(57)【要約】【課題】より確実に酸化剤供給弁若しくは酸化剤排出弁の動作不良を検知することで、燃料電池システムの信頼性を向上すること。【解決手段】燃料電池システム１の制御部２０は、燃料ガスが燃料電池２に供給されている状態で酸化剤供給弁１７または酸化剤排出弁１８に閉止の信号を送ったときに、燃料電池２の電極間電圧が規定値より増加した場合に、弁が開故障していると検知することで、より確実に弁の開故障を検知でき、燃焼電池システムの信頼性を向上させることができる。【選択図】図１
2012089236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部と、
前記酸化剤供給部と前記燃料電池とを繋ぐ供給流路と、
前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出するための排出流路と、
前記供給流路を開閉する酸化剤供給弁と、
前記排出流路を開閉する酸化剤排出弁と、
少なくとも前記燃料ガス供給部、前記酸化剤供給部、前記酸化剤供給弁、及び前記酸化剤排出弁を制御するとともに、発電工程と前記発電工程の前に行われる起動工程とを制御する制御部と、
を有している燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料ガス供給部が前記燃料電池に前記燃料ガスを供給し、かつ、前記酸化剤供給弁及び前記酸化剤排出弁のいずれか一方の弁に閉止の信号を送り、かつ、他方の弁に開放の信号を送ったときに、前記燃料電池の電極間電圧が規定値より増加した場合に前記閉止の信号を送った前記一方の弁が開故障していると判断する弁故障診断を行う、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記起動工程は、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、前記燃料ガス供給工程開始後に前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給工程と、を有しており、
前記制御部は、前記燃料ガス供給工程を開始してから前記酸化剤ガス供給工程を開始するまでの間に、前記弁故障診断を行うことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記発電工程を終了してから前記起動工程を開始するまでの間に前記弁故障診断を行うことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記酸化剤供給弁もしくは前記酸化剤排出弁が開故障していると判断された場合、前記燃料電池システムの運転を停止することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記酸化剤供給弁もしくは前記酸化剤排出弁が開故障していると判断された場合、次回の前記起動工程の実施を禁止することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して電力と熱を発生する装置である。また、燃料電池からそれらのガスを供給する流路及び排出するための流路に、それぞれの流路を開閉するための弁が設けられている。これらの弁において、例えば、酸化剤ガスを供給する流路に設けられた弁に閉止指令の信号を送ったにもかかわらず開放しており、開放状態のまま放置すると、燃料電池の運転停止時においても、燃料電池に酸化剤ガスが供給され続けてしまう。この状態が継続すると、燃料電池に含まれる触媒が酸化されてしまい、燃料電池の劣化を引き起こすため、酸化剤ガスの流路に設けられた弁が開放状態のまま放置されている場合、弁が開故障していると判断しその故障を検知する必要がある。
【０００３】
そこで、従来の一般的な燃料電池システムの概略構成図として、図６の構成で表わされるものがある（特許文献１）。
【０００４】
図６に示すように、燃料電池システム２０１は、燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池２０２と、燃料電池２０２に酸化剤ガスを供給する空気ブロワ２１３と、を有している。さらに、燃料電池システム２０１は、空気ブロワ２１３と燃料電池２０２とを繋ぐ供給流路２１４と、燃料電池２０２から酸化剤ガスを排出するための排出流路２１５と、供給流路２１４を開閉する酸化剤供給弁２１７と、排出流路を開閉する酸化剤排出弁２１８と、を有している。また、燃料電池システム２０１は、酸化剤供給弁２１７と酸化剤排出弁２１８との間の流路の圧力を検知する圧力検知部２２１とを有し、圧力検知部２２１の検知する圧力の時間変化の傾きに基づいて酸化剤供給弁２１７と酸化剤排出弁２１８の動作不良を判定するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９４０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の燃料電池システムの構成では、酸化剤供給弁と酸化剤排出弁の動作不良を判定するために圧力検知部が用いられていたが、圧力検知部が検知する気体の温度が変化した場合、その気体の圧力も変化するため、圧力検知部が誤検知をする場合があった。例えば、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁の両方の弁が閉止している場合は、圧力検知部の検知対象である気体は閉空間に閉じられているため、圧力検知部は所定の圧力を検知している。しかし、検知対象の気体の温度が大きく下がった場合は検知対象の気体の圧力は低下するので、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁の両方の弁が閉止しているにも関わらず、圧力検知部が検知対象の気体の圧力低下を検知する場合があった。この場合、従来の燃料電池システムでは、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁の少なくとも一方の弁が開故障しているために検知対象の気体が流路に漏れていると誤判断してしまう、という課題を有していた。
【０００７】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、より確実に酸化剤供給弁若しくは
酸化剤排出弁の動作不良を検知できる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を達成するために、本発明は、
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部と、
酸化剤供給部と燃料電池とを繋ぐ供給流路と、
燃料電池から酸化剤ガスを排出するための排出流路と、
供給流路を開閉する酸化剤供給弁と、
排出流路を開閉する酸化剤排出弁と、
少なくとも燃料ガス供給部、酸化剤供給部、酸化剤供給弁、酸化剤排出弁を制御するとともに、発電工程と発電工程の前に行われる起動工程とを制御する制御部と、
を有している燃料電池システムであって、
制御部は、燃料ガス供給部が燃料電池に燃料ガスを供給し、かつ、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁のいずれか一方の弁に閉止の信号を送り、かつ、他方の弁に開放の信号を送ったときに、燃料電池の電極間電圧が規定値より増加した場合に閉止の信号を送った一方の弁が開故障していると判断する弁故障診断を行う、
燃料電池システムである。
【０００９】
これによって、より確実に酸化剤排出弁もしくは酸化剤排出弁の開故障を検知することができ、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、より確実に酸化剤排出弁もしくは酸化剤排出弁の開故障を検知することができ、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略図
【図２】同燃料電池システムの酸化剤供給弁の開故障確認の一連の動作フロー図
【図３】同燃料電池システムの酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁の少なくとも一方の弁が故障している場合と両方の弁が正常な場合との電極間電圧の違いを示す図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略図
【図５】本発明の実施の形態２１における燃料電池システムの酸化剤供給弁の開故障確認の一連の動作フロー図
【図６】従来の燃料電池システムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の本発明は、
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部と、
酸化剤供給部と燃料電池とを繋ぐ供給流路と、
燃料電池から酸化剤ガスを排出するための排出流路と、
供給流路を開閉する酸化剤供給弁と、
排出流路を開閉する酸化剤排出弁と、
少なくとも燃料ガス供給部、酸化剤供給部、酸化剤供給弁、酸化剤排出弁を制御するとともに、発電工程と発電工程の前に行われる起動工程とを制御する制御部と、
を有している燃料電池システムであって、
制御部は、燃料ガス供給部が燃料電池に燃料ガスを供給し、かつ、酸化剤供給弁及び酸
化剤排出弁のいずれか一方の弁に閉止の信号を送り、かつ、他方の弁に開放の信号を送ったときに、燃料電池の電極間電圧が規定値より増加した場合に閉止の信号を送った一方の弁が開故障していると判断する弁故障診断を行う、
燃料電池システムである。
【００１３】
これにより、閉止の信号を送った弁が閉止していれば、燃料電池に酸化剤ガスが供給されないため、燃料電池の電極間電圧は増加しないが、閉止の信号を送った弁が開放しておれば、燃料電池に酸化剤ガスが供給されて、燃料電池の電極間電圧が増加する。したがって、燃料電池の電極間電圧を検知することにより弁の開故障不良をより確実に検知できるため、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【００１４】
ここで、規定値とは、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁の両方が開いている場合に成り得る電圧値を予め実験的に定めた値である。
【００１５】
また、起動工程は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、燃料ガス供給工程開始後に燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給工程と、を有しており、制御部は、燃料ガス供給工程を開始してから酸化剤ガス供給工程を開始するまでの間に、弁故障診断を行ってもよい。
【００１６】
これにより、起動工程中に、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁のいずれか一方の弁に閉止の信号を送り、他方の弁に開放の信号を送る動作を実施することで弁故障診断が実現でき、起動時間も延長せずに、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【００１７】
さらに、制御部は、発電工程を終了してから起動工程を開始するまでの間に弁故障診断を行ってもよい。
【００１８】
これにより、燃料電池システムの運転停止後、すなわち、酸化剤供給弁及び酸化剤排出弁を閉止直後の早期に酸化剤供給弁もしくは酸化剤排出弁の故障が判明することから、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【００１９】
また、制御部は、酸化剤供給弁もしくは酸化剤排出弁が開故障していると判断された場合、燃料電池システムの運転を停止することが好ましい。
【００２０】
これにより、酸化剤供給弁もしくは酸化剤排出弁が開故障していた場合、燃料電池に含まれる触媒が酸化されてしまい、燃料電池の劣化を引き起こすため、燃料電池システムの運転を停止することにより、燃料電池の劣化を防止でき、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【００２１】
制御部は、酸化剤供給弁もしくは酸化剤排出弁が開故障していると判断された場合、次回の起動工程の実施を禁止することが好ましい。
【００２２】
これにより、酸化剤供給弁もしくは酸化剤排出弁が開故障していた場合、再度起動すると、燃料電池の温度が上昇し、燃料電池に酸化剤ガスが更に供給されてしまう。そのため、燃料電池の劣化をより引き起こすため、燃料電池システムの次回の起動工程の実施を禁止することにより、燃料電池の劣化を防止でき、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１の構成を示す概略図である。
【００２５】
本実施の形態における燃料電池システム１は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部の一例である水素生成器４と、水素生成器４に原料ガスを供給する原料ガス供給部である原料ブロワ５と、を有している。
【００２６】
水素生成器４は、都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素系燃料である原料ガスが供給されて、原料ガスと水蒸気とを用いて改質を行い、水素濃度が高い燃料ガスを生成する。また、水素生成器４は、改質部で改質した改質ガスを選択酸化反応させ、一酸化炭素濃度を低減した燃料ガスを生成する選択酸化器３を有している。
【００２７】
また、燃料電池システム１は、燃料電池２から排出された未反応の燃料ガスを燃焼して再利用する水素生成器４の燃焼器４ａと、原料ガスユーティリティ（図示せず）と、を有している。
【００２８】
さらに、燃料電池システム１は、原料ブロワ５と水素生成器４とを連通する原料供給流路６と、水素生成器４と燃料電池２とを連通して水素生成器４で生成された燃料ガスを燃料電池２に導入する燃料ガス流路７と、を有している。また、燃料電池システム１は、燃料電池２と燃焼器４ａとを連通して燃料電池２から燃料ガスを燃焼器４ａに導く排出ガス流路８と、燃料電池２を介さずに燃料ガス流路７と排出ガス流路８とを接続するバイパス流路９と、を有している。
【００２９】
さらに、燃料電池システム１は、バイパス流路９上に配されバイパス流路９を連通／遮断する、つまり開閉するバイパス弁１０と、燃料ガス流路７上のバイパス流路９との分岐点から燃料電池２の間に配され燃料ガス流路７を開閉するアノード入口弁１１と、を有している。また、燃料電池システム１は、排出ガス流路８上の燃料電池２からバイパス流路９との合流点の間に配され排出ガス流路８を開閉するアノード出口弁１２とが設けられている。
【００３０】
さらに、燃料電池システム１は、燃料電池２および選択酸化器３に各々発電用および一酸化炭素除去用に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部の一例である空気ブロワ１３と、空気ブロワ１３と燃料電池２とを連通する供給流路１４と、燃料電池２から酸化剤ガスを大気に排出するための排出流路１５と、を有している。また、燃料電池システム１は、供給流路１４から分岐して空気ブロワ１３から空気を選択酸化器３に供給する選択酸化空気流路１６と、供給流路１４に設けられ酸化剤ガスの通流／遮断、つまり供給流路１４を開閉する酸化剤供給弁１７と、排出流路１５に設けられ酸化剤ガスの通流／遮断を行う酸化剤排出弁１８と、燃料電池２の電極間電圧を計測するスタック電圧計１９と、を有している。
【００３１】
ここで、制御部２０は、少なくとも、原料ブロワ５、バイパス弁１０、アノード入口弁１１、アノード出口弁１２、空気ブロワ１３、酸化剤供給弁１７および酸化剤排出弁１８を制御する。
【００３２】
なお、本実施の形態における構成部材としての原料ブロワ５は燃料電池２に燃料ガスを供給する原料ガス供給部、空気ブロワ１３は燃料電池２に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部の具体的一例である。
【００３３】
天然ガス、ＬＰＧ等の原料ガスが原料ブロワ５により水素生成器４に供給される。水素生成器４では、供給された原料が水蒸気により改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、選択酸化器３に供給される。選択酸化器３では、空気ブロワ１３から選択酸化空気流路１６を通じて空気が供給され、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化して二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素濃度を極めて低くした燃料ガスを生成する。生成された燃料ガスは、燃料電池２の燃料極側に供給される。
【００３４】
一方、酸化剤供給弁１７および酸化剤排出弁１８を開放し、空気ブロワ１３によって、供給流路１４を通じて、空気が酸化剤ガスとして燃料電池２のカソード側に供給される。反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の酸化剤ガスは、排気流路１５を通じて外部に放出される。燃料電池２では、このようにして、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電気化学的に反応が行われ、それにより発電が行われるとともに熱が発生する。
【００３５】
ここで、制御部２０が酸化剤供給弁１７もしくは酸化剤排出弁１８に閉止の信号を送っているにもかかわらず開放した状態（以下、開故障と表現する）で放置すると、燃料電池２の運転停止時においても、燃料電池２に酸化剤ガスが供給され続け、燃料電池２に含まれる触媒が酸化されてしまい、燃料電池２の劣化を引き起こすため、酸化剤供給弁１７および酸化剤排出弁１８弁の故障を検知する必要がある。
【００３６】
そこで、本実施の形態における燃料電池システム１の酸化剤供給弁１７の弁の開故障診断に関する一連の具体的な動作を説明する。
【００３７】
制御部２０は、起動工程と、起動工程後の発電工程と、発電工程後の停止処理工程と、停止処理工程後の停止工程とを行うように、燃料電池システム１全体を制御している。
【００３８】
起動工程は、燃料電池２に供給する燃料ガスを供給するために、原料ガスから水素生成器４にて燃料ガスの生成を行うための工程である。起動工程は、起動工程が開始して水素生成器４が燃料ガスを生成できる温度に加熱された後に行われ燃料電池２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、燃料ガス供給工程開始後に燃料電池２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給工程と、を有している。発電工程は、酸化剤ガス供給工程開始後に行われ、燃料電池２の発電を行う工程である。停止処理工程は、発電工程終了後に行われ、燃料電池２の停止処理を行うための工程である。停止工程は、停止処理工程後の状態であり、待機している状態である。
【００３９】
ここで、本実施の形態における燃料電池システム１の制御部２０は、燃料ガス供給工程を開始したときから、酸化剤ガス供給工程を開始するまでの間に弁故障診断を行う。具体的に弁故障診断について説明すると、制御部２０は、燃料ガスが燃料電池２に供給されている状態で弁に閉止の信号を送ったときに、図３の曲線Ａに示すように燃料電池２の電極間電圧が規定値Ｘより増加した場合に、弁が開故障していると検知して、燃料電池システム１の運転を停止する機能を持つ。規定値Ｘは、例えば、燃料電池２の単セル当たりの電極間電圧が０．４（Ｖ）〜０．８（Ｖ）の範囲内の値に設定することが好ましい。より好ましくは、規定値Ｘは０．６（Ｖ）〜０．７（Ｖ）である。
【００４０】
図２は、起動工程における酸化剤供給弁１７の弁故障診断の一連の動作フローを示すフロー図である。
【００４１】
燃料電池システム１の起動が開始されると、まず、原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する初期工程（ステップＳ１０１・Ｓ１０２）が開始される。制御部２０は、バイパ
ス弁１０に開放の信号を送り、アノード入口弁１１、アノード出口弁１２、酸化剤供給弁１７、酸化剤排出弁１８に閉止の信号を送る。また、原料ブロワ５に起動信号を送り、空気ブロワ１３に停止信号を送る（ステップＳ１０１）。これにより、原料ガスユーティリティから原料ガスが原料ブロワ５によって所定の圧力に昇圧した状態で、原料供給流路６、水素生成器４、バイパス流路９を経由して、燃焼器４ａに供給され、燃焼器４ａは燃焼を開始するとともに、水素生成器４は、原料ガスを利用して、燃料ガスを生成し始める。
【００４２】
起動工程の初期工程では水素生成器４が充分に加熱されていないため、水素生成器４で生成される燃料ガスには多くの一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素濃度が比較的高い燃料ガスを燃料電池２に供給した場合、燃料電池２のアノードが有する触媒が被毒する。そこで、起動工程中は、水素生成器４にて生成された燃料ガスは、バイパス流路９を介して燃焼器４ａにて燃焼を行う。
【００４３】
選択酸化触媒が反応可能な温度になると、選択酸化器３に空気を供給するために、制御部２０は、空気ブロワ１３に起動信号を送る（ステップＳ１０２）。水素生成器４の加熱に必要な時間が経つか若しくは水素生成器４が所定の温度になり、水素生成器が燃料ガスの一酸化炭素が低下すれば、燃料ガス供給工程（ステップＳ１０３）を開始する。
【００４４】
燃料ガス供給工程として、ステップＳ１０３では、制御部２０は、バイパス弁１０に閉止の信号を送り、アノード入口弁１１およびアノード出口弁１２に開放の信号を送る。これにより、水素生成器４で生成された燃料ガスが燃料電池２に供給され、酸化剤供給弁１７の弁故障診断（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）に移行する。
【００４５】
酸化剤供給弁１７の弁故障診断として、ステップＳ１０４では、制御部２０は、酸化剤供給弁１７に閉止、酸化剤排出弁１８に開放の信号を送り、スタック電圧計１９により、燃料電池２の電極間電圧を確認する。ここで、制御部２０は酸化剤供給弁１７に閉止信号を送っているので、酸化剤供給弁１７が閉止していれば、燃料電池２の電極間電圧は上昇しないが、酸化剤供給弁１７が開放していれば、燃料電池２のカソードに酸化剤ガスが供給される。また、燃料電池２のアノードには燃料ガスが供給されていることから、燃料電池２の電極間電圧が上昇する。
【００４６】
このとき、制御部２０は、スタック電圧計１９により計測される燃料電池２の電極間電圧が規定値のＸ（Ｖ）以上であれば（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、酸化剤供給弁１７が開故障していることを検知し（ステップＳ１０６）、酸化剤排出弁１８を閉止し、酸化剤供給弁１７の開故障確認を終了し、燃料電池システム１の運転を停止する。
【００４７】
スタック電圧計１９により計測される燃料電池２の電極間電圧が規定値のＸ（Ｖ）未満であれば（ステップＳ１０５でＮｏ）、酸化剤供給弁１７が開故障していないことを判定し、酸化剤供給弁１７の開故障確認を終了し、酸化剤ガス供給工程（ステップＳ１０７）として、酸化剤供給弁１７を開放する。
【００４８】
そして、同様の方法で、制御部２０は、酸化剤排出弁１８に閉止、酸化剤供給弁１７に開放の信号を送り、スタック電圧計１９により、燃料電池２の電極間電圧を確認して、酸化剤排出弁１８の弁故障診断を行う。
【００４９】
以上のように、本実施の形態においては、制御部２０は、発電運転を開始する前の起動中に、スタック電圧計１９が検知する電極間電圧が規定値であるＸ（Ｖ）以上に増加したことを検知して、閉止の信号を送った弁が開故障していることを判定して、燃料電池システム１の運転を停止することができる。そのため、圧力検知部を備えなくても、燃料電池２の電極間電圧により弁の作動不良を検知できるため、部品点数が減少し、燃料電池シス
テム１の簡素化を実現できる。
【００５０】
なお、図２に基づき説明した、弁の開故障診断で、酸化剤供給弁１７が開故障していることを検知したときには、第５の本発明における、次回の起動工程の実施を禁止することがより好ましい。これは、酸化剤供給弁１７が開故障した場合でも、燃料電池２の発電を行う発電工程では制御部２０が酸化剤供給弁１７に開放信号を送り続けることから、発電工程を実施しても、異常は生じないためである。
【００５１】
なお、図２に基づき説明した、弁の開故障診断で、酸化剤供給弁１７が開故障していることを検知したときには、複数回開故障を検知した場合に、燃料電池システム１の運転を停止するほうが好ましい。これは、開故障判定ミスを生じる可能性があるため、開故障を検知して初めて異常を確定し、燃料電池システム１の運転を停止するほうがより好ましい。
【００５２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す概略図である。なお、図４において、図１と互いに同一あるいは、相当する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００５３】
なお、本実施の形態における構成部材として、空気ブロワ１３は燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部の具体的一例である。
【００５４】
本実施の形態における燃料電池システム３１の酸化剤供給弁１７の弁の弁故障診断に関する一連の具体的動作を説明する。
【００５５】
制御部２０は、起動工程と、起動工程後の発電工程と、発電工程後の停止処理工程と、停止処理工程後の停止工程とを行うように、燃料電池システム１全体を制御している。
【００５６】
起動工程は、燃料電池２に供給する燃料ガスを供給するために、原料ガスから水素生成器４にて燃料ガスの生成を行うための工程である。起動工程は、起動工程が開始して水素生成器４が燃料ガスを生成できる温度に加熱された後に行われ燃料電池２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、燃料ガス供給工程開始後に燃料電池２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給工程と、を有している。発電工程は、酸化剤ガス供給工程開始後に行われ、燃料電池２の発電を行う工程である。停止処理工程は、発電工程終了後に行われ、燃料電池２の停止処理を行うための工程である。停止工程は、停止処理工程後の状態であり、待機している状態である。
【００５７】
ここで、本実施の形態における燃料電池システム３１の制御部２０には、発電工程を終了してから、停止工程に移るまでの間に弁故障診断を行う。具体的には、停止処理工程において燃料ガスが燃料電池２に供給されている状態で弁故障診断を行う。弁に閉止の信号を送り、燃料電池２の電極間電圧が規定値Ｙ（Ｖ）より増加した場合に、弁が開故障していると検知する。弁が開故障していると判断した場合、燃料電池システム３１の運転を停止する。また、本実施の形態における燃料電池システム３１の制御部２０は、弁の開故障を検知したときに、燃料電池システム３１の次回の起動工程の実施を禁止する機能を持つ。
【００５８】
図５は酸化剤供給弁１７の開故障確認の一連の動作フローを示すフロー図である。
【００５９】
弁故障診断を詳細に説明すると、燃料電池システム３１が燃料電池２の発電を停止する発電工程を終了すると停止処理工程に移行し、酸化剤供給弁１７の弁故障診断（ステップ
Ｓ２０１〜Ｓ２０２）を行う。具体的には、制御部２０は、酸化剤供給弁１７に閉止信号を、酸化剤排出弁１８に開放信号を送り（ステップＳ２０１）、燃料電池２への酸化剤ガスの供給を停止する。また、原料ブロワ５を起動させ、アノード入口弁１１とアノード出口弁１２を開放させて、水素生成器４で生成された燃料ガスを燃料電池２に供給する。
【００６０】
このとき、燃料電池２への酸化剤ガスの供給が停止することから、燃料電池２の電極間電圧が低下するため、制御部２０は、スタック電圧計１９により計測される燃料電池２の電極間電圧が規定値Ｙ（Ｖ）以下になれば（ステップＳ２０２でＹｅｓ）、酸化剤供給弁１７が開故障していないことを判定する。そして、酸化剤排出弁１８を閉止させて（ステップＳ２０３）、酸化剤供給弁１７の開故障確認を終了し、停止工程に移行する。規定値Ｙは、例えば、燃料電池２の単セル当たりの電極間電圧が０．４（Ｖ）〜０．８（Ｖ）の範囲内の値に設定することが好ましい。より好ましくは、規定値Ｙは０．５（Ｖ）〜０．７（Ｖ）である。
【００６１】
スタック電圧計１９により計測される燃料電池２の電極間電圧が規定値以上であれば（ステップＳ２０２でＮｏ）、制御部２０は、酸化剤供給弁１７が開故障していることを判定し、酸化剤排出弁１８を閉止させて（ステップＳ２０４）、酸化剤供給弁１７の弁故障診断を終了し、燃料電池システム３１の次回運転を禁止する。
【００６２】
そして、同様の方法で、制御部２０は、酸化剤排出弁１８に閉止、酸化剤供給弁１７に開放の信号を送り、スタック電圧計１９により、燃料電池２の電極間電圧を確認して、酸化剤排出弁１８の弁故障診断を行う。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、制御部２０は、発電運転を停止した後の停止処理工程において、スタック電圧計１９が検知する電極間電圧が規定値であるＹ（Ｖ）以上に増加したことを検知して、閉止の信号を送った弁が開故障していることを検知する。そのため、燃料電池システム３１の運転の次回起動を禁止することができ、圧力検知部を備えなくても、燃料電池の電極間電圧により弁の作動不良を検知できるため、燃料電池システム３１の簡素化を実現でき、燃料電池システム３１の信頼性を向上することができる。
【００６４】
なお、図５に基づき説明した、酸化剤供給弁１７の開故障確認で、酸化剤供給弁１７が開故障していることを検知したときには、複数回開故障を検知した場合に、燃料電池システム３１の運転を停止するほうが好ましい。これは、複数回開故障を判定して初めて異常を確定し、燃料電池システム３１の運転を停止するほうがより好ましい。
【００６５】
また、実施の形態１及び２において、制御部２０は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御部が協働して燃料電池システムの制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の燃料電池システムは、たとえば固体高分子形燃料電池若しくは固体酸化物形燃料電池を有する家庭用もしくは業務用の燃料電池システム等に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１、３１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  選択酸化器
４  水素生成器（燃料ガス供給部）
４ａ  燃焼器
５  原料ブロワ
６  原料供給流路
７  燃料ガス流路
８  排出ガス流路
９  バイパス流路
１０  バイパス弁
１１  アノード入口弁
１２  アノード出口弁
１３  空気ブロワ（酸化剤供給部）
１４  供給流路
１５  排出流路
１６  選択酸化空気流路
１７  酸化剤供給弁
１８  酸化剤排出弁
１９  スタック電圧計
２０  制御部
２２１  圧力検知部
【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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