(57)【要約】【課題】エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されているかどうか検知することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】改質器１と、ＣＯ除去器２と、酸化ガスを供給する酸化ガス供給器４と、ＣＯ除去器２から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池３と、酸化ガス供給器４から供給される酸化ガスをＣＯ除去器２に供給される水素含有ガスに混入させるための第１の酸化ガス流路６と、第１の酸化ガス流路６より分岐し、ＣＯ除去器２より送出される水素含有ガスに酸化ガスを混入させるための第２の酸化ガス流路７と、分岐部より下流の第１の酸化ガス流路に設けられた流量測定器５と、分岐部より下流の第２の酸化ガス流路に設けられた弁８と、制御器９とを備え、制御器９は、酸化ガス供給器４の動作中に、弁８を開放させるよう制御した際の流量測定器５の検出値の変化量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させる燃料電池システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのＣＯ除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記ＣＯ除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記ＣＯ除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第１の酸化ガス流路と、
前記第１の酸化ガス流路より分岐し、前記ＣＯ除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第２の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第１の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第２の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値に基づき、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を一定に制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を増加させるよう制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器が、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのＣＯ除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記ＣＯ除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記ＣＯ除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第１の酸化ガス流路と、
前記第１の酸化ガス流路より分岐し、前記ＣＯ除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第２の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第１の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第２の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値になるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定量増加するよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御器が、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器への操作量の制御指令値の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする請求項７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、水素含有ガスと酸素含有ガスとを利用して発電する燃料電池システムに関し、特に、水蒸気改質反応により炭化水素系の原料と水とから水素含有ガスを生成して発電に利用する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という）に、水素含有ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される水素含有ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この所定の電気化学反応が進行することにより、燃料電池において、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。このようにして生じた電気的エネルギーを、燃料電池システムは、負荷に向けて出力する。
【０００４】
ところで、燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。そのため、従来の燃料電池システムには、通常、発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。
【０００５】
この改質器では、改質触媒において水蒸気改質反応が進行することにより、有機化合物を含む都市ガス等の原料と水とから水素含有ガスが生成される。この際、改質器が有する改質触媒は、加熱器により水蒸気改質反応の進行に適した温度に加熱される。加熱器は、例えば都市ガスと空気との混合ガスを燃焼することにより、改質器が有する改質触媒を加熱する。これにより、改質器では、都市ガス等の原料と水とから水素を含む水素含有ガスが効率良く生成される。燃料電池システムは、改質器が生成する水素含有ガスと酸素含有ガスとしての例えば空気を利用して発電を行う。
【０００６】
なお、改質器から生成する水素含有ガスには一酸化炭素が含まれているが、一酸化炭素によって燃料電池に含まれる触媒が被毒されるため、燃料電池での正常な発電が行えなくなる。そこで、改質器にて生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、変成反応を行う変成器や、酸化反応を行うＣＯ除去器を設けるのが一般的である。ここでは、特にＣＯ除去器について述べる。
【０００７】
水素含有ガスに酸化ガス供給器から供給された酸化ガス（例えば、空気）を混合し、ＣＯ除去器が有する酸化触媒にて酸化反応を行うことにより、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、一酸化炭素の濃度を低減することが出来る。しかしながら、ＣＯ除去器を通った後の水素含有ガスには、まだ10ppmほどの一酸化炭素が含まれており、燃料電池を長期間運転する場合、この濃度レベルでは燃料電池が被毒される。そこで、一酸化炭素をさらに除去するために、ＣＯ除去器にて処理された水素含有ガスに酸化ガスを供給し、燃料電池のアノード触媒にて一酸化炭素を酸化し除去する方法（以下、これをエアブリードと呼ぶ）が一般的に用いられている。
【０００８】
エアブリードを行う場合、ＣＯ除去器と燃料電池との間に、エアブリード用の酸化ガスを供給する必要があり、そのために、酸化ガス供給器と流量測定器が必要となる。しかしながら、エアブリード専用の酸化ガス供給器と流量測定器を設けると、燃料電池システムのコストが増加したり、装置の大型化などの課題が生じる。
【０００９】
そこで、エアブリード用の酸化ガス供給器を酸化空気用の酸化ガス供給器と共用する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案された燃料電池システムの構成によれば、部品点数を減らし、コストダウンと装置の小型化を実現することが可能となる。そして、エアブリードを行うことにより、水素含有ガス中の一酸化炭素による燃料電池の被毒を防止することが可能となり、燃料電池での安定した発電を実現できる。
【００１０】
さらに、流量測定器はＣＯ除去器へ酸化ガスを供給する経路にのみ設け、エアブリード用の酸化ガスはＣＯ除去器用の流量測定器の上流で経路を分岐し、経路の圧損の差異により、酸化ガス量をそれぞれ最適な量に分けることができる。これにより、部品点数を削減し、コストダウンと装置の小型化を実現できる。
【特許文献１】特開２００５−１９０９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この提案された燃料電池システムでは、エアブリード経路に設けた弁を開放し、エアブリードをしようとする場合に、弁が固着していて開かなかったり、エアブリード経路の配管内に水が凝縮して詰まったりして、エアブリード用の酸化ガスを正常に送れなくなり、燃料電池を劣化させるという課題を有している。
【００１２】
なお、エアブリード経路の弁は、燃料電池システムの起動時においてＣＯ除去器にのみ酸化ガスを供給する場合や、燃料電池システムの起動動作において酸化ガス供給器より酸化ガスを供給していない状態においてＣＯ除去器を通流する水蒸気を含んだガスがエアブリード経路に逆流することで生じる水詰まりを防止するために必要となるものであり、削除することは出来ない。
【００１３】
本発明は、上記従来の燃料電池システムの課題を考慮して、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化が進行することを抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのＣＯ除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記ＣＯ除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記ＣＯ除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第１の酸化ガス流路と、
前記第１の酸化ガス流路より分岐し、前記ＣＯ除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第２の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第１の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第２の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値に基づき、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１５】
又、第２の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第１の本発明の燃料電池システムである。
【００１６】
又、第３の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を一定に制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第２の本発明の燃料電池システムである。
【００１７】
又、第４の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の操作量を増加させるよう制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、運転を停止させることを特徴とする第２の本発明の燃料電池システムである。
【００１８】
又、第５の本発明は、
前記制御器が、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする第２の本発明の燃料電池システムである。
【００１９】
又、第６の本発明は、
前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記流量測定器で検出される値の変化量が所定の閾値よりも大きいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする第２の本発明の燃料電池システムである。
【００２０】
又、第７の本発明は、
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するためのＣＯ除去器と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、
前記ＣＯ除去器から送出される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記酸化ガス供給器から供給される前記酸化ガスを前記ＣＯ除去器に供給される前記水素含有ガスに混入させるための第１の酸化ガス流路と、
前記第１の酸化ガス流路より分岐し、前記ＣＯ除去器より送出される前記水素含有ガスに前記酸化ガスを混入させるための第２の酸化ガス流路と、
前記分岐部より下流の前記第１の酸化ガス流路に設けられた流量測定器と、
前記分岐部より下流の前記第２の酸化ガス流路に設けられた弁と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値になるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする燃料電池システムである。
【００２１】
又、第８の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする第７の本発明の燃料電池システムである。
【００２２】
又、第９の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定量増加するよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御するとともに、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、運転を停止させることを特徴とする第７の本発明の燃料電池システムである。
【００２３】
又、第１０の本発明は、
前記制御器が、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器への操作量の制御指令値の増加量が所定の閾値よりも小さい場合、異常の旨を報知する異常報知器を備えることを特徴とする第７の本発明の燃料電池システムである。
【００２４】
又、第１１の本発明は、
前記制御器は、前記流量測定器で検出される値が所定値に維持されるよう前記酸化ガス供給器の操作量を制御中に、前記弁を開放させるよう制御した際の前記酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さいことが複数回以上継続した場合、運転を停止させることを特徴とする第７の本発明の燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化の進行を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成、及び、エアブリード用酸化ガスを供給開始する際の基本的な動作について、図１を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、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模式的に示すブロック図である。尚、図１では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【００２９】
図１の改質器１は、都市ガス、ＬＰＧ、灯油などの少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む原料と水から水素含有ガスを生成する装置であり、水蒸気改質反応を進行させる改質触媒や改質触媒の温度を検知するための温度センサを有している。温度センサとしては本実施の形態では熱電対を用いたが、温度を検知することができれば如何なるセンサでも構わない。また、水は、改質器１の外部にて加熱して水蒸気としてから供給しても構わないが、本実施の形態では改質器１内に水蒸発部が設けられている。又、改質器１に水を供給する水供給器１６と、原料を供給する原料供給器１７が設けられている。
【００３０】
また、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応を進行させるには熱を与える必要があるため、改質器１は加熱器１ａを有しており、これにより改質触媒が加熱される。なお、加熱器としては、本実施の形態では燃焼バーナーが用いられ、燃料としては、改質器１を通過した原料や、燃料電池３のアノードから排出されたアノードオフガスが用いられる。なお、加熱することが出来れば、燃焼バーナーである必要はない。
【００３１】
ＣＯ除去器２は、改質器１で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための装置であり、水素含有ガス流路１０によって改質器１と接続されている。ＣＯ除去器２内に設けられている酸化触媒にて、一酸化炭素と酸化ガス中の酸素を反応させて、二酸化炭素に変化させることで、一酸化炭素が低減される。この酸化ガスは酸化ガス供給器４により供給される。なお、本実施の形態では、酸化ガスの一例として空気を用いた。また、酸化ガス供給器４としては、空気ポンプを用いたが、酸化ガスを供給できれば如何なる構成でも構わない。
【００３２】
燃料電池３は、供給された水素含有ガスと酸化ガスを用いて発電する装置であり、水素含有ガス流路１０によってＣＯ除去器２と接続されている。図示しないが、燃料電池３には酸化剤ガスを供給する経路があり、ブロワなどにより酸化剤ガスとして空気が供給されている。また、燃料電池システムの起動動作時は、改質器１およびＣＯ除去器２を通過した後の水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が高いため、燃料電池３には水素含有ガスを供給せず、燃料電池３をバイパスするバイパス経路１５を通じて改質器１が有する加熱器１ａに水素含有ガスを供給するように制御が行われる。このように加熱器１ａで燃焼させることによって水蒸気改質反応に必要な熱が賄われる。
【００３３】
そして、改質器１およびＣＯ除去器２が十分に温まり、十分に一酸化炭素濃度を低減した水素含有ガスを生成できるようになった時点で、燃料電池３に水素含有ガスを供給し始め、酸化剤ガスと反応させることで発電させる。また、このとき、水素含有ガス中の全ての水素が燃料電池３で発電に使用されるわけではない。そのため、余った水素を含む水素含有ガスは燃料電池３から排出されるアノードオフガスとして、アノードオフガス経路１９を通じて改質器１の加熱器１ａに供給され、改質触媒を加熱するエネルギーとして利用することで、エネルギーの有効利用を行い、効率的な発電を実現することが出来る。また、燃料電池３で発電をすると、電気と熱が発生する。この熱を有効に利用するために、水を流し、水等の熱媒体との熱交換により熱回収が行われている。図示しないが、このように熱回収した熱媒体（例えば、温水）は貯湯タンクなどに蓄えられ、お湯として利用される。
【００３４】
尚、バイパス経路１５は、ＣＯ除去器２と燃料電池３の間の水素含有ガス流路１０と、燃料電池３と加熱器１ａを接続するアノードオフガス経路１９とを接続するように配置されている。又、水素含有ガス流路１０からバイパス経路１５への分岐点には、流路切替器１８が設けられている。この流路切替器１８によって、ＣＯ除去器２を通過した後の水素含有ガスの供給先が、バイパス経路１５側若しくは燃料電池３側に切り替えられる。
【００３５】
酸化ガス供給器４から供給される酸化ガスをＣＯ除去器２に供給するために、酸化ガス供給器４とＣＯ除去器２の上流の水素含有ガス流路１０を接続する第１の酸化ガス流路６が、設けられている。ＣＯ除去器２に供給された酸化ガスは、改質器１で生成した水素含有ガスと混合され、ＣＯ除去器２にて一酸化炭素の低減に使われる。又、第１の酸化ガス流路６には弁１３が設けられており、ＣＯ除去器２への酸化ガスの供給及び停止を行うことが出来る。
【００３６】
尚、酸化ガス流路６は本実施の形態ではＣＯ除去器２の上流と接続しているが、改質器１で生成した水素含有ガスと混合が出来るならば、直接ＣＯ除去器２に酸化ガスが供給されるよう構成しても構わない。
【００３７】
第１の酸化ガス流路６には流量測定器５が設けられている。この流量測定器５により、ＣＯ除去器２に供給される酸化ガスの量が測定され、制御器９により所定の酸化ガス量になるように酸化ガス供給器４が制御される。ここで、ＣＯ除去器２に供給する酸化ガスの量が多すぎると、水素含有ガス中の一酸化炭素だけでなく水素ガスも消費されてしまい、効率良く水素含有ガスを生成することが出来なくなる。また、酸化ガスの量が少なすぎると、水素含有ガス中の一酸化炭素を十分に低減することが出来なくなり、燃料電池３での発電に影響を及ぼす。
【００３８】
又、酸化ガス供給器４と流量測定器５との間の第１の酸化ガス流路６の分岐部１４で分岐し、ＣＯ除去器２の下流の水素含有ガス流路１０と合流する第２の酸化ガス流路７が設けられている。酸化ガス供給器４から供給される酸化ガスの流れは、分岐部１４において酸化ガス供給器４からＣＯ除去器２に酸化ガスを供給する第１の酸化ガス流路６と、酸化ガス供給器４からＣＯ除去器２の下流側に酸化ガスを供給する第２の酸化ガス流路７とに分かれる。
【００３９】
第２の酸化ガス流路７を通過した酸化ガスはＣＯ除去器２の下流に供給され、ＣＯ除去器２で酸化されずにＣＯ除去器２を通過した水素含有ガス中の微量な一酸化炭素を酸化反応により低減するために用いられる。本実施の形態では、ＣＯ除去器２を通過した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度はおよそ１０ｐｐｍである。このわずかな一酸化炭素濃度でも燃料電池３を長期間運転する場合は被毒の影響が現れてしまう。そのため、燃料電池３のアノード触媒中に吸着した一酸化炭素を除去する必要があり、酸化ガスと燃料電池３のアノード触媒に吸着した一酸化炭素とを酸化反応させることによって一酸化炭素が除去される。
【００４０】
なお、第２の酸化ガス流路７には流量測定器５のようなガス流量計が用いられておらず、第１の酸化ガス流路６の流路圧損と第２の酸化ガス流路７の流路圧損との関係により、酸化ガス供給器４により送られた酸化ガスを所定の割合で分流するように設計されている。そして、流量測定器５で測定される酸化ガスの流量に基づき酸化ガス供給器４から供給する酸化ガスの量を調整することで、第２の酸化ガス流路７を通る酸化ガス流量も所望の量とすることができる。又、このように設計することで、第２の酸化ガス流路７上にガス流量計を設置する必要がなくなり、コストを削減すると共に、装置の小型化を実現することができる。なお、本設計は、第１の酸化ガス経路６からＣＯ除去器２に供給される酸化ガスの量、及び第２の酸化ガス経路７からＣＯ除去器２の下流の水素含有ガス流路１０に供給される酸化ガスの量は、それぞれ個別に流量制御しなくても、ＣＯ除去器２に供給される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度に対して、共に比例制御することで一酸化炭素を低減する目的が達成されることに基づく。
【００４１】
又、第２の酸化ガス流路７には弁８が設けられており、この弁８によって第２の酸化ガス流路７は開閉可能に構成されている。燃料電池システムの起動時において、ＣＯ除去器２が十分に温まっていないため、水素含有ガス中の一酸化炭素を十分に低減できない間は、燃料電池３に水素含有ガスが供給されず、バイパス経路１５を介して燃料電池３をバイパスして加熱器１ａに水素含有ガスが供給される。このため、弁８が閉じられて第２の酸化ガス流路７が閉止されており、ＣＯ除去器２にのみ酸化ガスが供給される。
【００４２】
また、起動時において燃料電池システム（特に、改質器１）の温度を上昇させている間に、改質器１を通過した後の水素含有ガスには多量の一酸化炭素が含まれている。その状態でＣＯ除去器２に酸化ガスを供給するとＣＯ除去器２の酸化触媒が過昇温してしまう可能性があり、酸化ガス供給器４を止める場合がある。このとき、一酸化炭素を多量に含んだ水素含有ガスが第２の酸化ガス流路７を逆流し、ひいては酸化ガス供給器４を介して大気に放出してしまう可能性があるため、第２の酸化ガス流路７は、弁８により酸化ガス供給器４に連動して閉止される。この場合は、第１の酸化ガス流路６の弁１３も閉じられる。また、停止時・待機時においてシステム内部に含まれる可燃ガスが酸化ガス供給器４を介してシステム外部に漏出しないようにするために弁８及び弁１３を閉じる必要がある。以上のような理由から、弁８は必要であり、取り除くことは出来ない。
【００４３】
制御器９は、流量測定器５で計測された酸化ガスの流量を、現在の運転状態（例えば、燃料電池３の発電量）に対応する酸化ガスの目標流量にするために、酸化ガス供給器４の操作量を増減させる装置である。また、制御器９は、流量測定器５の検出値もしくは酸化ガス供給器４の操作量もしくは酸化ガス供給器４への操作量の制御指令値をもとに弁８の異常を検知したり、燃料電池システムを停止する制御も行う。本実施の形態では制御器９の構成としては、マイコン等の演算装置であり、ＣＰＵ等からなる演算部（図示せず）を有している。制御器９は所定の動作を行うことができれば如何なる構成でも構わない。
【００４４】
又、制御器９によって、正常に酸化ガスを水素含有ガス流路１０に供給できていない旨の異常が検知された場合に、ユーザーやメンテナンス会社に異常発生の旨を知らせる異常報知器１２が設けられている。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムがエアブリード用酸化ガスを供給開始するまでの基本的な起動動作について説明する。図２は、本実施の形態１の燃料電池システムの制御フローを示す図である。
【００４６】
燃料電池システムの起動動作では、制御器９は、図２のＳ１に示すように、はじめに改質器１を加熱器１ａにより加熱し、改質器１を水素含有ガスを生成するのに適した温度に上昇させる。具体的には、改質器１を加熱するために、制御器９により原料供給器１７から改質器１に供給開始される。そして、流路切替器１８により改質器１内を流通した原料が燃料電池３をバイパスするバイパス経路１５を通過した後、加熱器１ａに供給され、燃焼される。改質器１内に原料を通す理由は改質器１及びＣＯ除去器２を内部から加熱する熱媒体として原料を用いるためであり、原料を改質器１内を通さず直接加熱器に供給しても構わない。
【００４７】
次に、水蒸気が改質器１に供給されるが、改質器１内に含まれる原料は水の無い状態で所定温度以上に加熱されると、原料中の炭素成分が析出して改質器１の流路が詰まったり、改質触媒を劣化させるため、改質器１の温度が原料中の炭素が析出しない上限温度未満にて改質器１に水蒸気が供給開始される。なお、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、上記上限温度未満にて水供給器１６より水が改質器１に供給されるよう制御器９により制御される（Ｓ２）。
【００４８】
又、本実施の形態では、加熱器１ａの熱により水を水蒸気にしているため、水供給器１６より水の供給が開始される際には、水蒸発部が水を蒸発できる温度になるように加熱器１ａから出る熱が配分される。なお、本実施の形態では、水供給器１６より改質器１に水の供給を開始する改質器１の温度を400℃としたが、炭素が析出しない上限温度未満で水蒸発可能な温度であれば如何なる温度でも構わない。また、この温度は改質器１の構成や温度検知手段の取り付け位置などにより異なってくる。
【００４９】
このように改質器１に原料と水蒸気を供給すると、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成し始める。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、改質触媒の温度により生成する水素濃度や一酸化炭素濃度が異なってくる。そして、制御器９は、改質器１内の温度が十分に温まり、水素含有ガス中の水素濃度が増加し始めてから、弁１３を開放し、酸化ガス供給器４を動作させることにより、第１の酸化ガス流路６を経由して、ＣＯ除去器２に酸化ガスが供給される（Ｓ３）。
【００５０】
一方、ＣＯ除去器２で行われる酸化反応も平衡反応であるため、ＣＯ除去器２は、反応を進めるために必要な温度までヒーターなどにより加熱される。なお、ＣＯ除去器２の構成によっては、改質器１から送出されるガスが保有する熱を利用して温めることも可能であり、必ずしもヒーターなどの加熱手段はなくても構わない。ＣＯ除去器２により一酸化炭素の濃度が低減されるが、ＣＯ除去器２に酸化ガスを供給し始めたばかりの時は、酸化触媒の温度が均一に温まっていないことや、改質器１がまだ十分に温まっておらず高濃度の一酸化炭素が送られてくるなどの理由から、ＣＯ除去器２を通過した後の水素含有ガス中の一酸化炭素濃度はまだ十分に低減されていない。そのため、改質器１とＣＯ除去器２がともにそれぞれの最適な反応温度に上昇した後、流路切替器１８がバイパス経路１５側から燃料電池３側に切り替えられ、燃料電池３に水素含有ガスの供給が開始されることになる。
【００５１】
ＣＯ除去器２が反応温度に上昇した後も、ＣＯ除去器２を通過した後の水素含有ガスには約10ppmの一酸化炭素が含まれており、この一酸化炭素による燃料電池３のアノード被毒を抑制するために、第２の酸化ガス流路７からＣＯ除去器２を通過した後の水素含有ガスに酸化ガスを供給する必要がある。
【００５２】
第２の酸化ガス流路７からの酸化ガスの供給を開始するタイミングは、第１の酸化ガス流路６からの酸化ガスの供給を開始してから、燃料電池３に水素含有ガスの供給を開始する直前までの間であって、燃料電池３に供給する水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を十分に低減できるタイミングであればよい。本実施の形態では、第１の酸化ガス流路６から酸化ガスの供給を開始した後、酸化ガスの流量が安定してから供給開始することとした。安定時間としては、１分間としたが、時間は装置構成により異なるため、この限りではない。
【００５３】
第２の酸化ガス流路７からの酸化ガスの供給は、酸化ガス供給器４から第１の酸化ガス流路６に酸化ガスが供給されている状態で、制御器９の制御信号により弁８を閉止状態から開放状態にすることで開始される。第１の酸化ガス流路６と第２の酸化ガス流路７に流れる酸化ガスの量の分配比がおよそ4.5：1となるように各々の流路の抵抗が設計されている。この分配比は、弁８、弁１３が完全に開放され、第１の酸化ガス流路６、及び第２の酸化ガス流路７に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態で実現される。尚、酸化ガス量の分配比はＣＯ除去器２を通った後の水素含有ガス中の一酸化炭素の量や燃料電池の耐被毒性能により変更する必要が生じる。そのため、酸化ガスの分配比は上記比率の限りでなく、それぞれの装置構成に適した比率とすればよい。
【００５４】
なお、流量制御の精度で言えば、通常、ＣＯ除去器２で水素含有ガス中のＣＯ濃度を所望の濃度にまで確実に低減させ、さらに残った微量（通常、１０ｐｐｍ程度）の一酸化炭素によるアノード触媒被毒をエアブリードによって抑制するよう設計されるので、第１の酸化ガス流路６に供給する酸化ガスの方が、第２の酸化ガス流路７から供給する酸化ガスよりも、目標流量に対する誤差の許容幅が小さい。例えば、本実施の形態では、第１の酸化ガス流路６に許される誤差範囲が±１０%であるのに対し、第２の酸化ガス流路７に許される誤差範囲は±３０%である。その理由から、流量測定器５はより厳しい流量制御が必要な第１の酸化ガス流路６に設置するのが望ましい。なお、許容される誤差範囲は、装置構成や設計余裕度などにより異なってくるため、この範囲に限定されるものではない。
【００５５】
次に、正常にエアブリードが実施されているか否かを検知する方法について説明する。
【００５６】
上述したように、弁８を開放することによりＣＯ除去器２の下流側に酸化ガスの供給を行うが、弁８が正常に動作せず完全に開放されない場合や、凝縮水等によって第２の酸化ガス流路７が詰まっている場合には、第２の酸化ガス流路７から所定量の酸化ガスを供給することが出来ず、エアブリードを正常に実施することが出来なくなる。従って、エアブリードを正常に行い、燃料電池３の劣化が進行することを抑制するために、第２の酸化ガス流路７から酸化ガスを供給開始した際に所定量の酸化ガスが供給されているか否かを確認する必要がある。
【００５７】
本実施の形態における燃料電池システムは、制御器９が酸化ガス供給器４の操作量を一定に制御しながら、弁８に開放指令を発してエアブリードを開始する際の流量測定器５の検出値に基づきエアブリード動作の異常検知が実施される。
【００５８】
弁８が閉じている状態では、酸化ガス供給器４の操作量を一定に制御しておけば、流量測定器５で測定される流量値もほぼ一定値となる。その状態から、酸化ガス供給器４の操作量を一定に保ったまま、弁８を開放すると、同一能力で送られる酸化ガスが分岐されて第１の酸化ガス流路６と第２の酸化ガス流路７に流れるため、流量測定器５に流れる酸化ガスは少なくなる。
【００５９】
しかしながら、弁８が正常に動作せず、制御器９が開放指令を発しても閉止状態のままである場合や、第２の酸化ガス流路７が詰まっている場合には、流量測定器５に流れる酸化ガスの量は変化しないか、もしくは、第１の酸化ガス経路６を流れる酸化ガスの流量の減少量が想定される値よりも小さくなる。このように、エアブリードを開始するために、制御器９が、弁８を閉止状態から開放状態にする開放指令を発した時、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが正常に流通するか否かによって流量測定器５で検出される流量の変化量が異なる。
【００６０】
本実施の形態では、流量測定器５によって検出される検出値に基づいて、エアーブリードが正常に行われているか否かが検知される。
【００６１】
図２に示すＳ３で、弁１３を開放し、第１の酸化ガス流路６を通じて酸化ガスが供給された後、酸化ガスの流量が安定した状態において、流量Ａ（弁８に対する開放指令前）が流量検出器５によって検出される（図２のＳ６参照）。
【００６２】
次に、流量Ａの計測後、制御器９は、弁８に対して開放指令を発する（Ｓ７）。
【００６３】
続いて、弁８に対して開放指令を発した後の流量Ｂが、流量測定器５によって計測される（Ｓ６）。
【００６４】
ここで、本実施の形態では、本発明の「流量測定器の検出値の変化量」として、流量測定器５によって検出される酸化ガスの流量の変化量が下記式（１）のように定義される。尚、この変化量Ｘは、絶対値ではなく正又は負の値を有する相対値である。
【００６５】
変化量Ｘ＝弁８に対する開放指令後の流量Ｂ―弁８に対する開放指令前の流量Ａ・・・（式１）
次に、Ｓ７にて制御器９は、流量Ａと流量Ｂから変化量Ｘを演算する。そして、Ｓ８にて、変化量Ｘと予め設定されている閾値Ｚの比較を行い、変化量Ｘが閾値Ｚよりも大きい場合、すなわち式（２）を満たしている場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
【００６６】
変化量Ｘ＞閾値Ｚ・・・（式２）
又、弁８が全く動作しない場合や、第２の酸化ガス流路７が完全に詰まっている場合等のように、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流通しない時の変化量をＸｏとし、弁１３が完全に開放され、第１の酸化ガス流路６及び第２の酸化ガス流路７に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態（上述した分配比で酸化ガスが流れる状態）における変化量をＸｐとすると、閾値Ｚは、例えば、ＸｏとＸｐの中央の値に設定することが出来る。尚、この閾値は、装置構成や酸化ガスの分岐の仕方などにより、値は異なってくるため、その値に限られるものではなく、酸化ガス供給器４から供給される酸化ガス量に応じて設定される燃料電池３の触媒性能を劣化させないようなエアーブリードを実現できる所定の閾値以上の酸化ガス量が供給されるときに示される値であればよい。従って、弁８が完全には開放されていない場合であっても、変化量Ｘが閾値Ｚ以下である場合には、正常と判定されることになる。なお、上述において、上記所定の閾値は、酸化ガス供給器４からの供給される酸化ガス量に応じて設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、燃料電池３の発電量、改質器１への原料供給量など、酸化ガス供給器４からの酸化ガスの供給量に比例する各パラメータの値に応じて設定されても構わない。
【００６７】
以下に、上記判定について、具体的な数値を例に挙げて説明を行う。
【００６８】
酸化ガス供給器４からの酸化ガスの操作量を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）とすると、弁１３が開放された後、弁８が開放される前には、第１の酸化ガス流路６中を流れる酸化ガスの流量Ａも１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）となっている。
【００６９】
一方、弁８に対して開放指令を行い、弁８が完全に開放状態となり、第２の酸化ガス流路７の詰まりもない場合には、第１の酸化ガス流路６と第２の酸化ガス流路７の分配比は４．５：１であるため、第１の酸化ガス流路６中を流れる酸化ガスの流量Ｂは１．３５（ＮＬ／ｍｉｎ）となり、第２の酸化ガス流路７中を流れる酸化ガスの流量は０．３（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。そのため、弁８に対する開放指令後、流量測定器５は、１．３５（ＮＬ／ｍｉｎ）という値を検出することになる。
【００７０】
従って、弁８が完全に開放状態となり、第２の酸化ガス流路７に詰まりがない場合には、変化量Ｘｐは、―０．３（＝１．３５―１．６５）となる。
【００７１】
一方、例えば弁８が故障して全く動作しない場合や、第２の酸化ガス流路７が完全に詰まっている場合には、第２の酸化ガス流路７中に酸化ガスが全く流通しないため、酸化ガス流路の流量Ｂは１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）となり、変化量Ｘｏは、０（＝１．６５−１．６５）となる。
【００７２】
そこで、閾値Ｚを例えば―０．１５と設定すると、制御器９は、（式１）によって算出する変化量Ｘが、閾値Ｚである―０．１５よりも大きい場合には、正常にエアブリードが実施されていないと判定することが出来る。
【００７３】
このような制御により、制御器９から弁８に対して開放指令を送っても弁８が開かなかった場合や、第２の酸化ガス流路７が水などにより詰まってしまった場合等によるエアブリード動作の異常を検知することが可能である。
【００７４】
尚、図２のＳ９に示すように、エアブリードが正常に実施されていると判定された場合には、ＣＯ除去器２を通過した水素含有ガスが燃料電池３に供給され発電が開始されるが、正常に実施されていないと判断された場合には、燃料電池システムとして次の制御が行われる。一つの対応として、運転が停止される。このまま運転を継続したならば、燃料電池３のアノード触媒の被毒が進行させる恐れがあるからである。
【００７５】
また、もう一つの対応として、異常報知器１２によって異常が報知される（Ｓ１０）。異常報知先としては、燃料電池システムの操作リモコン（図示せず）などに報知することにより機器を使用している使用者に報知したり、燃料電池システムのメンテナンスなどを行う会社などに報知することで、使用者やメンテナンス会社等に燃料電池システムの異常に対して適切な対処を促す方法がある。なお、上記適切な対処とは、例えば、使用者であれば、燃料電池システムの停止ボタンを押してシステムを停止させたり、またはメンテナンス会社に連絡することを意味し、メンテナンス会社であれば、インターネット回線等を通じて異常が報知された燃料電池システムに停止信号を出力したり、または異常が報知された燃料電池システムのメンテナンスにメンテナンスマンが向かうことを意味する。
【００７６】
また、異常を検知した場合に、すぐに異常を確定せずに、数回弁８を開閉動作させ、それでも異常が解消されないならば、異常を確定し、運転を停止させてもよい。また、異常による運転停止が数回起きた時点で異常を報知してもよい。また、異常を検知した場合は、上述のように運転を停止するとともに、異常を報知してもよいし、いずれか一方であってもよい。
【００７７】
以上のように、エアブリードが正常に動作しているか確認しているため、燃料電池に確実にエアブリード用の酸化ガスを供給しながら運転することが出来るので、一酸化炭素による被毒の影響を抑制し、より長期間に渡り好適に運転可能な燃料電池システムを提供することが出来る。
【００７８】
尚、本実施の形態では酸化ガス供給器４の操作量を一定値に制御しながら、弁８の動作確認を行う方法について記載したが、あえて一定値に制御しない場合であっても、弁８の開閉によって流量測定器５で測定される流量の変化量が、所定の値に達しなければ、弁８が異常であると判断してもよい。
【００７９】
例えば、酸化ガス供給器４の操作量を増加させるように制御が行われてもよい。以下に、増加させるように制御した場合について、具体的な数値を例に挙げて説明する。
【００８０】
（操作量増加制御の例１）
以下に、操作量増加制御の説明例１として弁８を閉じている状態における酸化ガスの供給量（流量Ａ）を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）とし、制御器９が弁８の開放指令とともに酸化ガス供給量が２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）に増加するよう酸化ガス供給器４の操作量を増加制御した場合を例に挙げて説明する。
【００８１】
この場合、酸化ガス供給器４の操作量の増加後に、弁８が正常に開状態となり、第２の酸化ガス流路７が詰まっていない状態では、増加された供給量２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）が分配され、第１の酸化ガス流路６中を流れる酸化ガスの流量Ｂは、１．８（ＮＬ／ｍｉｎ）となり、第２の酸化ガス流路７中を流れる酸化ガスの流量は、０．４（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、制御器９によって、変化量Ｘｐは＋０．１５（１．８−１．６５）と演算される。
【００８２】
一方、弁８が故障したり、第２の酸化ガス流路７が水で詰まっているため、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流れない場合には、第１の酸化ガス流路６を流れる酸化ガスの流量Ｂは、２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、変化量Ｘｏは、＋０．５５（２．２−１．６５）となる。
【００８３】
そこで、例えば閾値を＋０．３５と設定すると、制御器９が（式１）によって算出する変化量が、閾値Ｚである＋０．３５より大きい場合には、弁８が故障していると判断される。
【００８４】
このように酸化ガス供給器４の操作量を増加させるように制御した場合であっても、実施の形態のように酸化ガスの操作量を一定に保つように制御した場合であっても、変化量を（式１）のように、絶対値とせず相対値として正負の値の区別を設けたことで、流量測定器５によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。
【００８５】
（操作量増加制御の例２）
更に、増加制御の例２として、酸化ガス供給器４の操作量を増加させるように変更した例として、弁８を閉じている状態における酸化ガスの供給量（流量Ａ）を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）とし、制御器９が弁８の開放指令とともに酸化ガス供給量が１．７６（ＮＬ／ｍｉｎ）に増加するよう酸化ガス供給器４の操作量を増加させる場合について説明する。
【００８６】
この場合、酸化ガス供給器４の操作量の増加後に、弁８が完全に開放状態となり、第２の酸化ガス流路７が詰まっていない状態では、増加された供給量１．７６（ＮＬ／ｍｉｎ）が２つの流路に分配され、第１の酸化ガス流路６中を流れる酸化ガスの流量Ｂは、１．４４（ＮＬ／ｍｉｎ）となり、第２の酸化ガス流路７中を流れる酸化ガスの流量は、０．３２（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、制御器９によって、変化量Ｘｐは−０．２１（１．４４−１．６５）と演算される。
【００８７】
一方、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流れない場合には、第１の酸化ガス流路６を流れる酸化ガスの流量Ｂは、１．７６（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、変化量Ｘｏは、＋０．１１（１．７６−１．６５）となる。
【００８８】
そこで、例えば閾値を−０．０５と設定すると、制御器９が式（１）によって算出する変化量Ｘが、閾値Ｚである−０．０５より大きい場合には、エアブリードが正常に行われていないと判定される。
【００８９】
このように、酸化ガス供給器４の操作量の増加の程度によって、変化量は、負の値となる場合もあるが、増加量が正の値となる場合と同様に、流量測定器５によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
【００９０】
又、酸化ガス供給器４の操作量を減少させるように酸化ガス供給器４の制御が行われても良い。以下に、酸化ガスの操作量を減少させるように制御した場合について、具体的な数値を挙げて説明する。
【００９１】
（操作量減少制御の例）
弁８を閉じている状態における酸化ガスの供給量（流量Ａ）を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）とし、制御器９が弁８の開放指令とともに酸化ガス供給量を１．１０（ＮＬ／ｍｉｎ）に減少させるよう酸化ガス供給器４の操作量を減少させた場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
この場合、酸化ガス供給量の減少後に、弁８が正常に開状態となり、第２の酸化ガス流路７が詰まっていない状態では、第１の酸化ガス流路６中を流れる酸化ガスの流量Ｂは、０．９（ＮＬ／ｍｉｎ）となり、第２の酸化ガス流路７中を流れる酸化ガスの流量は、０．２（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、制御器９によって、変化量Ｘｐは−０．７５（０．９−１．６５）と演算される。
【００９３】
一方、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流れない場合には、第１の酸化ガス流路６を流れる酸化ガスの流量Ｂは、１．１０（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、変化量Ｘｏは、−０．５５（１．１０−１．６５）となる。
【００９４】
そこで、例えば閾値を−０．６５と設定すると、制御器９が（式１）によって算出する変化量が、閾値である−０．６５より大きい場合には、弁８が故障していると判定される。
【００９５】
このように所定量を減少させるように制御した場合であっても、酸化ガス供給器４の操作量を増加するように制御した場合と同様に、流量測定器５によって検出される値から計算された変化量が、所定の閾値よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
【００９６】
以上の結果を下記の表１にまとめる。
【００９７】
【表１】
2009093966.tif 000003
【００９８】
この（表１）の各説明例から分かるように、酸化ガス供給器４の操作量が一定である場合、増加する場合、及び減少する場合のいずれの場合においても、（式１）によって計算される相対的な変化量を用いることによって、同一の判定式（式２）を用いて、エアブリードが正常に実施されているか否かを判定することが出来る。なお、本発明の「流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい場合」とは、弁８を開制御する際に、「流量測定器の検出値の変化量が所定の閾値よりも大きい」状況を指し、その状況を検出可能であれば、上述の判定方法に依らず、いずれの方法であっても構わない。
【００９９】
例えば、本実施の形態では、（式１）を用いているが、（式１）とは逆に弁８に対する開放指令前の流量Ａから弁８に対する開放指令後の流量Ｂを引いても良い。但し、この場合は、（式２）の不等号の向きが反対となり、変化量が、所定の閾値よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定される。
【０１００】
又、上記実施の形態では、（式１）のように変化量を定義し、正負の値を有しているが、（式１）の絶対値である絶対変化量を用いて判定を行っても良い。この場合、本実施の形態で説明した数値を用いて説明すると、酸化ガスの供給量が１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）という値になるよう酸化ガス供給器４の操作量を一定に保持した状態で弁８に開放指令を発すると、弁８が正常に開くとともに第２の酸化ガス流路７の詰まりもない場合、絶対変化量は０．３（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。一方、弁８が故障して開かず第２の酸化ガス流路７に全く酸化ガスが流れない場合には、絶対変化量は０となる。そこで、閾値を０．１５（ＮＬ／ｍｉｎ）とし、絶対変化量が閾値よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
【０１０１】
一方、酸化ガスの供給量を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）から２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）に増加するよう酸化ガス供給器４の操作量を増加させる場合には、弁８が正常に開くとともに第２の酸化ガス流路７の詰まりもない場合、絶対変化量は０．１５（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。一方、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流れない場合には、絶対変化量は、０．５５（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。そこで、閾値Ｚを０．３５（ＮＬ／ｍｉｎ）と設定すると、絶対変化量が０．３５よりも大きい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
【０１０２】
このように絶対変化量を用いた場合には、相対的な変化量を用いた場合と異なり、酸化ガスの供給量を一定に制御する場合や、所定量増加する場合等、制御によって（式２）に示す判定式を適宜変更する必要がある。
【０１０３】
また、上述のような変化量を用いず、流量測定器５の検出値そのものに基づきエアブリード動作の異常を検知しても構わない。これは、（式１）及び（式２）を用いて導き出される（式３）に示されるように、閾値Ｚを弁８を閉じている状態における酸化ガスの流量Ａに加算した値を閾値Ｚ’として設定し、本閾値Ｚ’よりも弁８に対する開放指令後の酸化ガスの流量Ｂが大きい場合に、エアブリードが正常に実施することが出来ていないと判定される。
【０１０４】
弁８に対する開放指令後の流量Ｂ＞閾値Ｚ＋弁８に対する開放指令前の流量Ａ＝閾値Ｚ’・・・（式３）
例えば、上述の本実施の形態で説明した数値を用いて説明すると、酸化ガスの供給量が１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）という値になるよう酸化ガス供給器４の操作量を一定に保持した状態で弁８に開放指令を発する場合に設定される閾値Ｚは、−０．１５であるから、閾値Ｚ’は、１．５（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。従って、弁８に対する開放指令後の流量Ｂが上記閾値Ｚ’よりも大きい場合には、エアブリード動作が正常に実施されていないと判定することが出来る。
【０１０５】
一方、酸化ガスの供給量を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）から２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）に増加させるよう酸化ガス供給器の操作量を増加させる場合に設定される閾値Ｚは、０．３５であるから、閾値Ｚ’は、２．０となる。
【０１０６】
従って、弁８に対する開放指令後の流量Ｂが上記閾値Ｚ’よりも大きい場合には、エアブリード動作が正常に実施されていないと判定することが出来る。
【０１０７】
以上のように、変化量を用いず、流量測定器５の検出値そのものを（式３）に示すような閾値Ｚ’と比較することでエアブリード動作の異常を検知することも可能である。
【０１０８】
（実施の形態２）
以下に、本発明にかかる実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。本実施の形態の燃料電池システムは、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、正常にエアブリードが実施されていないことを判定する際の判定方法が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。
【０１０９】
本実施の形態の燃料電池システムでは、例えば、流量測定器５で測定される値を一定値となるように酸化ガス供給器４の操作量を調整しながら、弁８を開放状態にしてエアブリードを開始する場合において正常にエアブリードが実施されているか否かの判定が行われる。
【０１１０】
上記の場合、弁８が閉じている状態では、流量測定器５での測定値が一定値となるように酸化ガス供給器４を制御する場合、その操作量はほぼ一定値となる。このような状態から、流量測定器５での測定値を一定値となるように制御したまま、弁８を開放状態にした場合、第１の酸化ガス流路６と第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが流れるようになるため、酸化ガス供給器４の操作量を上げなければ流量測定器５で測定される値を一定に保つことはできない。
【０１１１】
しかしながら、弁８が正常に動作せず、制御器９が、開放指令を発しても閉止状態のままであった場合や、第２の酸化ガス流路７が凝縮水によって詰まっている場合には、酸化ガス供給器４の操作量を変化させなくても流量測定器５で測定される流量は一定となるか、もしくは、第１の酸化ガス経路６を流れる酸化ガスの流量の減少量が想定される値よりも小さくなる。このことから、エアブリードを開始するために、弁８を閉止状態から開放状態にした時、酸化ガス供給器４の操作量が所定の値以上に変化しなければ、エアブリードが正常に行われていないと判定できる。
【０１１２】
本実施の形態では、酸化ガス供給器４の操作量の変化が下記（式４）のように定義される。
【０１１３】
変化量Ｙ＝弁８に対する開放指令後の操作量Ｄ―弁８に対する開放指令前の操作量Ｃ・・・（式４）
すなわち、制御器９は、弁１３を開放した後、流量測定器５によって測定される流量が安定した状態における酸化ガス供給器４の操作量Ｃと、弁８に対して開放指令を発した後の操作量Ｄから変化量Ｙを演算する。この演算された変化量Ｙは、絶対値ではなく正又は負の値を有する相対値である。
【０１１４】
次に、制御器９は、変化量Ｙと予め設定されている閾値Ｗの比較を行い、変化量Ｙが閾値Ｗよりも小さい場合、すなわち、下記（式５）を満たす場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
【０１１５】
変化量Ｙ＜閾値Ｗ・・・（式５）
又、弁８が全く動作しない場合や、第２の酸化ガス流路７が完全に詰まっている場合等のように、第２の酸化ガス流路７に酸化ガスが全く流通しない時の酸化ガス供給器４の操作量の変化量をＹｏとし、弁１３が完全に開放され、第１の酸化ガス流路６及び第２の酸化ガス流路７に凝縮水などによる詰まりが発生していない状態（上述した分配比で酸化ガスが流れる状態）における酸化ガス供給器４の操作量の変化量をＹｐとすると、閾値Ｗは、例えば、ＹｏとＹｐの中央の値に設定することが出来る。尚、閾値は、装置構成や酸化ガスの分岐の仕方などにより、値は異なってくるため、その値に限られるものではない。
【０１１６】
上記判定について、具体的な数値を例に挙げて説明を行う。
【０１１７】
ここで、流量測定器５で検出される値を１．３５（ＮＬ／ｍｉｎ）に保持するように制御が行われる場合、弁８を開放する前は、酸化ガス供給器４が、例えばブロアの場合、操作量Ｃは、回転数Ｒ１(ｒｐｍ）となる。
【０１１８】
弁８に開放指令が行われ、弁８が正常に開放状態となり、第２の酸化ガス流路７に詰まりが発生していない場合には、実施の形態１で述べたように、第１の酸化ガス流路６と第２の酸化ガス流路７の分配比は４．５：１であるので、流量測定器５によって検出される値を１．３５（ＮＬ／ｍｉｎ）に維持しようとすると、制御器９は、１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）の流量に対応する回転数Ｒ２(ｒｐｍ）になるように酸化ガス供給器４を制御する必要がある。そのため、酸化ガス供給器４の操作量（回転数）の変化量Ｙｐは、Ｒ２−Ｒ１となる。
【０１１９】
一方、弁８が故障して動作しない場合や、第２の酸化ガス流路７が凝縮水によって完全に詰まっている場合には、第２の酸化ガス流路７に全く酸化ガスが供給されず、酸化ガス供給器４による供給量は変化しないため、操作量（回転数）の変化量Yｏは０となる。
【０１２０】
そこで、閾値Ｗを変化量ＹｐとＹｏの中間値である（Ｒ２−Ｒ１）／２と設定すると、制御器９は、操作量（回転数）の変化量Ｙが閾値である（Ｒ２−Ｒ１）／２よりも小さい場合には、エアブリードを正常に実施することが出来ていないと判定する。
【０１２１】
以上のように判定することにより、制御器９から弁開放指令を送っても弁８が開かなかった場合や、第２の酸化ガス流路７が水などにより詰まってしまった場合にも、異常を検知することが可能である。
【０１２２】
従って、本実施の形態の燃料電池システムでは、酸化ガス供給器４の操作量によってエアブリードが正常に動作しているか確認し、燃料電池システムの劣化を防止することができる。
【０１２３】
尚、本実施の形態では、流量測定器５で検出される検出値が一定値になるように制御しながら、弁８の動作確認を行う方法について記載したが、あえて一定値に制御しなくても、弁８の開閉に伴う酸化ガス供給器４の操作量の変化量が所定の値に達しなければ、弁８が異常であると判断してよい。
【０１２４】
例えば、流量測定器５の検出値が所定値増加させた目標検出値になるように酸化ガス供給器４の制御が行われても良い。以下に、増加した目標検出値になるように制御した場合について、具体的な数値を例に挙げて説明する。
【０１２５】
（検出値増加制御の例）
弁８を閉じている状態において、検出値が１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）になるように酸化ガス供給器４の操作量が制御され、弁８の開放指令とともに、検出値の目標値が１．８（ＮＬ／ｍｉｎ）に設定されるように制御が行われる場合を例に挙げて説明する。
【０１２６】
弁８を閉じている状態において、検出値が１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）になるためには、酸化ガス供給器４がブロアの場合、回転数がＲ２(ｒｐｍ）となるように制御されている。
【０１２７】
このような場合に、弁８が完全に開放され、第２の酸化ガス流路７に詰まりがない状態において、流量測定器５での検出値が１．８（ＮＬ／ｍｉｎ）になるようにするためには、第２の酸化ガス流路７に０．４（ＮＬ／ｍｉｎ）の流量分の酸化ガスが分配されるので、酸化ガス供給器４の操作量Ｄは、酸化ガス供給器４からの酸化ガス供給量が２．２（ＮＬ／ｍｉｎ）になるよう回転数をＲ３(ｒｐｍ）にする必要がある。従って、操作量の変化量Ｙｐは、Ｒ３−Ｒ２となる。
【０１２８】
一方、弁８が動作しない場合や、第２の酸化ガス流路７が完全に詰まっている場合には、第２の酸化ガス流路７中に酸化ガスが全く流れず、酸化ガス供給器４の操作量Ｄは、酸化ガス供給器からの酸化ガス供給量が１．８（ＮＬ／ｍｉｎ）になる回転数Ｒ４であるため供給量の変化量Ｙｏは、Ｒ４−Ｒ２となる。
【０１２９】
そこで、例えば閾値を、変化量ＹｐとＹｏの中間値と設定すると、その値は、｛（Ｒ３―Ｒ２）＋（Ｒ４―Ｒ２）｝／２＝（Ｒ３＋Ｒ４）／２−Ｒ２となり、供給量の変化量Ｙが、閾値Ｗである（Ｒ３＋Ｒ４）／２−Ｒ２よりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。
【０１３０】
又、例えば、流量測定器５の検出値が所定値減少させた目標検出値になるように酸化ガス供給器４の操作量の制御が行われても良い。以下に、所定値減少させた目標検出値になるように制御した場合について具体的な数値を例に挙げて説明する。
【０１３１】
（検出値減少制御の例）
流量測定値５の検出値の目標値を１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）から０．９（ＮＬ／ｍｉｎ）に変更するとともに、弁８に対して開放指令を発した場合を例に挙げて説明する。
【０１３２】
弁８を閉じている状態において、検出値が１．６５（ＮＬ／ｍｉｎ）になるためには、酸化ガス供給器４の操作量ＣがＲ２となるように制御されている。本例では、弁８の開放指令とともに、流量測定値５の検出値の目標値が０．９（ＮＬ／ｍｉｎ）に設定される。
【０１３３】
このような場合に、弁８が正常に開放され、第２の酸化ガス流路７に詰まりがない状態で、流量測定器５での検出値が０．９（ＮＬ／ｍｉｎ）になるようにするためには、第２の酸化ガス流路７に０．２（ＮＬ／ｍｉｎ）の流量分の酸化ガスが分配されるので、酸化ガス供給器４の操作量Ｄを酸化ガス供給器４からの酸化ガス流量が１．１（ＮＬ／ｍｉｎ）になるようＲ５（ｒｐｍ）にする必要がある。従って、操作量の変化量Ｙｐは、Ｒ５−Ｒ２となる。
【０１３４】
一方、第２の酸化ガス流路７中に酸化ガスが全く流れない場合には、酸化ガス供給器４の操作量Ｄは、酸化ガス供給器４からの酸化ガス流量が０．９（ＮＬ／ｍｉｎ）となるようＲ６（ｒｐｍ）にする必要がある。そのため、供給量の変化量Ｙｏは、Ｒ６−Ｒ２となる。
【０１３５】
そこで、上記検出値増加制御の例と同様に、例えば閾値Ｗを変化量ＹｐとＹｏの中間値である（Ｒ５＋Ｒ６）／２−Ｒ２と設定すると、操作量の変化量Ｙが、閾値Ｗであるよりも小さい場合には、エアブリードが正常に実施されていないと判断することが出来る。
【０１３６】
以上の結果を（表２）にまとめる。
【０１３７】
【表２】
2009093966.tif 000004
【０１３８】
又、以下の（表３）に酸化ガス供給器４の操作量としての回転数Ｒ１〜Ｒ６と酸化ガス供給器４からの酸化ガス供給量との対応関係をまとめる。
【０１３９】
【表３】
2009093966.tif 000005
【０１４０】
酸化ガス供給器４からの酸化ガス供給量を増加させるためには、回転数を増加させる必要があるため、上記（表３）の左から右に向かって回転数は大きくなる。
【０１４１】
そのため、（表２）の検出値一定制御の行における各値は正の値であり、回転数の変化量が、閾値（Ｒ２―Ｒ１）／２より小さい場合には、エアーブリードが正常に実施できていないと判定される。
【０１４２】
又、（表２）の検出値増加制御の行における各値も正の値であり、（Ｒ４―Ｒ２）が（Ｒ３―Ｒ２）よりも小さいため、回転数の変化量が、閾値（Ｒ３＋Ｒ４）／２―Ｒ２よりも小さい場合には、エアーブリードが正常に実施できていないと判定される。
【０１４３】
又、（表２）の検出値減少制御の行における各値は、負の値であり、（Ｒ６―Ｒ２）が（Ｒ５―Ｒ２）よりも小さいため、回転数の変化量が、閾値（Ｒ５＋Ｒ６）／２―Ｒ２よりも小さい場合には、エアーブリードが正常に実施されていないと判定される。
【０１４４】
このように、流量検出器５の検出値の目標設定値を減少又は増加させるように制御した場合であっても、検出値を一定に保つように制御した場合であっても、変化量を（式４）の絶対値とせず、相対値として正負の値の区別を設けたことによって、いずれの場合も（式５）の判定式によって、エアブリードが正常に実施されていないと判定することが出来る。
【０１４５】
又、上記実施の形態では、（式４）のように変化量を定義し、相対的な変化量として正負の値を有しているが、（式４）の絶対値である絶対変化量を用いて判定を行っても良い。但し、絶対値を用いると、（表２）に示す検出目標値を減少させた場合には、｜Ｒ６―Ｒ２｜が、｜Ｒ５―Ｒ２｜よりも大きくなるため、（式５）を、Ｙ＞Ｗに変更する必要がある。
【０１４６】
なお、本実施の形態における燃料電池システムでは、本発明の「酸化ガス供給器の操作量」は、例えば、酸化ガス供給器４自体に設けられた操作量検出器（図示せず）によって検出された検出値であり、本検出値に基づき制御器９が（式５）に基づいてエアブリード動作が正常であるか否かを判定しても構わない。また、他の例として、本発明の「酸化ガス供給器の操作量」が、制御器９から酸化ガス供給器４へ出力される酸化ガス供給器４の操作量の制御指令値であり、制御器９が（式５）に基づいてエアブリード動作が正常であるか否かを判定しても構わない。すなわち、本発明の「酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい場合」とは、弁８を開制御する際に「酸化ガス供給器の操作量の増加量が所定の閾値よりも小さい」状況を指し、その状況を検出する方法は、上記方法であってもよいし、また、本状況を検出可能であれば上記方法に限定されず、いずれの方法であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る燃料電池システムは、エアブリード用の酸化ガスが正常に供給されていないことを検知し、燃料電池の劣化が進行することを抑制することが可能になるという効果を有し、長期間に渡り運転を継続する燃料電池システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明にかかる実施の形態１における燃料電池システムの制御フローを説明するための図
【符号の説明】
【０１４９】
１  改質器
２  ＣＯ除去器
３  燃料電池
４  酸化ガス供給器
５  流量測定器
６  第１の酸化ガス流路
７  第２の酸化ガス流路
８  弁
９  制御器
１０  水素含有ガス流路
１１  水素含有ガス流路
１２  異常報知器
１３  弁
１４  分岐部
【図１】
2009093966.tif 000006
【図２】
2009093966.tif 000007