CN1310364C - 燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法 - Google Patents

燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法 Download PDF

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Abstract

目前已经提出了当设备出现异常时，在如果需要维修人员来解决异常情况，不论异常怎样都要暂停操作。因此，不能采用简单的方法解决轻微内容的异常故障。本发明提供一种燃料电池(21)；燃料气体供给单元(22)；氧化剂气体供给单元(34)；用于检测燃料气体供给单元(22)的温度的状态检测单元(42)；用于利用状态检测单元(42)检测到的结果来检测由燃料气体供给单元(22)所执行的预定功能的异常，并按照对应于异常内容的操作模式来执行操作控制的操作控制单元；和用于切换到对应异常内容的操作模式的操作模式切换单元(44)。

Description

燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法
技术领域
本发明涉及一种利用燃料电池的燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法。
背景技术
在JP-A-7-294001等文献中公开在发生异常期间操作燃料室装置的相关技术的方法。本申请中参考引用了JP-A-7-294001中公开的全部内容。
图5示出作为相关技术例子1的热水供给装置(JP-A-7-294001)的结构。在图5中，热水供给装置具有位于循环水路中的检测器6、7，用于控制加热器5；操作器8，用于对加热器5进行开/关切换操作并预设从热水口2供给的热水的温度；控制器9，用于根据来自于检测器6、7的数据和控制器8的预先设定控制产生的热量并开始/暂停加热器5；辅助控制器14，用于不考虑来自于检测器6、7的数据和控制器8的预先设定，利用预定的控制量来控制加热器5；手动操作选择器15，用于选择控制器9或辅助控制器14；异常控制器13，用于当来自于检测器6的数据超出预定范围时，优先于控制器9将加热器切换为关闭；不安全检测器10，与检测器6分离且独立，用于检测不安全状态，例如异常温度升高；以及保护器12，用于根据不安全检测器10输出的信号，优先于所有控制器而无条件的暂停加热器5的操作，而且该保护器12可设置地当异常控制器13工作以将加热器5切换为关闭操作时，选择器15的操作可将对加热器5的控制从控制器9手动切换为辅助控制器14。
图6示出作为背景技术例子2的使用燃料电池的发电系统的结构。在图6中，附图标记21表示燃料电池，燃料气体供给单元22对原材料如天然气执行水蒸汽改质，从而产生主要由氢气构成的气体，该气体随后被提供到燃料电池21中。燃烧气体供给单元22具有可产生经改质的气体的改质器23和可使包含在经改质的气体内的一氧化碳与水反应以产生二氧化碳和氢气的一氧化碳转化器24。在燃料侧加湿器25中，将被提供到燃料电池21中的燃料气体加湿。附图标记26表示空气供应器，它将空气作为氧化剂输送到燃料电池21中。在该过程中，在氧化侧加湿器27中将被输送的空气加湿。还提供了用于将水输送到燃料电池21中以冷却该燃料电池21的冷却管28和用于在冷却管中对水进行循环的泵29。
进一步地，将连接方式设计为，热交换器30和循环泵31通过余热收集管32将燃料电池21产生的电流所产生的余热收集到热水存储箱33中。
另外，在操作启动期间，为了减少燃料电池21的启动时间，利用改质器23或一氧化碳转化器24中集成的加热器和温度检测器(未示出)，减少在燃料处理器22中达到可适应改质反应或转化反应的温度范围所需的时间。而相似的，在冷却管28的路径中，利用加热冷却水的加热器或温度检测器(未示出)，可以减少达到发电反应所需的温度范围的时间。
根据前述背景技术例子1(图5)的热水供给器设置成，当检测器的任何故障导致热水供给器暂停时，制造商或经销商确认安全并操作选择器将对加热器的控制从控制器切换到辅助控制器，从而不考虑检测器的故障，而利用预定量强制加热器进行操作。因此，由于检测控制数据的检测器的故障以异常为目标，因此需要解决的异常范围有限。另外，在前述的例子中，假设当出现异常时制造商或经销商需要进行切换操作的情况下，手动操作选择器从而将加热器的控制切换为辅助控制器，从而可以通过简单的方法快速的排除轻微问题。
另外，根据前述背景技术例子2的燃料电池发电系统(图6)的缺点在于，当用于减少燃料电池启动时间或包括在一氧化碳转化器24中的热量的改质器23出现问题或异常时，燃料电池发电系统只能在紧急暂停后等待修理。
另外，根据前述背景技术例子2(图6)所述的电池发电系统的缺点在于，当用于加热冷却管28路径中的冷水以减少燃料电池21的启动时间的加热器出现故障或异常时，燃料电池发电系统在紧急暂停之后只能等待维修。
另外，根据前述背景技术例子2(图6)的燃料电池发电系统的缺点在于，当燃料电池21等的温度检测器出现故障或异常时，燃料电池发电系统在紧急暂停后只能等待维修。
发明内容
本发明的目的是解决背景技术中存在的前述问题，并提供一种非常可靠的燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法，该系统发电系统和发电系统控制方法可以在发生异常期间通过预定的替换方法解决具有轻微异常内容的故障，从而继续操作。
为了解决上述问题，本发明的第一发明是一种燃料电池发电系统，包括燃料电池(21)，可使燃料气体与氧化剂气体发生反应，以发电；
燃料气体供给单元(22)，用于将所述燃料气体供应到所述燃料电池(21)中；
氧化剂气体供给单元(34)，用于将所述氧化剂气体供给到燃料电池(21)中；
状态检测单元(42)，用于检测所述燃料气体供给单元(22)的温度；
操作控制单元(47)，用于利用由所述状态检测单元(42)检测到的结果来检测由燃料气体供给单元(22)所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换单元(44)，用于切换到对应于异常内容的操作模式，
其中，所述对应于异常内容的操作模式允许，用将通过改质器(23)的热传导和包括在燃料气体供给单元(22)中的改质后的气体所估算的预定的控制温度达到时间、作为在启动期间的有限时间的功能，替换在启动前加热包括在燃料气体供给单元(22)中的转化单元(24)的转化加热器(43)的功能。
另外，本发明的第二发明是根据本发明第一发明所述的燃料电池发电系统，其中所述预定的控制温度达到时间大于下列时间，即在所述转化单元没有被所述转化加热器加热的情况下，根据所述转化单元的温度增加特征曲线所确定的从启动开始直到达到控制温度所需的时间。
另外，第三发明涉及一种燃料电池发电系统，包括：
燃料电池(21)，可使燃料气体与氧化剂气体发生反应，以发电；
燃料气体供给单元(22)，可将所述燃料气体供应到所述燃料电池(21)中；
氧化剂气体供给单元(34)，可将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池(21)中；
状态检测单元(50)，用于检测供应到所述燃料电池(21)中的冷却水的温度；
操作控制单元(47)，用于利用所述状态检测单元(50)检测到的结果来检测由所述燃料电池(21)执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；
操作模式切换单元(44)，用于切换到对应异常内容的操作模式；和
热水储水箱(33)，它利用由所述燃料电池(21)产生的热量，
其中，所述对应于异常内容的操作模式允许实现，利用所述热水储水箱(33)中热水的热量加热冷却水的功能，替换在启动前加热流到燃料电池(21)中的冷却水的冷却水加热器(49)的功能。
另外第四发明涉及一种燃料电池发电系统，包括：
燃料电池(21)，可使燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电；
燃料气体供给单元(22)，可将所述燃料气体供应到所述燃料电池(21)中；
氧化剂气体供给单元(34)，可将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池(21)中；
状态检测单元(41、38)，用于检测所述燃料气体供给单元(22)的温度；
操作控制单元(47)，用于利用由所述状态检测单元(41、38)检测到的结果检测所述状态检测单元(41、38)自身的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换单元(44)，用于切换到对应于异常内容的操作模式，
另外，第五发明涉及第四发明的燃料电池发电系统，其中所述对应于异常内容的操作模式允许利用其它状态检测单元(41、38)来替换出现异常的状态检测单元(41、38)。
另外，第六发明涉及第五发明的燃料电池发电系统，其中出现异常的状态检测单元是助燃风机吸入温度检测单元(38)，该单元(38)用于检测供应到包括在所述燃料气体供给单元(22)中的加热单元(36)中的燃烧气体的温度，所述用于替换出现异常的所述状态检测单元的状态检测单元是气体温度检测单元(41)，该气体温度检测单元(41)用于检测将供应到所述燃料气体供给单元(22)中的原料气体的温度。
另外，第七发明涉及第五发明的燃料电池发电系统，其中出现异常的状态检测单元是气体温度检测单元(41)，该气体温度检测单元(41)用于检测供应到所述燃料气体供给单元(22)中的原料气体的温度，而且所述替换出现异常的所述状态检测单元的状态检测单元是助燃风机吸入温度检测单元(38)，该助燃风机吸入温度检测单元(38)用于检测供应到包括在燃料气体供给单元(22)中的加热单元(36)中的燃烧气体的温度。
另外，第八发明涉及第一到第七发明中任一个所述的燃料电池发电系统，其中所述操作模式切换单元(44)按照预定的顺序和组合通过遥控切换执行切换操作，以实现切换。
另外，第九发明涉及第一到第七发明中任一个所述的燃料电池发电系统，其中所述操作模式切换单元(44)执行遥控切换，从而根据对应于户外维修控制单元(54)利用通信单元发射的异常内容的操作程序，操作该燃料电池发电系统。
另外，第十发明涉及一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元和将氧化剂气体供给到燃料电池中的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于检测所述燃料气体供给单元的温度；
操作控制步骤，用于利用在所述状态检测步骤中检测到的结果来检测由所述燃料气体供给单元所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应于异常内容的操作模式，其中，所述对应于异常内容的操作模式允许，用将通过改质器的热传导和包括在所述燃料气体供给单元中的改质后的气体所估算的预定的控制温度达到时间、作为在启动期间的有限时间的功能，替换在启动前加热包括在所述燃料气体供给单元中的转化单元的转化加热器的功能。
另外，本发明的第十一发明涉及一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元、将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中的氧化剂气体供给单元和利用由所述燃料电池产生的热量的热水储水箱，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于所述燃料电池的温度；
操作控制步骤，用于利用所述状态检测步骤检测到的结果来检测由所述燃料电池所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应于异常内容的操作模式；其中，所述对应于异常内容的操作模式允许实现，利用所述热水存储水箱的热水的热量加热冷却水的功能，替换在启动前加热流到所述燃料电池中的所述冷却水的冷却水加热器的功能。
进一步地，本发明的第十二发明涉及一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元、以及将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于所述检测燃料气体供给单元、氧化剂气体供给单元和燃料电池中的至少一个单元的温度；
操作控制步骤，用于利用所述状态检测步骤检测到的结果检测所述状态检测单元自身的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应异常内容的操作模式。
附图说明
图1示出本发明实施例1和2的燃料电池发电系统的方框图；
图2示出根据本发明实施例2的燃料电池发电系统的操作时间和由气体温度检测单元41检测到的原料气体的温度以及由助燃风机吸气温度检测单元38检测到的助燃风机吸气温度之间的关系；
图3示出本发明实施例3的燃料电池发电系统的方框图；
图4示出本发明实施例4的燃料电池发电系统的方框图；
图5示出背景技术例子1的燃料电池发电系统的方框图；
图6示出背景技术例子2的燃料电池发电系统的方框图；
(附图标记的说明)
21燃料电池
22燃料气体供给单元
34氧化剂气体供给单元
35改质温度检测单元
38助燃风机吸气温度检测单元
41气体温度检测单元
42转化温度检测单元
43转化加热器
44特殊操作模式切换单元
45操作控制单元
最佳实施方式
下面将结合附图说明本发明的实施例。
(本发明实施例1)
图1示出根据本发明实施例1所述的燃料电源发电系统的方框图。
在图1中，由于一些部分的功能与使用图6所示的背景技术所述燃料电池的发电系统的部分相同，因此对这些部分使用相同的附图标记，且省略了对它们的说明。
附图标记34表示氧化剂气体供给单元，它包括空气供给单元26和用于加湿所提供的空气的氧化侧加湿器27。改质器23包括检测改质器23温度的改质温度检测单元35、加热原料气体和水的加热单元36、向加热单元36内供给燃烧用空气的助燃风机37以及检测提供到助燃风机37中的空气温度的助燃风机吸气温度检测单元38。
另外，改质器23包括供给原料气体的原料气体供应阀39、向加热单元36供给燃烧气体的燃烧气体供应阀40以及检测原料气体和燃料气体的气体温度检测单元41。一氧化碳转化器(下称“转化器”)24包括检测转化器24温度的转化温度检测单元42和加热转化器24的转化器加热器43。
附图标记44表示遥控器，它可作为用于检测例如燃料气体供给单元22、氧化剂气体供给单元34、燃料电池21等的温度、流量和压力等状态的状态检测单元，或者作为特殊操作模式切换单元，该切换单元用于在检测到加热器、电磁阀、电机等的异常时执行到特殊操作模式的切换，该遥控器包括显示操作状态的显示部分45和执行切换操作例如操作和暂停的操作部分46。
附图标记47表示操作控制单元，用于在正常操作中从状态检测单元接收到状态检测信号以驱动各种单元从而控制预定正常操作模式中的操作，并检测状态检测单元或各种单元的预定功能是否异常，从而在对应于异常内容的特殊操作模式下执行操作。
改质温度检测单元35、助燃风机吸气温度检测单元38、气体温度检测单元41和转化温度检测单元42是本发明用于检测燃料电池发电系统的状态的状态检测单元的具体例子，它们是由例如热敏电阻、热电耦等形成的。另外，助燃风机37、原料气体供应阀39、燃烧气体供应阀40和转化器加热器43都是本发明中产生异常的单元的具体例子。
下面将说明操作和动作。
在燃料电池发电系统启动或发电时，操作控制单元47通过燃料气体供给单元22的改质器23中的加热单元36加热原材料，例如天然气和水，从而根据产生的电量导致原材料的水蒸气改质，从而产生出主要由氢气构成的气体，该气体然后被供应到燃料电池21中。在该过程中，操作控制单元47利用改质器温度检测单元35检测改质器23的温度，从而控制改质器23的温度达到预定温度(实现水蒸气改质的温度为：大约600℃到700℃)，并利用气体温度检测单元41检测原料气体的温度，从而对通过原料气供应阀提供的原料气体的量实现温度校正。
另外，利用助燃风机吸入温度检测单元38检测燃烧用空气的温度，从而对助燃风机37提供到加热单元36中的燃烧用空气的量进行温度校正(空气密度校正)。
在启动期间，操作控制单元47利用改质器加热器43使转化器24的温度升高从而减少启动时间。转化温度检测单元42控制转化器24的温度达到预定值(进行转化反应的温度为：大约250℃到350℃)，从而进行转化反应，使容纳在改质后的气体中的一氧化碳与水反应产生二氧化碳和氢气。使用转化器加热器43可加速转化器43的温度升高，使燃料电池发电系统在几十分钟内启动。
下面，在转化器加热器43异常(故障)的情况下，转化温度检测单元42检测到即使在启动期间操作控制单元47输出并驱动转化器加热器43，转化器温度升高速度与正常操作相比也很低。当在预定时间期间内没有达到预定温度时，确认转化器加热器43产生故障，将其作为异常显示在遥控器44的显示部分45上，实现紧急暂停，该遥控器44是操作模式切换单元。
因此，通过用遥控器44执行具体操作(例如在预定时间段内两次按压或连续按压操作部分46上的多个开关，或这些按压开关操作的结合)可将操作模式切换到用于转化器加热器43断路故障时的特殊操作模式。换句话说，操作模式被切换到没有转化器加热器43进行的温度升高的操作序列。
在用于转化器加热器43断路故障的特殊操作模式中，在转化温度检测单元42假设启动期间转化器温度升高速度相对于正常操作时很低的情况下，燃料电池发电系统在不执行转化器加热器43的断路故障判断的情况下启动。将改质器23和改质后的气体的热传导所假设的预定控制温度达到时间作为有限时间，启动燃料电池发电系统的操作。燃料电池发电系统在特殊操作模式或正常操作模式下的启动时间是指加热单元36开始加热改质器23的时间。
预定控制温度达到时间是这样确定的。即，前面已经说明了在转化器加热器43不进行加热的情况下，转化器的改质器23和通过热传导被改质的气体的温度升高特征曲线。将从燃料电池发电系统启动开始直到达到启动控制温度(例如250℃)为止的时间段的1.2到2.0倍定义为预定的控制温度达到时间，该启动控制温度是执行转化反应的温度范围的下限。启动控制温度随催化剂或装置的结构而改变，并不局限为前述温度。
因此，在用于转化器加热器43断路的特殊操作模式中，当预定的控制温度达到时间经过了燃料电池发电系统的启动时间，则开始燃料电池发电系统的操作控制。
另外，需要将从燃料电池发电系统的启动开始直到达到启动控制温度为止的时间段的0.2到1.0倍作为余量。换句话说，设置该余量是考虑到冬天的温度低于夏天的温度这样的温度变化的情况。换句话说，设置该余量，从而即使温度很低时，也可以有足够的余量达到启动控制温度(例如250℃)。上面已经参照将预定控制温度达到时间定义为从燃料电池发电系统启动开始到达到启动控制温度(例如250℃)为止的时间段的1.2到2.0倍的情况描述了本实施例，但本发明并不局限于此。在当温度足够低时已经确定了前述预定控制温度达到时间的情况下，可以将该预定控制温度达到时间定义为稍大于从燃料电池发电系统启动开始到达到启动控制温度(例如250℃)为止的时间段，即不大于前述时间段的1.2倍。
因此，即使启动比正常操作中所需的时间更多一些，也可以在发电时不产生故障的情况下操作燃料电池发电系统。另外，除了稍微多耗费一点时间外，操作者可以按照与正常操作情况下相同的方式来使用该燃料电池发电装置，直到替换掉故障部分(转化器加热器)为止。
还是在该特殊操作模式操作中，当在有限时间内没有达到预定时间时，将确认出现除了转化器加热器43的断路故障外还有其它异常，并在遥控器44的显示部分45上显示，从而执行紧急暂停，使得可以确保在特殊操作模式中的安全，该遥控器44是特殊操作模式切换单元。
(本发明实施例2)
下面将结合图1说明本发明实施例2。本发明实施例2的结构与本发明实施例1相似。
下面将说明操作和动作。
燃料电池发电系统在正常操作中的启动或发电期间的操作与本发明
实施例1相同。
然后，当作为状态检测单元中的一个的助燃风机吸气温度检测单元38出现故障(断路或短路)时，操作控制单元47根据助燃风机吸气温度检测单元38在遥控器44的操作启动的开始期间超出了正常温度范围的情况，可以确认该故障(断路或短路)，然后在遥控器44的显示部分45上显示该异常以执行紧急暂停，该遥控器是特殊操作模式切换单元。
这样，通过用遥控器44执行特殊操作(例如在预定时间段内两次按压或连续按压操作部分46上的多个开关，或这些按压开关操作的结合)可将操作模式切换到用于助燃风机吸气温度检测单元38故障(断路或短路)时的特殊操作模式。换句话说，操作模式被切换到由气体温度检测单元41执行的原料气体温度的温度校正，以代替由助燃风机吸气温度检测单元38的检测信号执行的将被供给加热单元36的燃烧用空气的量的温度校正(空气密度校正)。
在用于助燃风机吸气温度检测单元38故障(断路或短路)的特殊操作模式中，在启动和发电期间的大多数情况下，假设气体温度检测单元41检测到的原料气体的温度小于(几度到几十度C)由来自于助燃风机吸气温度检测单元38的检测信号来表示的供给加热单元36中的燃烧用空气的温度，则利用通过将校正温度(从几度到几十度C)与来自于气体温度检测单元41的原料气体的温度相加而计算出来的温度代替助燃风机吸气温度检测单元38的检测信号，可以对将被供给加热单元36的燃烧用空气的量进行温度校正(空气密度校正)。下面将说明原料气体温度的估算方法。
因此，由于气体温度检测单元41检测到的原料气体的温度是温度检测信号，该温度检测信号利用正常操作中燃烧用空气的量的温度校正(空气密度校正)被近似，且与季节、安装位置和操作时间有某种关系，因此燃料电池发电系统通常是在启动和发电期间没有任何问题的情况下被操作，并可以在改质器23的加热单元36的加热操作中的正常燃烧特征曲线范围内被使用，直到替换掉故障部分为止(助燃风机吸气温度检测单元38)。
另外，还是在该特殊操作模式操作中，加热单元36也具有安全装置(燃烧检测单元，过温增加检测器等：未示出)。因此，如果该安全装置操作，则加热单元36执行紧急暂停，从而可确保特殊操作模式的安全。
所构成的本发明的前述实施例用于助燃风机吸气温度检测单元38出现故障(断路或短路)的情况。但是，不用说，当气体温度检测单元41出现故障(断路或短路)时，替换气体温度检测单元41的助燃风机吸气温度检测单元38也可实现相同的效果。下面将说明估算原料气体温度的方法。
下面将详细描述怎样实现用气体温度检测单元41和助燃风机吸气温度检测单元38中的工作正常的一个来替换出现故障的另一个。
图2示出燃料电池发电系统操作时间和气体温度检测单元41检测到的原料气体的温度以及助燃风机吸气温度检测单元38检测到的助燃风机吸气温度之间的关系。图2示出在燃烧开始和发电开始之间的时间段、发电开始和额定的发电开始之间的时间段以及额定发电之后的时间段期间，气体温度检测单元41检测到的原料气体温度和助燃风机吸气温度检测单元38检测到的助燃风机温度。图2还示出在各时间段期间，由气体温度检测单元41检测到的原料气体的温度的近似直线和由助燃风机吸气温度检测单元38检测到的助燃风机吸气温度的近似直线。
首先，在燃烧开始和发电开始之间的时间段期间，用近似直线A1近似原料气体的温度，用近似直线B1来近似助燃风机吸气温度。换句话说，近似直线A1和近似直线B1分别由下面等式1和2表示：
(等式1)
A1＝a1×T+C1
(等示2)
B1＝b1×T+D1
在这些等式中，a1是近似直线A1的斜率，C1是在燃料电池发电系统的加热单元36中燃烧开始期间原料气体的温度。另外，b1是近似直线B1的斜率，D1是在燃料电池发电系统的加热单元36中燃烧开始期间助燃风机吸气温度。另外，T是从燃料电池发电系统的加热单元36中燃烧开始经过的时间。换句话说，原料气体的温度等于当燃料电池发电系统的加热单元36开始燃烧时助燃风机吸气温度。
在用于助燃风机吸气温度检测单元38出现故障的特殊操作模式中，利用气体温度检测单元41来检测原料气体的温度。然后，利用将这样检测到的原料气体温度、与通过在时间T时由等式2减去等式1所得到的值，即(B1-A1)，相加所得到的一个值，作为用于助燃风机吸气温度检测单元38的替代检测信号，对供给到加热单元36的燃烧用空气的量进行温度校正(空气密度校正)。
相反，在用于气体温度检测单元41出现故障的特殊操作模式中，利用助燃风机吸气温度检测单元38来检测助燃风机吸气温度。然后，利用将这样检测到的助燃风机吸气温度、与通过在时间T时等式1减去等式2所得到的值，即(A1-B1)相加所得到的一个值，作为用于气体温度检测单元41的替代检测信号，对通过原料气体供给阀提供的原料气体的量进行温度校正。
然后，在发电开始和额定发电开始之间的时间段期间，用近似直线A2近似原料气体的温度，用近似直线B2来近似助燃风机吸气温度。换句话说，近似直线A2和近似直线B2分别由下面等式3和4表示：
(等式3)
A2＝a2×T+C2
(等示4)
B2＝b2×T+D2
在这些等式中，a2是近似直线A2的斜率，C2是在发电开始期间原料气体的温度。另外，b2是近似直线B2的斜率，D2是发电开始期间助燃风机吸气温度。另外，T是从发电开始经过的时间。另外，a2和b2基本上彼此相等。
在涉及燃烧气体吸气温度检测单元38出现故障的特殊操作模式中，利用气体温度检测单元41来检测原料气体的温度。然后，利用将这样检测到的原料气体温度与A2和B2的预定偏差(固定值)E2相加所得到的一个值，作为用于助燃风机吸气温度检测单元38的替代检测信号，对提供到加热单元36中的燃烧用空气的量进行温度校正(空气密度校正)。
相反，在涉及气体温度检测单元41出现故障的特殊操作模式中，利用助燃风机吸气温度检测单元38来检测助燃风机吸气温度。然后，利用将这样检测到的助燃风机吸气温度减去A2和B2的预定偏差(固定值)E2所得到的一个值，作为用于气体温度检测单元41的替代检测信号，对通过原料气体供给阀提供的原料气体的量进行温度校正。
然后，在额定发电之后的时间段期间，用近似直线A3近似原料气体的温度，用近似直线B3来近似助燃风机吸气温度。换句话说，近似直线A3和近似直线B3分别由下面等式5和6表示：
(等式5)
A3＝a3×T+C3
(等示6)
B3＝b3×T+D3
在这些等式中，a3是近似直线A3的斜率，C3是在额定发电开始期间原料气体的温度。另外，b3是近似直线B3的斜率，D3是额定发电开始期间助燃风机吸气温度。另外，T是从燃料电池发电系统的额定发电开始经过的时间。另外，a3和b3基本上彼此相等。
在涉及燃烧气体吸气温度检测单元38出现故障的特殊操作模式中，利用气体温度检测单元41来检测原料气体的温度。然后，利用将这样检测到的原料气体温度、与A3和B3的预定偏差(固定值)E3相加所得到的一个值，作为用于助燃风机吸气温度检测单元38的替代检测信号，对提供到加热单元36中的燃烧用空气的量进行温度校正(空气密度校正)。
相反，在涉及气体温度检测单元41出现故障的特殊操作模式中，利用助燃风机吸气温度检测单元38来检测助燃风机吸气温度。然后，利用将这样检测到的助燃风机吸气温度减去A3和B3的预定偏差(固定值)E3所得到的一个值，作为用于气体温度检测单元41的替代检测信号，对通过原料气体供给阀提供的原料气体的量进行温度校正。
这样，在用于助燃风机吸气温度检测单元38或气体温度检测单元41出现故障的情况的特殊操作模式中，可以通过利用由气体温度检测单元41检测到的原料气体温度的近似直线和由助燃风机吸气温度检测单元38检测到的助燃风机吸气温度来估算出现故障的单元的检测到的温度。这样估算得到的检测到的温度可用于控制，从而可能替换出现故障的单元。
(本发明实施例3)
图3是根据本发明实施例3的燃料电池发电系统的方框图。
在图3中，多个部分按照与图6所示的背景技术所述的燃料电池发电系统和图1所示的本发明实施例1所述的燃料电池发电系统的工作方式相同，因此由于它们与图1和图6相似，因此使用相同的附图标记，并省略了对它们功能的详细描述。
附图标记48表示加热冷却管28路径上的燃料电池21中的冷却水的冷却水箱，附图标记49表示设置在冷却水箱48中的冷却水加热器，附图标记50表示检测冷却管28中的冷却水温度的冷却水温度检测单元，该检测单元被连接为可向操作控制单元47输出温度检测信号并向冷却水加热器49提供加热器输出信号。
另外，热水存储水箱33具有分别位于水箱上部、中部和下部并用于检测该水箱内存储的热水的温度的热水储水箱温度检测单元51、52和53。
下面将说明操作和动作过程。
当燃料电池发电系统启动时，操作控制单元47通过设置在冷却管28路径中的冷却水水箱48中的冷却水加热器加热冷却水，使其温度达到适用于发电反应的温度范围，同时使冷却水温度检测单元50检测冷却水温度。
另外，在发电过程中，利用泵29以冷却水的形式使燃料电池发电中所产生的余热循环，利用热交换器30可使该冷却水与流经余热收集管32的水进行热交换。然后通过循环泵31利用热水储水箱13收集这样加热的水。
然后，在冷却水加热器49出现故障(断路)的情况下，操作控制单元47通过冷却水温度检测单元50检测到尽管在启动期间操作控制单元47输出并驱动冷却水加热器49，冷却水的温度也不会上升。当在预定时间段内没有达到预定温度时，确认冷却水加热器49断路并将其作为异常显示在遥控器44的显示部分中，以执行紧急暂停，该遥控器44是特殊操作模式切换单元。
因此，通过用遥控器44执行特殊操作(例如在预定时间段内两次按压或连续按压操作部分46上的多个开关，或这些按压开关操作的结合)可将操作模式切换到用于冷却水加热器49故障时的特殊操作模式。换句话说，操作模式被切换到对应于冷却水加热器49没有实现温度上升的情况下的操作序列。
在用于冷却水加热器49断路故障的特殊操作模式中，由于在冷却水管28的路径中没有设置加热单元，因此在启动期间利用存储在热水储水箱33中的热水的热量来加热冷却水。换句话说，利用热水水箱温度检测单元51、52和53来检测热水储水箱33中的热水的存储状态，如果存储在热水储水箱33中的热水的量不小于预定值，则驱动循环泵31和冷却水泵29执行热传导，冷却水的温度升高，该热传导的方向与在正常发电过程中余热收集的热传导方向相反。
因此，虽然比正常操作多花费一些时间来启动，但可以在发电中不导致故障的情况下操作燃料电池发电系统。另外，操作者可以像正常操作一样来操作燃料电池发电系统直到故障部分(冷却水加热器)被更换为止，但是这样开始操作所需的时间要稍长一些。
还有，在该特殊操作模式操作中，当在有限时间内没有达到预定的温度时，将确认存在除了冷却水加热器49以外的其它故障，并在遥控器44的显示部分45显示，以执行紧急暂停，从而可以确保特殊操作模式中的安全，该遥控器44是特殊操作模式切换单元。
另外，由于在冷却水水箱48中提供了安全装置(过热升温检测器等：未示出)，因此如果该安全装置操作，则冷却水水箱48紧急暂停，从而可以确保特殊操作模式中的双重安全。
(本发明实施例4)
图4示出本发明实施例4所述的燃料电池发电系统的方框图。
在图4中，多个部分的功能与图6所示的背景技术燃料电池发电系统和图1和2所示的本发明实施例1、2和3所述的燃料电池发电系统的工作方式相同，因此由于它们与图1、2和图6相似，因此使用相同的附图标记，并省略了对它们功能的详细描述。
附图标记54表示户外维修公司，附图标记55表示户外维修公司内用于燃料电池发电系统的维修通信装置，附图标记56表示与燃料电池发电系统的操作控制单元47连接的通信线。
下面将说明操作和动作过程。
在燃料电池发电系统的正常操作中，根据需要，操作控制单元47通过遥控器44将操作数据中的维修数据(例如过滤器消耗品的使用累计时间)发送到户外维修公司54中的用于燃料电池发电系统的维修通信装置55中。
户外维修公司54经常监视和控制客户的燃料电池发电系统的维修数据，并通知客户维修部分需要更换的时间。可选择地，户外维修公司54通过通信线56在遥控器44的显示部分45上显示该时间。
在状态检测单元自身或各个单元的预定功能出现故障时，操作控制单元47像正常操作一样，通过遥控器44将问题内容作为紧急维修数据传送到外部维修公司54中的燃料电池发电系统的维修通信装置55。
当接收到用户燃料电池发电系统的紧急维修数据时，户外维修公司54分析问题(异常)的内容，如果这些问题(异常)可以利用上述本发明实施例1、2和3中的特殊操作模式解决，则通过通信线56根据问题的内容，向客户燃料电池发电系统的遥控器47发送特殊操作程序。然后户外维修公司54通知客户以发送的特殊操作模式重新操作它们的燃料电池发电系统。
这样，就可以在不向客户家中派遣维修人员的情况下实现紧急服务。一旦有了与问题内容相对应的那些部件，则可以去客户家一次解决这些问题(异常)。
当然，还是在特殊操作模式中，在重操作前，还可以向前述其它实施例一样监视除了前述问题以外的其它异常，从而可以确保特殊操作模式中的安全。
另外，由于提供了安全装置(过热升温检测器等：未示出)，因此如果该安全装置操作，则燃料电池发电系统紧急暂停，从而可以确保特殊操作模式中的双重安全。
虽然上述实施例中从遥控器44中通过通信线56向户外维修公司54中的燃料电池发电系统的维修通信装置55发送数据，但不用说，也可以通过使操作控制单元47可以直接与户外维修公司54中的燃料电池发电系统的维修通信装置55通信来传送数据。
根据实施本发明的本模式的户外维修公司54是本发明户外维修控制单元的一个例子。
工业实用性
从前述说明中可以看出，本发明的燃料电池发电系统和燃料电池发电系统控制方法可以实现下述效果。
本发明的燃料电池发电系统可以在针对燃料电池发电系统的状态检测单元的异常/故障以及执行机构的异常/故障的特殊操作模式下重复操作，从而可以在不增加任何不便，例如用户设备使用暂停的情况下，解决大范围的异常/故障并实现安全操作。
由于可以像特殊操作中遥控器一样，通过操作简单的切换单元来切换特殊操作模式的切换单元，因此可以实现能快速解决异常的燃料电池发电系统。
在故障(异常)可以在特殊操作模式中解决的情况下，可通过通信线从户外维修公司向客户燃料电池发电系统传送特殊操作程序，从而可在不向客户家中派遣维修人员的情况下实现临时操作。一旦有了与问题内容相对应的部件，就可以去客户家一次解决这些问题(异常)。

Claims (12)

1.一种燃料电池发电系统，包括燃料电池，该燃料电池可使燃料气体与氧化剂气体发生反应，以发电；
燃料气体供给单元，用于将所述燃料气体供应到所述燃料电池中；
氧化剂气体供给单元，用于将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中；
状态检测单元，用于检测所述燃料气体供给单元的温度；
操作控制单元，用于利用由所述状态检测单元检测到的结果来检测由所述燃料气体供给单元所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换单元，用于切换到对应于异常内容的操作模式，
其中，所述对应于异常内容的操作模式允许，利用将通过改质器的热传导和包括在所述燃料气体供给单元中的改质后的气体所估算的预定的控制温度达到时间、作为在启动期间的有限时间的功能，替换在启动前对包括在所述燃料气体供给单元中的转化单元进行加热的转化加热器的功能。
2.如权利要求1所述的燃料电池发电系统，其中所述预定的控制温度达到时间大于下列时间，即在所述转化单元没有被所述转化加热器加热的情况下，根据所述转化单元的温度增加特征曲线所确定的从启动开始直到达到控制温度所需的时间。
3.一种燃料电池发电系统，包括：
燃料电池，用于使燃料气体与氧化剂气体发生反应，以发电；
燃料气体供给单元，用于将所述燃料气体供应到所述燃料电池中；
氧化剂气体供给单元，用于将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中；
状态检测单元，用于检测供应到所述燃料电池中的冷却水的温度；
操作控制单元，用于利用所述状态检测单元检测到的结果来检测由所述燃料电池所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；
操作模式切换单元，用于切换到对应异常内容的操作模式；和
热水储水箱，它利用由所述燃料电池产生的热量，
其中，所述对应于异常内容的操作模式允许实现利用所述热水储水箱中热水的热量加热冷却水的功能，替换在启动前用于加热流到所述燃料电池中的所述冷却水的冷却水加热器的功能。
4.一种燃料电池发电系统，包括：
燃料电池，用于使燃料气体与氧化剂气体发生反应，以发电；
燃料气体供给单元，用于将所述燃料气体供应到所述燃料电池中；
氧化剂气体供给单元，用于将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中；
状态检测单元，用于检测所述燃料气体供给单元的温度；
操作控制单元，用于利用由所述状态检测单元检测到的结果检测所述状态检测单元自身的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换单元，用于切换到对应异常内容的操作模式。
5.根据权利要求4所述的燃料电池发电系统，其中所述对应于异常内容的操作模式允许利用预定的其它状态检测单元来替换出现异常的状态检测单元。
6.根据权利要求5所述的燃料电池发电系统，其中出现异常的所述状态检测单元是助燃风机吸入温度检测单元，用于检测将被供应到包括在所述燃料气体供给单元中的加热单元中的燃烧气体的温度，所述用于替换出现异常的所述状态检测单元的状态检测单元是气体温度检测单元，该气体温度检测单元用于检测将供应到所述燃料气体供给单元中的原材料气体的温度。
7.如权利要求5所述的燃料电池发电系统，其中出现异常的所述状态检测单元是气体温度检测单元，该气体温度检测单元用于检测供应到所述燃料气体供给单元中的原料气体的温度，而将被用于替换出现异常的所述状态检测单元的状态检测单元是助燃风机吸入温度检测单元，该助燃风机吸入温度检测单元用于检测供应到包括在所述燃料气体供给单元中的加热单元中的燃烧气体的温度。
8.如权利要求1-7中任一项所述的燃料电池发电系统，其中所述操作模式切换单元按照预定的顺序和组合通过遥控切换执行所述切换操作，以实现切换。
9.如权利要求1-7中任一项所述的燃料电池发电系统，其中所述操作模式切换单元执行遥控切换，从而根据对应于户外维修控制单元利用通信单元发送的异常内容的操作程序，操作该燃料电池发电系统。
10.一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元和将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于检测所述燃料气体供给单元的温度；
操作控制步骤，用于利用在所述状态检测步骤中检测到的结果来检测由所述燃料气体供给单元所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应异常内容的操作模式，其中，所述对应于异常内容的所述操作模式允许用将通过改质器的热传导和包括在所述燃料气体供给单元中的调节后气体所估算的预定的控制温度达到时间、作为在启动期间的有限时间的功能、替换在启动前加热包括在所述燃料气体供给单元中的转化单元的转化加热器的功能。
11.一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元、将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中的氧化剂气体供给单元和利用由所述燃料电池产生的热量的热水储水箱，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于检测所述燃料电池的温度；
操作控制步骤，用于利用在所述状态检测步骤检测到的结果来检测由所述燃料电池所执行的预定功能的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应异常内容的操作模式；其中，所述对应于异常内容的操作模式允许实现利用由所述热水储水箱的热水的热量加热冷却水的功能、替换用于在启动前加热流到所述燃料电池中的所述冷却水的冷却水加热器的功能。
12.一种控制燃料电池发电系统的燃料电池发电系统控制方法，该系统包括允许燃料气体与氧化剂气体发生反应以发电的燃料电池、将所述燃料气体供应到所述燃料电池中的燃料气体供给单元、以及将所述氧化剂气体供给到所述燃料电池中的氧化剂气体供给单元，该控制方法包括：
状态检测步骤，用于检测所述燃料气体供给单元、氧化剂气体供给单元和燃料电池中的至少一个单元的温度；
操作控制步骤，用于利用所述状态检测步骤检测到的结果检测所述状态检测单元自身的异常，并在对应于异常内容的操作模式中执行操作控制；和
操作模式切换步骤，用于切换到对应异常内容的所述操作模式。
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