】
原料水が蒸発部２に供給開始された時刻から所定時間Δｔｍ経過したにもかかわらず、スタック１２の開回路電圧の上昇（ＶＳ１がＶＬ以上になること）が検知されないときには（ステップＳ２２のＹｅｓ）、水蒸気生成系２Ｘにおいて水蒸気が正常に発生しておらず、水蒸気生成機能が異常であると推定される。このため制御部１００は水蒸気生成系２Ｘの異常信号およびシステム起動停止指令を警報器１０２および表示部１０７に出力し、ユーザまたはメンテナンス者に報知し、メインルーチンにリターンする。
【００４４】
なお、ステップＳ１０の判定において、スタック１２の開回路電圧ＶＳ１がしきい閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であるときには（ステップＳ１０のＮｏ）、通常のスタートを実行する。図２に基づけば、スタック１２の開回路電圧ＶＳ１がしきい閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であるときには、システムの発電停止からの経過時間が長く、発電モジュール１８の内部温度、ひいてはスタック１２の温度がかなり低下しており、更に、蒸発部２の温度が水蒸気を良好に生成させない程度に低下していると考えられるためである。但し、ステップＳ１０の判定において、スタック１２の開回路電圧ＶＳ１がしきい閾値電圧Ｖｍｉｎ未満であったとしても、発電モジュール１８の内部温度、ひいてはスタック１２の温度が高く、蒸発部２の温度が水蒸気を良好に生成させ得る程度に維持されているときには、ポンプ８０を駆動させて原料水を蒸発部２に投入して、スタック１２の開回路電圧の上昇を判定させることにしても良い。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。制御部１００は、判定操作においてスタック１２の開回路電圧の上昇の上昇率（開回路電圧を時間で微分した微分値）を求める。開回路電圧の上昇の上昇率が、上昇率用の第１所定値以上のとき、制御部１００は、開回路電圧の上昇有りと判定し、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘは正常であると判定する。このように水蒸気生成系２Ｘは正常であると判定されると、制御部１００は、再起動操作を実行し、原料水を蒸発部２に供給させると共に燃料を改質部３に供給させてスタック１２の発電運転を行う。判定操作は、図２に示す領域ＨＲ，ＨＳのときに実行することが好ましい。但し、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている場合には、図２に示す領域ＨＴにおいて判定操作を実行しても良い。微分値であれば、時間の概念が導入されるため、原料水の供給とスタック１２の開回路電圧の上昇とを対応させ易い。上昇率であれば、原料水の供給以外に起因するノイズの影響を回避し易い。
【００４６】
これに対して開回路電圧の上昇の上昇率が、上昇率用の第１所定値未満のとき、制御部１００は、開回路電圧の上昇なしと判定する。この場合、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘが水漏等の影響で正常でないおそれがあるため、警報器１０２に異常信号を出力して警報する。
【００４７】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。システムが発電停止されたとしても、改質部３の構成材料には水素がある程度残留していると考えられる。制御部１００は、判定操作においてスタック１２の開回路電圧の上昇（図３における線部分Ｋ５１）、ピーク（線部分Ｋ５２）および下降（線部分Ｋ５３）を順に確認した状態において、開回路電圧の上昇有りと判定する。そして、制御部１００は、再起動操作を実行し、原料水を蒸発部２に供給させると共に燃料を改質部３に供給させてスタック１２の発電運転を行う。上昇（図３における線部分Ｋ５１）、ピーク（線部分Ｋ５２）では、原料水で生成された水蒸気により、改質部３に残留している水素は改質部３から離脱し、アノード１０に到達していると考えることができる。ピーク後の下降（線部分Ｋ５３）では、スタック１２のアノード１０に到達した水素が更に下流側に吐出したため、スタック１２の開回路電圧が低下したものと考えられる。このようにピーク後の下降（線部分Ｋ５３）では、スタック１２のアノード１０に到達した水素が更に下流側に吐出している。従って、ピーク後の下降（線部分Ｋ５３）を検知すれば、スタック１２のアノード１０には水素が残留しておらず、アノード１０をリセット状態（残留水素なし）に設定できる。判定操作は、図２に示す領域ＨＲ，ＨＳのときに実行することが好ましい。但し、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている場合には、図２に示す領域ＨＴにおいて判定操作を実行しても良い。
【００４８】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施形態によれば、発電モジュール１８の内部温度、蒸発部２の温度が相対的に高いほど、蒸発部２に供給する原料水の水量を相対的に増加させる。この場合、蒸発部２が保持する熱量が大きいため、蒸発部２で生成される水蒸気量が増加し、改質部３に残留している水素をスタック１２のアノードに押し出す力を増加でき、スタック１２の開回路電圧を上昇させ易く、判定操作における判定精度を高め得ると考えられる。これに対して発電モジュール１８の内部温度、ひいては蒸発部２の温度が相対的に低いほど、蒸発部２に供給する原料水の水量を相対的に減少させる。蒸発部２の温度が低い場合には、判定操作において蒸発部２に供給した原料水が蒸発部２の温度を低下させ、水蒸気生成機能に影響を与えるためである。
【００４９】
（実施形態５）
本実施形態は、実施形態１と基本的には共通の構成、共通の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。制御部１００は、燃料電池システムの発電運転を停止させる指令を出力した後、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、具体的には、発電モジュール１８の内部温度がＴ１以上のときにおいて、上記した判定操作を実行するために、ポンプ８０を駆動させて原料水を一時的に蒸発部２に供給させる。この場合、システムの発電運転を停止させる毎に、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘが正常であるか否かを自動的にチェックできる。上記した判定操作は、図２に示す領域ＨＲ，ＨＳのときに実行することが好ましい。但し、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている場合には、図２に示す領域ＨＴにおいて判定操作を実行しても良い。
【００５０】
（適用形態１）
図５は適用形態１の概念を模式的に示す。図５に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１で形成されたスタック１２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と改質部３を加熱する燃焼部１０５と、蒸発部２に供給される液相状の原料水を溜めるタンク４と、これらを収容するケース５とを有する。
【００５１】
燃料電池１のスタック１２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）を適用できる。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。燃焼部１０５は前記アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ蒸発部２と改質部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および、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は、多数のガス通路を形成する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は改質器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。改質部３の内部には、改質部３の温度を検知する温度センサ３３と、燃焼部１０５には燃料を着火させるヒータである着火部３５が設けられている。着火部３５は燃焼部１０５の燃料に着火できるものであれば何でも良い。温度センサ３３の信号は制御部１００に入力される。制御部１００は着火部３５を作動させて燃焼部１０５を着火させて高温化させる。制御部１００は警報器１０２をもつ。
【００５２】
運転時には、改質器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。運転時には、蒸発部２は原料水を加熱させて水蒸気とさせ得るように燃焼部１０５により加熱される。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は同時に加熱される。燃料通路６は、燃料源６３からの燃料を改質器２Ａに供給させるものであり、燃料ポンプ６０および脱硫器６２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流体通路７０が繋がれている。カソード流体通路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。
【００５３】
図５に示すように、ケース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、ケース５の上側つまり上室空間５２に収容されている。ケース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１００からの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により加熱され、凍結が抑制される。なお、タンク４内の水位は基本的にはほぼ同一となるようにされていることが好ましい。
【００５４】
図５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、配管としてケース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の出口ポート４pから蒸発部２に供給させる通路である。給水通路８および蒸発部２は水蒸気生成系２Ｘを形成する。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。なお、給水通路８は蒸発部２，改質部３、スタック１２等を介して大気に連通するようにされている。制御部１００はポンプ８０，７１，７９，６０を制御する。
【００５５】
システムの起動時には、燃料ポンプ６０が駆動して燃料が蒸発部２，改質部３、アノード１０を介して燃焼部１０５に供給される。カソードポンプ７１が駆動してカソードガス（空気）が発電モジュール１８内に供給される。この状態で着火部３５を着火させ、燃焼部１０５において燃焼炎を生成させる。この結果、発電モジュール１８の内部が加熱され、蒸発部２，改質部３、スタック１２が加熱される。発電モジュール１８の内部が高温になると、発電運転が開始される。すなわち、ポンプ８０が駆動してタンク４内の水は出口ポート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、高温の蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は燃料通路６から蒸発部２に供給される燃料（ガス状が好ましいが、場合によっては液相状としても良い）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。アノードガスは改質部３の出口ポート３ｐからアノード流体通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にポンプ７１の駆動によりカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソード流体通路７０を介して燃料電池１のカソード１１に供給される。この状態で燃料電池１において発電反応が生じる。
【００５６】
上記した発電反応においては、アノードガスとして水素含有ガスが供給されるアノード１０では、基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。空気（酸素）がカソードガスとして供給されるカソード１１では、基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソード１１において発生した酸素イオン（Ｏ２−）がカソード１１からアノード１０に向けて電解質を伝導する。
（２）…Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（３）…１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
発電反応後のアノードオフガスは、発電反応しなかった水素を含む。カソードオフガスは発電反応に未反応な酸素を含む。アノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼部１０５に排出されて燃焼される。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、排気ガスとなり、熱交換器７６のガス通路を経て排気通路７５を流れ、更に、排気通路７５の先端の排気口からケース５の外部に放出される。図５に示すように、排気通路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で加熱される。熱交換器７６で加熱された水は、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浄水部４３に供給される。浄水部４３はイオン交換樹脂等の水浄化剤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タンク４に移動し、タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、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。
【００５７】
本適用形態においても、前述したように、スタック１２の発電運転が停止されている場合、発電モジュール１８の内部温度がＴ１以上であり、蒸発部２が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときにおいて、スタック１２を再起動させるにあたり、着火部３５の着火前において、判定操作を実行する。
【００５８】
すなわち、原料水を蒸発部２に一時的に供給した状態でスタック１２の開回路電圧（ＯＣＶ）の上昇を判定する判定操作を実行する。判定操作において、スタック１２の開回路電圧の上昇有りのとき、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘは正常であると判定されるとき、上記した着火部３５を着火させる。すなわち、燃料ポンプ６０が駆動して燃料が蒸発部２，改質部３、アノード１０を介して燃焼部１０５に供給される。カソードポンプ７１が駆動してカソードガス（空気）が発電モジュール１８内に供給される。この状態で着火部３５を着火させ、燃焼部１０５で燃焼炎を生成させる。これにより発電モジュール１８の内部が加熱され、蒸発部２，改質部３、スタック１２を加熱させる再起動操作を実行する。上記した判定操作において、スタック１２の開回路電圧の上昇無しのときには、蒸発部２および給水通路８等の水蒸気生成系２Ｘは異常である可能性が高いと判定されるので、制御部１００は警報器１０２に警報する。
【００５９】
［その他］
本発明は上記し且つ図面に示した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。加熱部４０はタンク４に設けられているが、これに限らず、凝縮水通路４２に設けられていても良い。加熱部４０を廃止させても良い。燃料電池１は、場合によっては、溶融炭酸塩形またはりん酸形の燃料電池に適用しても良い。スタックの発電運転が停止されている場合であっても、蒸発部が水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されているときに起動できるものであれば、固体高分子形燃料電池でも良い。燃料としては、都市ガス、ＬＰＧ、バイオガス、ガソリン、灯油、アルコール等でも良い。図５において、発電モジュール１８の内部に、スタック１２，改質部３，蒸発部２が収容されているが、蒸発部２は水蒸気を発生させ得るような温度となる限り、発電モジュール１８の外方に離間して、あるいは、発電モジュール１８の断熱壁１９に隣設されていても良い。上記した記載から次の技術的思想が把握される。
【００６０】
［付記項１］アノード流体が供給されるアノードおよびカソード流体が供給されるカソードをもつ燃料電池のスタックと、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と前記蒸発部に前記原料水を生成させる水搬送源をもつ給水通路とを有する水蒸気生成系と、前記蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部とを具備する燃料電池システムの正否判定方法であって、前記スタックの発電運転を停止する操作を実行し、その後、前記蒸発部が前記水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている状態において、前記原料水を前記蒸発部に一時的に供給した状態で前記スタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行し、前記開回路電圧の上昇有りのとき、前記水蒸気生成系は正常であると判定する燃料電池システムの正否判定方法。発電運転を停止する毎に水蒸気生成系をチェックできる。
【００６１】
［付記項２］アノード流体が供給されるアノードおよびカソード流体が供給されるカソードをもつ燃料電池のスタックと、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と前記蒸発部に前記原料水を生成させる水搬送源をもつ給水通路とを有する水蒸気生成系と、前記蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部とを具備する燃料電池システムの発電運転を停止させる運転停止方法であって、前記スタックの発電運転を停止する操作を実行し、その後、前記蒸発部が前記水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている状態において、前記原料水を前記蒸発部に一時的に供給した状態で前記スタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行し、前記開回路電圧の上昇有りのとき、前記水蒸気生成系は正常であると判定する燃料電池システムの運転停止方法。発電運転を停止する毎に水蒸気生成系をチェックできる。
【００６２】
［付記項３］アノード流体が供給されるアノードおよびカソード流体が供給されるカソードをもつ燃料電池のスタックと、原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と前記蒸発部に前記原料水を生成させる水搬送源をもつ給水通路とを有する水蒸気生成系と、前記蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を水蒸気改質させてアノード流体を形成する改質部とを具備する燃料電池システムの発電運転を起動させる起動方法であって、前記スタックの発電運転が停止されており、且つ、前記蒸発部が前記水蒸気を生成させ得る温度以上に維持されている状態において、前記原料水を前記蒸発部に一時的に供給した状態で前記スタックの開回路電圧の上昇を判定する判定操作を実行し、前記開回路電圧の上昇有りのとき、前記水蒸気生成系の水蒸気生成機能は正常であると判定し、その後、燃料電池システムを起動させる燃料電池システムの起動方法。蒸発部が水蒸気を生成し得る限り、システムを起動させる毎に水蒸気生成系をチェックできる。
【符号の説明】
【００６３】
１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、１２はスタック、１０５は電圧センサ、１０７は表示部、２Ａは改質器、２は蒸発部、２Ｘは水蒸気生成系、３は改質部、３３は温度センサ、３５は着火部、４はタンク、４０は加熱部、５はケース、５７は温度センサ、６は燃料通路、６０は燃料ポンプ（燃料搬送源）、７０はカソード流体通路、７３はアノード流体通路、７５は排気通路、７７は貯湯槽、８は給水通路、８０はポンプ（水搬送源）、１００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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