JP5598717B2

JP5598717B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5598717B2
Application number: JP2010282961A
Authority: JP
Inventors: 元彦薮谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: EP2466677A1; US20120156579A1; EP2466677B1; JP2012133915A

Description

本発明は、燃料を改質させる改質用水蒸気となる原料水を溜めるタンクを有する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、一般的には、燃料電池と、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流体を形成する改質部と、蒸発部に供給される原料水を溜めるタンクと、タンク内の原料水を蒸発部に供給させる供給通路と、供給通路に設けられた水搬送用のポンプとを備えている。ポンプが駆動すると、タンク内の原料水は供給通路を搬送され、高温の蒸発部に供給され、蒸発部において水蒸気とされる。その水蒸気は改質部に供給されて、燃料を水蒸気改質させてアノード流体（水素含有ガス）を形成する。上記したシステムでは、発電運転の開始にあたり、改質部に原料水を供給するタイミングが重要である。

特許文献１は、改質器の内部に温度センサを設け、温度センサの出力値にて改質器における水の有無を検知する技術を開示している。この場合、上記センサ温度が、改質器内部の水供給部の雰囲気温度よりも低いときには、改質器の内部に水有りと判定される。上記センサ温度が、改質器内部の水供給部雰囲気温度とほぼ同じであるとき、改質器の内部は水無しと判定される。

また、特許文献２は、改質用の原料水を供給させるショットポンプと改質器との間に、フロースイッチを設け、フロースイッチにてショットポンプの間欠流れを検出し、その検出信号から、単位時間当たりの原料水の供給量を算出する技術を開示している。

特許文献３は、水蒸気の原料とされる原料水を溜めるタンク内の原料水の水位変化量を検知するセンサを設け、タンク内の原料水の水位変化量に基づいて、原料水ポンプの駆動をフィードバック制御することにより、改質部の蒸発部に供給させる原料水の流量を調整する燃料電池用の改質装置を開示する。

特許文献４は、水蒸気の原料とされる原料水を溜めるタンク内に圧力センサを設置し、タンク内の原料水の変化量を圧力センサでモニタし、原料水ポンプの駆動を圧力センサの信号に基づいてフィードバック制御する液体送出制御システムを開示する。

特許文献５は、水蒸気の原料とされる原料水を改質器に供給させるポンプの起動時に、ポンプから吐出された水を水タンクに戻し、その後、改質器に水を送るよう回路を切替えることで、ポンプ起動時における水に含まれる空気が改質部へ流入することを防ぐ燃料電池システムを開示する。

特開２００８−２４３５９４号公報特開２００８−１５９４６６号公報特開２００４-２８８５０５号公報特開２００５−２７６５４４号公報特開２００８−２７３８２２号公報

上記した技術によれば、発電運転の開始にあたり、燃料を改質させる水蒸気となる原料水を蒸発部ひいては改質部に供給するタイミングが重要である。原料水を蒸発部ひいては改質部に供給させるタイミングが遅延すると、蒸発部への給水が遅延し、改質部が過剰に高温となるおそれがある。この場合、コーキング（燃料の炭化現象）が改質部に発生するおそれがあり、改質触媒を劣化させるおそれがある。これに対して、原料水を蒸発部ひいては改質部に供給させるタイミングが速すぎると、改質部において過剰の水濡れが発生するおそれがある。この場合、改質触媒の活性度が低下するおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、システムの発電運転の開始にあたり、燃料を改質させる水蒸気となる原料水を蒸発部ひいては改質部に供給させるタイミングを良好に設定させ、これにより改質部におけるコーキングの抑制、および、改質部における過剰の水濡れの抑制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。

本発明に係る燃料電池システムは、アノードにアノード流体が供給され、カソードにカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、着火により燃焼が開始される燃焼部と、燃焼部の熱により原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、燃焼部の熱と蒸発部で生成された前記水蒸気とを用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、前記蒸発部に供給される原料水を溜めるタンクと、タンクの出口ポートと蒸発部の入口ポートとを連通させタンク内の原料水を前記入口ポートから蒸発部に供給させる供給通路と、供給通路において蒸発部の入口ポートの直前の水の水位を検知する水センサと、供給通路に設けられ前記水蒸気を生成させるために前記タンク内の水を蒸発部に搬送させる水搬送源と、水搬送源を制御する制御部とを具備しており、
燃料電池の発電運転の開始にあたり、燃焼部の着火前に、制御部は、供給通路において原料水収容空間が形成されている状態において、水搬送源を回転させることによりタンク内の原料水を供給通路に供給させ、且つ、水センサの検知信号に基づいて供給通路における原料水の水位を監視しつつ原料水の水位を蒸発部の入口ポートの直前に設定させるように水搬送源の回転を制御させる原料水水位設定処理を実施し、さらに、制御部は、原料水水位設定処理の開始時に、水搬送源を逆回転させることにより供給通路内の原料水をタンクに戻す処理を実行する。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電運転の開始にあたり、燃焼部の着火前に、制御部は、水センサの検知信号に基づいて供給通路における原料水の水位を監視しつつ、原料水の水位を蒸発部の入口ポートの直前に設定させるように水搬送源の回転を制御させる。その後、燃焼部に燃料と空気が供給されて燃焼部が着火部により着火される。このように燃焼部が着火された後、蒸発部、改質部は高温となるため、制御部は、燃料電池の発電運転を開始させる。

上記したように供給通路における原料水の水位を蒸発部の入口ポートの直前に設定させれば、燃料電池の発電運転にあたり、燃料を改質器に供給させるタイミングと、原料水を蒸発部に供給させるタイミングとを互いに適度に対応させることができる。このため、燃焼部の着火後に原料水を蒸発部に供給させるタイミングが遅延することが抑制される。よって、コーキング（燃料の炭化現象）が改質部に発生するおそれが抑制され、改質触媒を劣化させるおそれが抑制される。あるいは、燃焼部の着火後に、原料水を蒸発部に供給させるタイミングが速すぎることが抑制され、改質部において過剰の水濡れが発生するおそれが抑制される。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃焼部の着火許可前に、制御部は、水センサの検知信号に基づいて供給通路における原料水の水位を監視しつつ、原料水の水位を蒸発部の入口ポートの直前に設定させるように水搬送源の回転を制御させる。その後、燃焼部に燃料と空気が供給されて燃焼部が着火部により着火される。このように燃焼部が着火された後、蒸発部、改質部は高温となるため、制御部は、燃料電池の発電運転を開始させる。上記したように燃料電池の発電運転にあたり、燃料を改質器に供給させるタイミングと、原料水を蒸発部に供給させるタイミングとを互いに合わせることができる。システムの発電運転の開始にあたり、改質部におけるコーキングの抑制、改質部における過剰の水濡れの抑制に貢献できる。

実施形態１に係り、燃料電池システムを示す図である。供給通路のうち蒸発部の入口ポートの直前に設けられている水位センサ付近を模式的に示す図である。供給通路のうち蒸発部の入口ポートの直前に設けられている水位センサ付近を模式的に示す図である。実施形態５に係り、制御部が実行する原料水水位設定処理のフローチャートである。実施形態６に係り、制御部が実行する原料水水位設定処理のフローチャートである。実施形態７に係り、制御部が実行する原料水水位設定処理のフローチャートである。

さらに、制御部は、原料水水位設定処理の開始時に、水搬送源を逆回転させることにより供給通路内の原料水をタンクに戻す処理を実行する。この場合、供給通路内の原料水の全部をタンクに戻し、供給通路を空の状態とすることが好ましい。場合によっては、供給通路内の原料水の一部をタンクに戻すことにしても良い。

システムが発電停止した時刻からの経過時間につれて、供給通路における原料水の水位は次第に低下する。しかし、システムが発電運転を停止した時刻からの時間経過が短いと、供給通路における原料水の水位の低下は少ないため、原料水水位設定処理を実行する必要性が乏しい。更に、原料水水位設定処理の実行にはある程度時間を必要とするため、システムの発電開始指令からの時間がそれだけ長くなり、好ましくない。そこで、好ましい形態によれば、燃料電池の発電運転の開始にあたり、制御部は、システムが発電運転を停止した時刻から第１所定時間経過する前には、供給通路における原料水の水位の低下は少ないため、制御部は、原料水水位設定処理を実行せずに燃焼部の着火を許可する。この場合、原料水水位設定処理が実行されないため、システムの発電運転の開始指令時刻から迅速に発電運転を行うことができる。これに対して、システムが発電運転を停止した時刻から第１所定時間経過した後には、供給通路における原料水の水位の低下は多い。この場合、供給通路における原料水の水位の低下は無視できない。この場合、制御部は、供給通路の原料水の水位を高い精度で認識していることが好ましい。そこで、システムが発電運転を停止した時刻から第１所定時間経過した後には、制御部は、原料水水位設定処理を実行し、供給通路における原料水の水位を一定に設定した後に、燃焼部の着火が許可されることが好ましい。

システムの発電運転が停止されている場合において、システムが発電運転を停止してからの経過時間につれて、改質部の温度が次第に低下すると共に、供給通路における原料水の水位が定位置から次第に低下する。そこで、好ましい形態によれば、改質部の温度に関する基準温度を検知する温度センサが設けられている。この場合、燃料電池の発電運転の開始にあたり、温度センサで検知した改質部の温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１以上であるときには、システム停止時刻からの経過時間が短く、供給通路における原料水の水位の低下が少ないと考えられる。このため制御部は、原料水水位設定処理を実行せずに燃焼部の着火を許可する。これに対して、温度センサで検知した改質部の温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１未満であるときには、温度Ｔｘが低めであり、システム停止時刻からの経過時間が長く、供給通路における原料水の水位の低下が多いと考えられる。そこでこのような場合には、制御部は、原料水水位設定処理を実行し、供給通路の原料水の水位を蒸発部の入口ポートの直前に設定した後に、燃焼部の着火を許可する。ここで、改質部に供給される燃料等にもよるが、改質部の運転温度が４００℃以上℃であるときには、閾値温度Ｔ１１は例えば１００〜１１０℃の範囲内の任意値にできる。但しこれに限定されるものではない。

必要に応じて、制御部は、原料水水位設定処理の実行途中において、水搬送源の水搬送速度を減速させる減速処理を実行することができる。供給通路において、蒸発部の入口ポートの直前の位置に水位を設定させ易い。または、制御部は、原料水水位設定処理の実行途中において、水搬送源の水搬送を一時的に停止させ、その後再開させる中断処理を実行することができる。この場合、空気泡の巻き込みが抑えられる。

［実施形態１］
図１は実施形態１の概念を示す。図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１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、蒸発部２に供給される液相状の水を溜めるタンク４と、これらを収容するケース５とを有する。燃料電池１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アノード排ガス路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カソード排ガス路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、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の温度を検知する基準温度センサ３３が、燃焼部１０５の内部には、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。基準温度センサ３３の信号は制御部１００に入力される。基準温度とは、原料水水位設定処理を実行するか否かの基準となる温度を意味する。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。

発電運転時には、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。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。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、カソード流体（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、カソード流体搬送用の水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。

図１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により所定温度（例えば５℃、１０℃、２０℃）以上に加熱され、凍結が抑制される。

図１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とを連通させる供給通路８が、配管としてケース５内に設けられている。図１に示すように、ケース５内において、タンク４は蒸発部２の下側に配置されているため、供給通路８は基本的には縦方向に沿って延びる。

供給通路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。供給通路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。ポンプ８０はギヤポンプ等を例示できる。ポンプ８０はこれを駆動させる電気式のモータ８２をもつ。ポンプ８０は高い水シール性をもち、供給通路８においてポンプ８０の吐出ポート８０ｐよりも下流上方の下流通路８ｄに水が存在する場合であっても、その水はポンプ８０よりも上流側の上流通路８ｕに漏れることが基本的には抑制されている。従って、燃料電池システムの運転停止直後には、図２、３に示すように供給通路８においてポンプ８０の吐出ポート８０ｐよりも下流の下流通路８ｄの定位置に水Ｗ１の水位Ｗ１０が存在する。しかし燃料電池システムの運転停止直後から長い時間が経過すると、重力等の影響で、その水は極く微量づつポンプ８０の上流側の上流通路８ｕ、更にはタンク４側に漏れることが確認されている。

本実施形態によれば、ポンプ８０を駆動させるモータ８２は正回転および逆回転可能とされている。すなわち、モータ８２は、正方向に回転駆動してタンク４内の水を出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて搬送させる正モードと、逆方向に回転駆動して供給通路８の水を出口４ｐからタンク４内に戻す逆モードとに切り替え可能とされている。従って、モータ８２を有するポンプ８０は、タンク４内の水を蒸発部２に搬送させる正モードと、供給通路８の水をタンク４内に戻す逆モードとに切り替え可能とされている。モータ８２を駆動回路を介して制御するための制御部１００が設けられている。モータ８２としては、正回転および逆回転可能なモータであれば何でも良いが、ステッピングモータ、ＤＣモータが好ましい。制御部１００はモータ８２を介してポンプ８０を制御する。更に、制御部１００はポンプ７１，７９，６０を駆動させるモータを介してポンプ７１，７９，６０を制御する。

システムの運転時において、ポンプ８０が正モードで駆動すると、タンク４内の水は、タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて供給通路８内を搬送され、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、水蒸気で改質されてアノード流体（水素含有ガス）となる。アノード流体はアノード流体通路７３を介して燃料電池１のアノード１０に供給される。更にカソード流体（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。これにより燃料電池１が発電する。燃料電池１で排出された排ガスは、燃焼部１０５で燃焼し、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。

燃焼排ガス通路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の熱交換作用により加熱される。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水タンク４に移動し、水タンク４に溜められる。ポンプ８０が正モードで駆動すると、水タンク４内の水は供給通路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。

図２は、供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの手前に水位センサ８７として、静電容量式センサまたは電気抵抗式センサが設けられている状態の一例を示す。静電容量式センサは、水の存在と不存在とにおける静電容量変化に基づいて供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を検知する。図３は、供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの手前に水位センサ８７として圧力センサが設けられている状態の一例を示す。圧力センサは供給通路８のうち検知部８７ｘよりも上方に位置する水の圧力に基づく水頭圧を検知する。圧力センサは、水の存在と不存在とにおける水頭圧変化に基づいて水Ｗ１の水位Ｗ１０を検知する。水位センサ８７の検知信号は制御部１００に入力される。

さて、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、蒸発部２で水蒸気を生成させる必要がないため、タンク４の水が供給通路８に供給されることが制限される。この場合、ポンプ８０のシール性が良好である。このため、発電運転の停止時刻ｔ１０から短時間であれば、供給通路８においてポンプ８０の吐出ポート８０ｐよりも下流側の下流通路８ｄの水が、ポンプ８０の上流側の上流通路８ｕに直ちに漏れることがない。但し、本実施形態によれば、ポンプ８０の構造上、供給通路８においてポンプ８０の吐出ポート８０ｐよりも下流通路８ｄの水がポンプ８０の上流通路８ｕ側に、単位時間あたり極く微量づつ漏れることになる。従って、システムの停止時刻ｔ１０から長時間が経過すると、供給通路８においてポンプ８０の吐出ポート８０ｐよりも下流通路８ｄの水がポンプ８０の上流通路８ｕ側に少しずつ漏れ、供給通路８に保持されている水Ｗ１の水位Ｗ１０の高さ位置が定位置から少しずつ低下するおそれがある。更に、供給通路８のうち下流通路８ｄに残留する水Ｗ１が蒸発して水位Ｗ１０の高さ位置が定位置から低下することもある。

この場合、システムの発電運転を次に再開させるとき、水Ｗ１の水位Ｗ１０の高さ位置の低下の影響で、水Ｗ１を蒸発部２に供給させるタイミングが変化するおそれがある。この場合、前述したように、水Ｗ１を蒸発部２に供給させるタイミングが正規タイミングに対して遅延すると、蒸発部２への給水が遅延するため、改質部３が異常高温となり、コーキング（燃料の炭化現象）が改質部３に発生するおそれがあり、改質触媒の劣化を誘発させるおそれがある。あるいは、水Ｗ１を蒸発部２に供給させるタイミングが正規タイミングに対して速すぎると、蒸発部２および改質部３において過剰の水濡れが発生するおそれがある。この場合、改質部３に担持されている改質触媒の活性度が低下するおそれがある。

そこで本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転の再開にあたり、燃焼部１０５の着火前（燃焼部１０５の着火許可前）に、制御部１００は、供給通路８において原料水収容空間が形成されている状態において、ポンプ８０を回転させることによりタンク４内の原料水を供給通路８に供給させることにより、原料水水位設定処理を実施する。原料水水位設定処理においては、制御部１００は、水センサ８７の検知信号に基づいて、供給通路８における水Ｗ１の実際の水位Ｗ１０を監視しつつ、供給通路８における水Ｗ１の水位８Ｗを蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させるようにポンプ８０の回転を制御させる。

すなわち、水センサ８７が水を検知しないときには、制御部１００は、ポンプ８０を正回転させて、タンク４内の水を少量ずつ供給通路８に供給させる。水センサ８７が水を検知すると、これをトリガー信号として、制御部１００はポンプ８０の正回転を停止させる。この結果、制御部１００は供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させる。

ここで、『蒸発部２の入口ポート２ｉの直前』とは、タンク４の出口ポート４ｐと蒸発部２の入口ポート２ｉとの間に延設された供給通路８の全長を１００として相対表示するとき、蒸発部２の入口ポート２ｉを起点としてタンク４に向けて０．０１〜１５の範囲内の任意値を意味する。例えば、０．１〜１０の範囲内の任意値、０．５〜５の範囲内の任意値にできる。

本実施形態によれば、上記したように制御部１００は、供給通路８における原料水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させる。その後、制御部１００は、システムを起動させるべく、燃焼部１０５の着火操作を許可し、燃料ポンプ６０を駆動させて燃料を燃料通路６から改質部３、アノード１０、アノード排ガス路１０３を介して、燃焼部１０５に供給される。またカソードポンプ７１を駆動させて空気をカソード流体通路７０からカソード１１、カソード排ガス路１０４を介して、燃焼部１０５に供給される。その後着火部３５をオンさせて燃焼部１０５を着火させる。すると、燃焼部１０５の着火に伴い燃焼が発生し、蒸発部２は高温となり水は水蒸気となり、改質部３は高温となり、燃料の改質反応に適する温度となる。但し、本実施形態によれば、制御部１００は、上記した原料水水位設定処理の開始の初期時において、ポンプ８０を逆回転させることにより供給通路８内の原料水をタンク４に戻し、供給通路８内を空の状態とする戻し処理を実行することが好ましい。供給通路８が空の状態は、供給通路８の基準状態（０点状態）である。この場合、供給通路８の前記直前の部位まで通路長および通路容積は既知である。このため、モータ８２の駆動時間およびモータ８２への給電量を制御すれば、駆動時間および給電量に基づいてタンク４の水を供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の位置まで水Ｗ１の水位Ｗ１０として容易に到達させ得る。

上記したように供給通路８に残留している水Ｗ１をタンク４に戻せば、その水Ｗ１に含まれている塵埃等をタンク４の底部に溜めることが可能となる。この場合、塵埃等が蒸発部２を介して改質部３に供給されることが抑制され、改質部３の改質触媒等の保護性を更に高め得る。また、供給通路８の水が長期間にわたり保持されている場合には、供給通路８内の水Ｗ１の品質が変動するおそれがあるが、供給通路８の水Ｗ１をタンク４に戻せば、タンク４の水で希釈化できる。

本実施形態によれば、燃焼部１０５が着火され、システムの状態が発電運転に移行したときには、制御部１００は、ポンプ８０を間欠的に駆動させて供給通路８内の水を間欠的に蒸発部２に供給させる。この場合、制御部１００は、発電運転時において、水センサ８７の間欠的な検知信号により水の存在を検知し易くなるため、ポンプ８０の駆動が正常であること、即ち、水蒸気となり得る原料水が蒸発部２に正常に供給されていることを間欠的に検知できる。但し、ポンプ８０を連続的に駆動させて供給通路８内の水を連続的に蒸発部２に供給させても良い。この場合においても、ポンプ８０を回転させることによりタンク４内の水を供給通路８に供給させ、且つ、水センサ８７の検知信号に基づいて供給通路８における水Ｗ１の実際の水位Ｗ１０を監視しつつ、水Ｗ１の水位Ｗ１０の目標値を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させるようにポンプ８０の正回転を制御させる。

なお本実施形態によれば、供給通路８には流量計が設けられていない。その理由としては、流量計は高価であること、流量計への異物等の巻き込みが存在し得ること、ポンプ８０の脈動等が発生することによる誤検知が存在し得ること、本システムの単位時間あたりの水Ｗ１の最低流量（例えば０．３〜３０ｃｃ／ｍｉｎ程度、０．５〜３０ｃｃ／ｍｉｎ）の計測は必ずしも容易ではないこと等である。但し、場合によっては、供給通路８に流量計を設けても良い。

［実施形態２］
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。本実施形態によれば、制御部１００は、上記した原料水水位設定処理の開始時の初期に、ポンプ８０を逆回転させることにより供給通路８内の水Ｗ１の一部をタンク４に戻す戻し処理を実行する。但し、供給通路８内を空の状態とさせる実施形態１と異なり、供給通路８内を空の状態とはしない。この場合、水抜き時間が短縮される。制御部１００は、戻し処理を実行した後、モータ８２の駆動時間およびモータ８２への給電量を制御することによりポンプ８０を正回転させ、タンク４の水を供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置まで水Ｗ１の水位Ｗ１０を到達させ得る。供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置まで水Ｗ１の水位Ｗ１０を到達させたことが水センサ８７により検知されたら、制御部１００はポンプ８０の回転を停止させる。

［実施形態３］
本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。ポンプ８０を回転させるモータとしては、ステッピングモータ８２ｓが採用されている。ステッピングモータ８２ｓの正モードの駆動時間ｔａおよび正モードにおいてステッピングモータ８２ａへ給電されるパルス総数量Ｎａは、供給通路８が空の状態（基準状態）のとき、供給通路８の水を供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の位置（水センサ８７で水が検知される位置）まで到達させ得るように設定されている。

これに対して、ステッピングモータ８２ｓの逆モードの駆動時間ｔｃおよび逆モードにおいてステッピングモータ８２ａへ給電されるパルス総数量Ｎｃは、供給通路８のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の位置（水センサ８７で水が検知される位置）まで供給されている水Ｗ１をタンク４に戻して供給通路６を空の状態（基準状態）させるように設定されている。

燃料電池１の発電運転の再開にあたり、燃焼部１０５の着火前に、制御部１００は、供給通路８において原料水収容空間が形成されている状態において、ポンプ８０を正回転させ。これによりタンク４内の原料水を供給通路８に供給させ、原料水水位設定処理を実施する。原料水水位設定処理においては、制御部１００は、水センサ８７の検知信号に基づいて、供給通路８における水Ｗ１の実際の水位Ｗ１０を監視しつつ、供給通路８における水Ｗ１の水位８Ｗを蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させるように、ポンプ８０の正回転を制御させる。すなわち、水センサ８７が水を検知しないときには、制御部１００はポンプ８０を正回転させて、供給通路８に水を供給させる。水センサ８７が水を検知すると、これをトリガー信号として、制御部１００はポンプ８０の正回転を停止させる。この結果、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させる。

本実施形態によれば、このように供給通路８における原料水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前に設定させた後、制御部１００は燃料ポンプ６０を駆動させて燃料通路６から改質部３に燃料を供給させると共に、着火部３５をオンさせて燃焼部１０５の着火操作を行う。すると、着火に伴い改質部３は高温となり、燃料の改質反応に適する温度となる。

［実施形態４］
本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。本実施形態によれば、水センサ８７が水を検知しないときには、制御部１００はポンプ８０を正回転させて、供給通路８に水を少量ずつ供給させる。水センサ８７が水を検知すると、これをトリガー信号として、制御部１００はポンプ８０の正回転を停止させる。この結果、制御部１００は供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させる。水センサ８７が圧力センサであれば、圧力センサの検知する出力値が過剰に大きい場合には、水頭圧が大きいことになる。この場合、圧力センサの検知部８７ｘ（図３参照）の上方の水位は高すぎることになる。このため、制御部１００は、圧力センサの検知する出力値が所定値よりも過剰に大きい場合には、逆回転可能なモータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）を逆回転させ、ひいてはポンプ８０を逆回転させ、供給通路８の水Ｗ１の減少させて水位Ｗ１０を下降させる。このように制御部１００は、水センサ８７の検知信号に基づいて、モータ８２を正回転および逆回転させることにより、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定させる。

［実施形態５］
図４は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。図４は制御部１００のＣＰＵが実行するフローチャートを示す。まず、制御部１００は、システムの発電開始の指令が出力されているかを判定し（ステップＳ１０２）、更に、現時点が着火前か否かを判定する（ステップＳ１０４）。発電開始指令が出力されており（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、且つ、着火前であれば（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ポンプ８０を逆モードとしてモータ８２を逆回転させてポンプ８０を逆回転させ、供給通路８の水抜き処理を実行する（ステップＳ１０６）。カウンタＢを１インクリメントする（ステップＳ１０８）。水抜き処理が完了していなければ（ステップＳ１１０のＮＯ）、カウンタＢを閾値Ｂｘと比較する。カウンタＢが閾値Ｂｘ未満であれば（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ポンプ８０の逆モードを引き続き継続させ、水抜き処理を継続させる（ステップＳ１０６）。供給通路８の水抜きが完了していないにも拘わらず、カウンタＢが閾値Ｂｘ以上となれば（ステップＳ１１２のＮＯ）、供給通路８の詰まり、ポンプ８０の故障等が推定されるため、制御部１００は水抜き異常の信号を出力し（ステップＳ１２８）、メインルーチンにリターンする。水拭き処理の完了は、例えば、供給通路８内が大気圧となること、ポンプ８０の逆モードにおける駆動時間または給電パルス総数に基づいて検知できる。

カウンタＢが閾値Ｂｘ未満で供給通路８の水抜きが完了すれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、水抜き処理は良好である。水抜き処理が完了すれば、所定時間Δｔｅ待機する。主として、モータ８２の正逆モードの切り替えなどのためである。その後、制御部１００はポンプ８０を正モードとさせ、モータ８２を正回転させてポンプ８０を正回転させてタンク４内の水を供給通路８に供給させ（ステップＳ１１６）、カウンタＡを１インクリメントする（ステップＳ１１８）。制御部１００は、水センサ８７の信号に基づいて、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。水センサ８７の検知結果に基づいて、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２０の入口ポート２０ｉの直前の定位置に到達していないとき（ステップＳ１２０のＮＯ）、カウンタＡを閾値Ａｘと比較する（ステップＳ１２２）。供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２０の入口ポート２０ｉの直前の定位置に到達しておらず（ステップＳ１２０のＮＯ）、カウンタＡが閾値Ａｘ未満であれば（ステップＳ１２２のＹＥＳ）、ポンプ８０の正モードを継続させる（ステップＳ１１６）。水センサ８７がオンしていないにも拘わらず、すなわち、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２０の入口ポート２０ｉの直前の定位置に到達していないにもかかわらず、カウンタＡが閾値Ａｘ以上となれば（ステップＳ１２２のＮＯ）、供給通路８の水漏れ、ポンプ８０の故障等が推定されるため、制御部１００は水供給異常の信号を出力する（ステップＳ１２６）。水センサ８７の検知結果に基づいて、供給通路８の水が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達していると判定されるときには（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、制御部１００は正モードを停止し、モータ８２およびポンプ８０の正回転を停止させる（ステップＳ１３８）。その後、制御部１００は燃焼部１０５の着火許可の信号を出力し（ステップＳ１４０）、その他の処理を実行し（ステップＳ１４２）、メインルーチンにリターンする。

［実施形態６］
本実施形態は実施形態１〜５と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。ポンプ８０を駆動させるモータとしては、正回転および逆回転可能なステッピングモータ８２ｓ（図１参照）とされている。システムが発電停止した時刻ｔ１０からの時間の経過につれて、供給通路８における水Ｗ１の実際の水位Ｗ１０は次第に低下する。しかし、システムが発電運転を停止した時刻からの時間経過が短いと、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は少ないため、原料水水位設定処理する必要性が乏しい。更に、原料水水位設定処理はある程度時間を必要とするため、システムの発電開始指令からの時間が長くなり、好ましくない。

そこで、本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転の開始にあたり、制御部１００は、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０から第１所定時間経過ｔ１１する前には、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は少ないため、制御部１００は、原料水水位設定処理を実行せずに燃焼部１０５の着火を許可する。この場合、原料水水位設定処理が実行されないため、システムの発電運転の開始指令が出力された時刻から迅速に発電運転を行うことができる。

これに対して、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０から第１所定時間経過ｔ１１（例えば３時間以上の長時間）経過した後には、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は多い。この場合、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は無視できない量となる。しかし、制御部１００は、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を高い精度で認識していることが好ましい。そこで、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０から第１所定時間ｔ１１経過した後には、制御部１００は、原料水水位設定処理を実行し、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０を定位置に設定した後に、燃料ポンプ６０が駆動して改質部３に燃料が供給されると共に燃焼部１０５が着火される。

図５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。制御部１００は、時間を計測させるタイマー機能を有する。まず、制御部１００は、システムの発電開始の指令が出力されているかを判定する（ステップＳ２０２）。次に、現時点が着火前か否かを判定する（ステップＳ２０４）。発電開始指令が出力されており（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、且つ、現時点が着火前であれば（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、制御部１００は、システムの前回の発電停止の時刻ｔ１０から経過している時間ｔｍを読み込む（ステップＳ２０６）。システムの前回の発電運転を停止した時刻からの時間ｔｍが短いと、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は少ないため、原料水水位設定処理を実行する必要性が乏しい。

そこで、本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転の開始にあたり、制御部１００は、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０からの経過時間ｔｍが第１所定時間経過ｔ１１よりも短いときには（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は少ないため、制御部１００は、原料水水位設定処理を実行せずに（ステップＳ２１０）、燃焼部１０５の着火許可信号を出力し（ステップＳ２１２）、更に、その他の処理を行い（ステップＳ２１４）、メインルーチンに戻る。この場合、原料水水位設定処理が実行されないため、システムの発電運転の開始指令時刻からできるだけ迅速に発電運転は開始される利点が得られる。

これに対して、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０から経過した経過時間ｔｍが第１所定時間経過ｔ１１よりも長いとき（ステップＳ２０８のＮＯ）、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は多いと推定される。この場合、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は無視できない。このため、水センサ８７の検知結果に基づいて、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達していることが確認されるまで、制御部１００は原料水水位設定処理を実行する（ステップＳ２２２，Ｓ２２４）。そして、水センサ８７のオンが確認され、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前に到達していることが確認されたら（ステップＳ２２４のＹＥＳ）、制御部１００は燃焼部１０５の着火を許可する信号を出力し（ステップＳ２１２）、更にその他の処理を行い（ステップＳ２１４）、メインルーチンにリターンする。この場合、原料水水位設定処理が実行されているため、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達している。

［実施形態７］
図６は実施形態７を示す。本実施形態は前記した各実施形態１〜６と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。システムの発電運転が停止されている場合において、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０から経過した経過時間につれて、改質部３の温度が次第に低下すると共に、供給通路８における水Ｗ１の実際の水位Ｗ１０が次第に低下する。そこで、改質部３に関する基準温度をパラメータとすべく、改質部３に関する基準温度を検知する基準温度センサ３３が改質部３に設けられている。基準温度センサ３３の検知信号は制御部１００に入力される。この場合、システムの発電運転の開始にあたり、制御部１００は、基準温度センサ３３で検知した温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１以上であるときには、改質部３はまだ残熱をもち、高温であり、ひいてはシステム停止時刻ｔ１０からの経過時間が短く、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下が少なく、低下が無視できるものと考えられる。このため制御部１００は、原料水水位設定処理を実行せずに、燃焼部１０５の着火を許可する。

これに対して、基準温度センサ３３で検知した温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１未満であるときには、改質部３の温度Ｔｘが低めであり、システム停止時刻ｔ１０からの経過時間が長く、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下量が多いと考えられる。そこで制御部１００は、原料水水位設定処理を実行し、供給通路８の水Ｗ１の水位Ｗ１０を蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に設定し、その後、燃焼部１０５の着火を許可する。ここで、改質部３の種類にもよるが、閾値温度Ｔ１１は１００〜１１０℃の範囲内の任意値にできるが、この温度範囲内に限定されるものではない。

図６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、制御部１００は、システムの発電開始の指令が出力されているかを判定する（ステップＳ３０２）。次に、現時点が着火前か否かを判定する（ステップＳ３０４）。発電開始指令が出力されており（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、且つ、現時点が着火前であれば（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、制御部１００は、改質部３の内部の温度を検知する基準温度センサ３３の検知温度Ｔｘを読み込む（ステップＳ３０６）。基準温度センサ３３の検知温度Ｔｘが高温であるとき、システムの前回の発電運転を停止した時刻ｔ１０から経過した経過時間ｔｍが短い。この場合、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下はほとんどなく、新しく原料水水位設定処理を実行する必要性が乏しい。そこで、本実施形態によれば、燃料電池１の発電運転の開始にあたり、制御部１００は、基準温度センサ３３の検知温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１よりも高温であるときには（ステップＳ３０８のＹＥＳ）、制御部１００は、原料水水位設定処理を実行せずに（ステップＳ３１０）、燃焼部１０５の着火を許可し（ステップＳ３１２）、その他の処理を行い（ステップＳ３１４）、メインルーチンに戻る。この場合、原料水水位設定処理が実行されないため、システムの発電運転の開始指令時刻からできるだけ迅速に発電運転は開始される利点が得られる。

これに対して、基準温度センサ３３の検知温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１未満であるとき（ステップＳ３０８のＮＯ）、システムが発電運転を停止した時刻ｔ１０からの経過時間が長く、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は、無視できない程多いと推定される。この場合、供給通路８における水Ｗ１の水位Ｗ１０の低下は無視できない。このため、水センサ８７のオンが確認されるまで、即ち、供給通路８において水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達していることが確認されていないときには、制御部１００は、原料水水位設定処理を実行する（ステップＳ３２２，３２４）。その後、水センサ８７のオンが確認され、すなわち、供給通路８において水が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達していることが確認されたら（ステップＳ３２４のＹＥＳ）、制御部１００は燃焼部１０５の着火を許可し（ステップＳ３１２）、その他の処理を行い（ステップＳ３１４）、メインルーチンにリターンする。この場合、原料水水位設定処理が実行されているため、供給通路８において水Ｗ１の水位Ｗ１０が蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の定位置に到達している。

［実施形態８］
本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。更に本実施形態は次の特徴をもつ。供給通路８が空の状態のとき、供給通路８の通路長および通路容積は、配管の長さおよび内径等に基づくため既知である。原料水水位設定処理において、タンク４内の水を供給通路８に供給させるにあたりモータ８２の回転速度を変化させることができる。具体的には、供給通路８が空の状態のとき、タンク４の出口ポート４ｐから水センサ８７が検知する水位の位置までの供給通路８の通路長が１００として相対表示されるとき、タンク４の出口ポート４ｐから中間値（例えば５０〜９５の範囲内の任意値）までの通路長については、モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）の回転速度をＶａとする。それ以降のモータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）の回転速度をＶｃとする。このとき、ＶｃをＶａよりも減速させてＶｃ＜Ｖａにできる。Ｖｃ／Ｖａ＝０．１〜０．９の範囲内の任意値とすることができる。この場合、供給通路８を流れる水が水センサ８７に近づくと、制御部１００は、モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）の回転速度を段階的（２段階、３段階、またはそれ以上の段階）に減速させる減速処理を実行し、供給通路８の水が水センサ８７に近づくにつれて水の供給速度を減速させる。このため、供給通路８を流れる水の慣性力が水センサ８７付近で低減され、水の過剰供給が抑制され易い。従って燃焼部１０５の着火前に、タンク４の水が蒸発部２の入口ポート２ｉに過剰進入することが抑制される。よって改質部３の過剰水濡れが抑制される。なお、供給通路８を流れる水が水センサ８７に近づくにつれて、制御部１００は、モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）の回転速度を連続的に次第に減速させるように制御しても良い。

［実施形態９］
本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。更に本実施形態は次の特徴をもつ。供給通路８が空の状態のとき、供給通路８の通路長および通路容積は、配管の長さおよび内径等に基づくため既知である。原料水水位設定処理の実行途中において、タンク内の水を供給通路８に供給させるにあたり、モータ８２の正回転をいったん停止させることができる。具体的には、供給通路８が空の状態のとき、タンク４の出口ポート４ｐから水センサ８７までの供給通路８の通路長が１００として相対表示されるとき、タンク４の出口ポート４ｐから中間値（タンク４の出口ポート４ｐからタンク４に向けて例えば３０〜８０の範囲内の任意値）までの通路長については、モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）を連続的に正回転させる。その後、所定時間Δｔｋ分モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）を停止させ、ポンプ８０の駆動を一時的に停止させる中断処理を実行させる。所定時間Δｔｋが経過した後、モータ８２（ステッピングモータ８２ｓ）を再び正回転させてポンプ８０を正回転させ、供給通路８内への水の供給を再開させる。この場合、空気泡が供給通路６に巻き込んでいるときであっても、上記したように供給通路６への給水をいったん中断し、その後に再開すれば、所定時間Δｔｋ中に、空気泡を供給通路６の水面上方に浮上させることが期待できる。この場合、空気泡の影響を避けつつ、供給通路６のうち蒸発部２の入口ポート２ｉの直前の位置に水Ｗ１の水位Ｗ１０を高精度で定位置に設定できる。中断処理後には、モータ８２の回転速度をそれまでよりも遅くできる。水位Ｗ１０を定位置に正確に設定させるためである。

［その他］
本発明は上記し且つ図面に示した各実施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。場合によっては、温暖地などでは、加熱部４０を廃止しても良い。燃料電池１は、場合によっては、ＰＥＦＣとも呼ばれる固体高分子形燃料電池（運転温度：例えば７０〜１００℃）でも良いし、ＰＡＦＣとも呼ばれるリン酸形燃料電池でも良く、他のタイプの燃料電池でも良い。要するに、気相または液相の燃料を水蒸気改質させる水蒸気を原料水から形成する蒸発部を有する燃料電池システムであれば良い。水位センサ８７については、検知原理は特に制限されるものではなく、物理センサでも、化学センサでも良く、要するに水を検知できれば良い。燃料も特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、ＬＰＧ、ＣＮＧ、灯油、ガソリン、アルコール等を利用できる。水搬送源としては、モータで駆動させるポンプ８０に限定されず、水搬送能力をもつものであれば何でも良い。

上記した記載から次の技術的思想が把握される。
［付記項１］アノード流体およびカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、着火により燃焼が開始される燃焼部と、燃焼部の熱により水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、燃焼部の熱と蒸発部で生成された前記水蒸気を用いて燃料を改質させてアノード流体を形成する改質部と、蒸発部に供給される水を溜めるタンクと、タンクに供給される水またはタンクに貯留されている水を加熱させる加熱部と、タンクと蒸発部とを連通させタンク内の水を蒸発部に供給させる供給通路と、供給通路に設けられタンク内の水を蒸発部に搬送させる水搬送源と、水搬送源を制御する制御部とを具備する燃料電池システム。水搬送源が駆動すると、タンク内の水は蒸発部に供給される。

１は燃料電池、１０はアノード、１１はカソード、２Ａは改質器、２は蒸発部、１０５は燃焼部、３は改質部、３３は基準温度センサ、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、７０はカソード流体通路、７３はアノード流体通路、７５は燃焼排ガス通路、７７は貯湯槽、８は供給通路、Ｗ１は水、Ｗ１０は水位、８０はポンプ（水搬送源）、８２はモータ、８２ｓはステッピングモータ（モータ）、８７は水センサ、１００は制御部を示す。

Claims

アノードにアノード流体が供給され、カソードにカソード流体が供給されて発電する燃料電池と、着火により燃焼が開始される燃焼部と、前記燃焼部の熱により原料水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部と、前記燃焼部の熱と蒸発部で生成された前記水蒸気とを用いて燃料を改質させて前記アノード流体を形成する改質部と、前記蒸発部に供給される原料水を溜めるタンクと、前記タンクの出口ポートと前記蒸発部の入口ポートとを連通させ前記タンク内の原料水を前記入口ポートから前記蒸発部に供給させる供給通路と、前記供給通路において前記蒸発部の前記入口ポートの直前の水の水位を検知する水センサと、前記供給通路に設けられ前記水蒸気を生成させるために前記タンク内の水を前記蒸発部に搬送させる水搬送源と、前記水搬送源を制御する制御部とを具備しており、
前記燃料電池の発電運転の開始にあたり、前記燃焼部の着火前に、
前記制御部は、前記供給通路において原料水収容空間が形成されている状態において、前記水搬送源を回転させることにより前記タンク内の原料水を前記供給通路に供給させ、且つ、前記水センサの検知信号に基づいて前記供給通路における原料水の水位を監視しつつ原料水の水位を前記蒸発部の前記入口ポートの直前に設定させるように前記水搬送源の回転を制御させる原料水水位設定処理を実施し、さらに、前記制御部は、前記原料水水位設定処理の開始時に、前記水搬送源を逆回転させることにより前記供給通路内の原料水を前記タンクに戻す処理を実行する燃料電池システム。
請求項１において、前記燃料電池の発電運転の開始にあたり、前記制御部は、（ｉ）システムが発電運転を停止した時刻から第１所定時間経過する前には、前記原料水水位設定処理を実行せずに前記燃焼部の着火を許可し、（ｉｉ）システムが発電運転を停止した時刻から前記第１所定時間経過した後には、前記原料水水位設定処理を実行した後、前記燃焼部の着火を許可する燃料電池システム。
請求項１において、前記改質部に関する基準温度を検知する基準温度センサが設けられており、前記燃料電池の発電運転の開始にあたり、前記制御部は、（ｉ）前記基準温度センサで検知した温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１以上であるときには、前記原料水水位設定処理を実行せずに前記燃焼部の着火を許可し、（ｉｉ）前記基準温度センサで検知した温度Ｔｘが閾値温度Ｔ１１未満であるときには、前記原料水水位設定処理を実行した後、前記燃焼部の着火を許可する燃料電池システム。
請求項１〜３のうちの一項において、前記制御部は、前記原料水水位設定処理の実行途中において、前記水搬送源の水搬送速度を減速させる減速処理、または、前記水搬送源の水搬送を一時的に停止させ、その後再開させる中断処理を実行する燃料電池システム。