JP2003346854A - 燃料電池発電システム、及び燃料電池発電システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、機器の異常発生時にサービスマン対
応を前提に一時的に異常を無視した条件付き運転を行
い、異常内容の軽微な故障等を簡単な方法で、速やかに
対処することが出来なかった。 【解決手段】 燃料電池２１と、燃料ガス供給手段２２
と、酸化剤ガス供給手段３４と、燃料ガス供給手段２２
の温度を検知する状態検知手段４２と、状態検知手段４
２が検知した結果を利用して、燃料ガス供給手段２２が
果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した
運転モードにて運転制御を行う運転制御手段４７と、異
常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転モ
ード切換手段４４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池を用いた燃
料電池発電システム、及び燃料電池発電システムの制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来例１としての給湯装置（例え
ば特許文献１参照。）の構成を示す。図５において、水
回路に設けられ加熱器５を制御するための情報を検出す
る検出器６、７と、加熱器５の運転ＯＮ／ＯＦＦ及び出
湯口２より給湯するお湯の温度を設定する操作器８と、
検出器６、７の情報と操作器８の設定をもとに加熱器５
の発熱量及び発停を制御する制御器９と、検出器６、７
の情報と操作器８の設定に関係なく、所定の制御量で加
熱器５を制御するサブ制御器１４と、制御器９とサブ制
御器１４の何れかを選択する手動操作の選択器１５と、
検出器６の情報が所定の範囲を逸脱したとき、制御器９
より優先して加熱器５の運転をＯＦＦする異常制御器１
３と、検出器６とは別に独立して設けた異常温度上昇等
の不安全状態を検出する不安全検出器１０と、この不安
全検出器１０の信号により全ての制御器より優先して加
熱器５の作動を無条件で停止させる保安器１２を備え、
異常制御器１３が作動して運転をＯＦＦしたときは、選
択器１５の操作により加熱器５の制御を制御器９からサ
ブ制御器１４に手動で切り換えるように構成されてい
た。

【０００３】図６に従来例２としての燃料電池を用いた
発電システムの構成を示す。図６において、２１は燃料
電池であり、燃料ガス供給手段２２は天然ガスなどの原
料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成して
燃料電池２１に供給する。燃料ガス供給手段２２は、改
質ガスを生成する改質器２３と、改質ガスに含まれる一
酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするための
一酸化炭素変成器２４とを具備している。燃料側加湿器
２５では、燃料電池２１に供給する燃料ガスを加湿す
る。２６は空気供給装置であり、酸化剤の空気を燃料電
池２１に供給する。このとき、酸化側加湿器２７で供給
空気を加湿する。さらに、燃料電池２１に水を送って冷
却する冷却配管２８と、冷却配管内の水を循環させるポ
ンプ２９とを備えている。

【０００４】また、熱交換器３０および循環ポンプ３１
により燃料電池２１の発電による排熱を排熱回収配管３
２を経由して貯湯タンク３３へ排熱回収するように接続
されている。

【０００５】さらに運転開始時は、燃料電池２１の起動
時間を短縮するために、燃料処理装置２２において改質
器２３や一酸化炭素変成器２４に内蔵されたヒータ、温
度検知器（図示せず）を用いて、改質反応、変成反応に
適した温度帯に到達するまでの時間を短縮させたり、冷
却配管２８の経路においても、同様に冷却水を加熱する
ヒータ、温度検知器（図示せず）を用いて、発電反応に
適した温度帯に到達するまでの時間を短縮させていた。

【０００６】

【特許文献１】特開平７−２９４００１号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例１（図５）
の給湯装置では、検出器の故障で給湯装置が停止した場
合において、製造者または販売者が安全を確認した上で
選択器を操作して加熱器の制御を制御器からサブ制御器
に切り換えることで検出器の故障に無関係に強制的に加
熱器を所定量で運転するというもので、制御情報を検出
する検出器の故障を異常対象としていたため、異常対応
範囲が限定されていた。また、異常発生時には、製造者
または販売者の立ち会いを前提に、手動にて選択器の切
り換え操作により加熱器の制御をサブ制御器に切り換え
るようにしているため、異常内容の軽微な故障等を簡単
な方法で、速やかに対処することが出来なかった。

【０００８】また、上記従来例２（図６）の燃料電池発
電システムは、燃料電池２１の起動時間を短縮するため
の改質器２３や一酸化炭素変成器２４に内蔵されたヒー
タ、温度検知器、冷却配管２８の経路の冷却水を加熱す
るヒータの故障、異常時には、異常停止させた後、修理
を待たざるを得ないといった課題があった。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決し、異常
発生時に、異常内容の軽微な故障を、予め決めておいた
代替方法で対処し運転再開できる、信頼性の高い燃料電
池発電システム、燃料電池発電システムの制御方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、第１の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反
応させて発電を行う燃料電池（２１）と、前記燃料電池
（２１）に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
（２２）と、前記燃料電池（２１）に前記酸化剤ガスを
供給する酸化剤ガス供給手段（３４）と、前記燃料ガス
供給手段（２２）の温度を検知する状態検知手段（４
２）と、前記状態検知手段（４２）が検知した結果を利
用して、前記燃料ガス供給手段（２２）が果たす所定の
機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードに
て運転制御を行う運転制御手段（４７）と、前記異常内
容に対応した運転モードに切り換えるための運転モード
切換手段（４４）とを備え、前記異常内容に対応した運
転モードは、起動時前記燃料ガス供給手段（２２）に含
まれている変成手段（２４）を加熱する変成ヒータ（４
３）の機能に代えて、前記燃料ガス供給手段（２２）に
含まれる、改質器（２３）及び改質ガスの熱伝導により
想定される所定の制御温度到達時間を起動の際の制限時
間として扱う機能で代用させるモードである燃料電池発
電システムである。

【００１１】また、第２の本発明は、前記所定の制御温
度到達時間は、予め前記変成ヒータ（４２）で加熱しな
かった場合の前記変成手段（２４）の温度上昇特性を求
めておき、その温度上昇特性における、起動開始から制
御温度に到達するまでの時間より長い時間である第１の
本発明の燃料電池発電システムである。

【００１２】また、第３の本発明は、燃料ガスと酸化剤
ガスとを反応させて発電を行う燃料電池（２１）と、前
記燃料電池（２１）に前記燃料ガスを供給する燃料ガス
供給手段（２２）と、前記燃料電池（２１）に前記酸化
剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段（３４）と、記燃
料電池（２１）へ供給される冷却水の温度を検知する状
態検知手段（５０）と、前記状態検知手段（５０）が検
知した結果を利用して、前記燃料電池（２１）が果たす
所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モ
ードにて運転制御を行う運転制御手段（４７）と、前記
異常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転
モード切換手段（４４）と、前記燃料電池（２１）で発
生した熱を用いる貯湯タンク（３３）とを備え、前記異
常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料電池
（２１）への冷却水を加熱する冷却水ヒータ（４９）の
機能に代えて、前記貯湯タンク（３３）の湯の熱を利用
して前記冷却水を加熱する機能で代用させるモードであ
る燃料電池発電システムである。

【００１３】また、以下の第４の本発明から第７の本発
明、及び第１２の本発明は、上記従来例２（図６）の燃
料電池発電システムが、燃料電池２１の温度検知器等の
故障、異常時には、異常停止させた後、修理を待たざる
を得ないといった課題を考慮したものである。

【００１４】また、第４の本発明は、燃料ガスと酸化剤
ガスとを反応させて発電を行う燃料電池（２１）と、前
記燃料電池（２１）に前記燃料ガスを供給する燃料ガス
供給手段（２２）と、前記燃料電池（２１）に前記酸化
剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段（３４）と、前記
燃料ガス供給手段（２２）の温度を検知する状態検知手
段（４１、３８）と、前記状態検知手段（４１、３８）
が検知した結果を利用して、前記状態検知手段（４１、
３８）自体の異常を検知し、異常内容に対応した運転モ
ードにて運転制御を行う運転制御手段（４７）と、前記
異常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転
モード切換手段（４４）とを備えた燃料電池発電システ
ムである。

【００１５】また、第５の本発明は、前記異常内容に対
応した運転モードは、異常が発生した状態検知手段（４
１、３８）に代えて、予め決められている別の状態検知
手段（４１、３８）で代用させるモードである第４の本
発明の燃料電池発電システムである。

【００１６】また、第６の本発明は、前記異常が発生し
た状態検知手段とは、前記燃料ガス供給手段（２２）に
含まれる加熱手段（３６）へ送り込まれる燃焼用空気の
温度を検知する燃焼ファン吸込温度検知手段（３８）で
あり、前記代用される状態検知手段は、前記燃料ガス供
給手段（２２）に送り込まれる原料ガスの温度を検知す
るガス温度検知手段（４１）である第５の本発明の燃料
電池発電システムである。

【００１７】また、第７の本発明は、前記異常が発生し
た状態検知手段とは、前記燃料ガス供給手段（２２）に
送り込まれる原料ガスの温度を検知するガス温度検知手
段（４１）であり、前記代用される状態検知手段は、前
記燃料ガス供給手段（２２）に含まれる加熱手段（３
６）へ送り込まれる燃焼用空気の温度を検知する燃焼フ
ァン吸込温度検知手段（３８）である第５の本発明の燃
料電池発電システムである。

【００１８】また、第８の本発明は、前記運転モード切
換手段（４４）は、リモコンのスイッチの所定の手順、
組み合わせによる切替操作にて切り換える第１〜７の本
発明のいずれかの燃料電池発電システムである。

【００１９】また、第９の本発明は、前記運転モード切
換手段（４４）は、通信手段を介して宅外メンテナンス
制御手段（５４）より、異常内容に対応した運転プログ
ラムを送信し、送信された運転プログラムにて運転する
ように遠隔操作にて切り換える第１〜７の本発明のいず
れかの燃料電池発電システムである。

【００２０】また、第１０の本発明は、燃料ガスと酸化
剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料
電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、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
手段とを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電
池発電システムの制御方法であって、前記燃料ガス供給
手段の温度を検知する状態検知ステップと、前記状態検
知ステップが検知した結果を利用して、前記燃料ガス供
給手段が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に
対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御ステッ
プと、前記異常内容に対応した運転モードに切り換える
運転モード切換ステップとを備え、前記異常内容に対応
した運転モードは、起動時前記燃料ガス供給手段に含ま
れている変成手段を加熱する変成ヒータの機能に代え
て、前記燃料ガス供給手段に含まれる、改質器及び改質
ガスの熱伝導により想定される所定の制御温度到達時間
を起動の際の制限時間として扱う機能で代用させるモー
ドである燃料電池発電システムの制御方法である。

【００２１】また、第１１の本発明は、燃料ガスと酸化
剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料
電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、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
手段と、前記燃料電池で発生した熱を用いる貯湯タンク
とを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電池発
電システムの制御方法であって、前記燃料電池の温度を
検知する状態検知ステップと、前記状態検知ステップが
検知した結果を利用して、前記燃料電池が果たす所定の
機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードに
て運転制御を行う運転制御ステップと、前記異常内容に
対応した運転モードに切り換える運転モード切換ステッ
プとを備え、前記異常内容に対応した運転モードは、起
動時前記燃料電池への冷却水を加熱する冷却水ヒータの
機能に代えて、前記貯湯タンクの湯の熱を利用して前記
冷却水を加熱する機能で代用させるモードである燃料電
池発電システムの制御方法である。

【００２２】また、第１２の本発明は、燃料ガスと酸化
剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料
電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、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
手段とを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電
池発電システムの制御方法であって、前記燃料ガス供給
手段、酸化剤ガス供給手段、もしくは燃料電池の少なく
とも一つの温度を検知する状態検知ステップと、前記状
態検知ステップが検知した結果を利用して、前記状態検
知ステップ自体の異常を検知し、異常内容に対応した運
転モードにて運転制御を行う運転制御ステップと、前記
異常内容に対応した運転モードに切り換える運転モード
切換ステップとを備えた燃料電池発電システムの制御方
法である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における燃料電池発電システムのブロック構成図で
ある。

【００２５】図１において、図６で示した従来の燃料電
池を用いた発電システムと同じ機能を有するものについ
ては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細
は、図６のものに準ずるものとして説明を省略する。

【００２６】３４は、空気供給装置２６および供給空気
を加湿する酸化側加湿器２７からなる酸化剤ガス供給手
段である。改質器２３には、改質器２３の温度を検知す
る改質温度検知手段３５、原料ガスと水とを加熱する加
熱手段３６、加熱手段３６へ燃焼用空気を供給する燃焼
ファン３７、燃焼ファン３７への供給空気の温度を検知
する燃焼ファン吸込温度検知手段３８が備えられてい
る。

【００２７】さらに、改質器２３には、原料ガスを供給
するための原料ガス供給弁３９、加熱手段３６に燃焼ガ
スを供給するための燃焼ガス供給弁４０、原料ガス、燃
料ガスの温度を検知するガス温度検知手段４１が備えら
れている。一酸化炭素変成器（以下、変成器とする）２
４には、変成器２４の温度を検知する変成温度検知手段
４２、変成器２４を加熱する変成器ヒータ４３が備えら
れている。

【００２８】４４は、燃料ガス供給手段２２、酸化剤ガ
ス供給手段３４、燃料電池２１などの温度、流量、圧力
等の状態を検知する状態検知手段またはヒータ、電磁
弁、モータなどの異常検知後の特殊運転モードに切り換
えるための特殊運転モード切換手段としてのリモコンで
あり運転状態を表示する表示部４５と運転、停止等のス
イッチ操作をするための操作部４６とを具備している。

【００２９】４７は、正常時は状態検知手段からの状態
検知信号を入力し、予め決められた通常運転モードに
て、各手段を駆動し運転制御するとともに、状態検知手
段または各手段の所定の機能の異常を検知し、異常内容
に対応した特殊運転モードにて運転を行う運転制御手段
である。

【００３０】ここで改質温度検知手段３５、燃焼ファン
吸込温度検知手段３８、ガス温度検知手段４１、変成温
度検知手段４２、は燃料電池発電システムの状態を検知
する、本発明の状態検知手段の具体例であり、例えばサ
ーミスタ、熱電対等で構成される。また、燃焼ファン３
７、原料ガス供給弁３９、燃焼ガス供給弁４０、変成器
ヒータ４３は、本発明の異常を生じる手段の具体例であ
る。

【００３１】次に動作、作用について説明する。

【００３２】燃料電池発電システムの起動、発電時に
は、運転制御手段４７は、燃料ガス供給手段２２の改質
器２３において、加熱手段３６を介して天然ガスなどの
原料と水を加熱し、発電量に応じて水蒸気改質させ、水
素を主成分とするガスを生成して燃料電池２１に供給す
る。このとき、改質器２３の温度を改質温度検知手段３
５により検知し、所定温度（水蒸気改質するための温
度：約６００〜７００℃）になるように制御するととも
に、ガス温度検知手段４１により、原料ガス温度を検知
し、原料ガス供給弁により供給される原料ガス量を温度
補正する。

【００３３】また、燃焼ファン吸込温度検知手段３８に
より、燃焼用空気温度を検知し、燃焼ファン３７により
加熱手段３６に供給される燃焼用空気量を温度補正（空
気密度補正）する。

【００３４】変成器２４は、起動時、運転制御手段４７
により変成ヒータ４３を用いて昇温し、起動時間を短縮
させるとともに、変成温度検知手段４２により所定温度
（変成反応するための温度：約２５０〜３５０℃）にな
るように制御し、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と
反応させ二酸化炭素と水素にする変成反応を行う。ここ
で、変成ヒータ４３を用いることにより、変成器４３の
昇温が促進され、数十分程度で起動できる。

【００３５】次に、変成ヒータ４３が故障（断線）した
場合、運転制御手段４７は、起動時、変成ヒータ４３へ
駆動出力するにも関わらず変成温度検知手段４２により
変成器温度上昇速度が正常時に比べ遅いことを検知す
る。所定時間内に所定温度に到達しなかった時点で、変
成ヒータ４３の断線故障を確定し、運転モード切換手段
であるリモコン４４の表示部４５に異常表示し異常停止
する。

【００３６】この後、リモコン４４の特殊操作（例え
ば、操作部４６の複数のスイッチの２重押しや一定時間
連続押し、またこれらスイッチ押し操作の組み合わせ）
により、変成ヒータ４３が断線故障した場合の特殊運転
モードに切り換える。すなわち、変成ヒータ４３による
昇温動作の無い場合の運転シーケンスに切り換える。

【００３７】変成ヒータ４３が断線故障した場合の特殊
運転モードでは、起動時、変成温度検知手段４２により
変成器温度上昇速度が正常時に比べ遅いことを予め想定
し、変成ヒータ４３の断線故障判定処理を行わず起動
し、改質器２３、及び改質ガスの温熱による熱伝導によ
り想定される所定制御温度到達時間を制限時間として運
転起動させる。なお、特殊運転モードや通常運転モード
における燃料電池発電システムの起動時とは、加熱手段
３６で改質器２３の加熱を開始した時点を意味する。

【００３８】この所定制御温度到達時間は次のようにし
て求められたものである。すなわち、変成ヒータ４３で
加熱しなかった場合の変成器の改質器２３、及び改質ガ
スの温熱による熱伝導による温度上昇特性を予め把握し
ておく。そして、この温度上昇特性で燃料電池発電シス
テムの起動開始から、変成反応の適用温度範囲の下限値
である起動制御温度（例えば摂氏２５０度）に到達する
までの時間の１．２倍から２．０倍の時間をこの所定制
御温度到達時間とする。なお、起動制御温度は触媒体や
装置構成により変動するものであり、上記温度に限定さ
れるものではない。

【００３９】従って、変成ヒータ４３が弾性故障した場
合の特殊運転モードでは、燃料電池発電システムの起動
開始から上記で求めた所定制御温度到達時間が経過した
際に、燃料電池圧電システムの運転制御を開始する。

【００４０】また、燃料電池発電システムの起動開始か
ら起動制御温度（例えば摂氏２５０度）に到達するまで
の時間の０．２倍から１．０倍までの時間はマージンと
して設けたものである。すなわち、このマージンは、夏
よりも冬の方が気温が低いなど気温の変動を見越して設
けたものである。すなわち、気温が低温の場合であって
も十分余裕を持って起動制御温度（例えば摂氏２５０
度）に到達出来るようにするために設けたものである。
なお、本実施の形態では、所定制御温度到達時間を、燃
料電池発電システムの起動開始から起動制御温度（例え
ば摂氏２５０度）に到達するまでの時間の１．２倍から
２．０倍とするとして説明したが、これに限らない。気
温が十分低温の時に上述した所定制御温度到達時間を決
定した場合であれば、所定制御温度到達時間を、燃料電
池発電システムの起動開始から起動制御温度（例えば摂
氏２５０度）に到達するまでの時間より若干長い時間す
なわち、この時間の１．２倍以下の時間にしても構わな
い。

【００４１】その結果、正常時より起動時間が長くかか
るものの発電動作には支障無く運転でき、かつ使用者は
故障部品（変成ヒータ）交換するまで若干運転起動時間
が長くなる他は正常時と同様に燃料電池発電システムを
使用することができる。

【００４２】またこの特殊運転モード運転の場合にも、
制限時間内に所定温度に到達しなかった時点で、変成ヒ
ータ４３の断線故障以外の異常を確定し、特殊運転モー
ド切換手段であるリモコン４４の表示部４５にその旨の
異常表示し異常停止するため特殊運転モードにおける安
全性は確保できる。

【００４３】（実施の形態２）本発明の実施の形態２を
図１を用いて説明する。この実施の形態２の構成につい
ては、実施の形態１と同様である。

【００４４】次に動作、作用について説明する。

【００４５】燃料電池発電システムの正常時の起動、発
電時の運転動作も実施の形態１と同様である。

【００４６】次に、状態検知手段のひとつである燃焼フ
ァン吸込温度検知手段３８が故障（断線またはショー
ト）した場合、運転制御手段４７は、リモコン４４から
の運転開始操作時、燃焼ファン吸込温度検知手段３８が
正常温度範囲から外れていることで故障（断線またはシ
ョート）を確定し、特殊運転モード切換手段であるリモ
コン４４の表示部４５に異常表示し異常停止する。

【００４７】この後、リモコン４４の特殊操作（例え
ば、操作部４６の複数のスイッチの２重押しや一定時間
連続押し、またこれらスイッチ押し操作の組み合わせ）
により、燃焼ファン吸込温度検知手段３８が故障（断線
またはショート）した場合の特殊運転モードに切り換え
る。すなわち、燃焼ファン吸込温度検知手段３８の検知
信号による加熱手段３６に供給される燃焼用空気量の温
度補正（空気密度補正）の代わりに、ガス温度検知手段
４１による原料ガス温度による温度補正に切り換える。

【００４８】燃焼ファン吸込温度検知手段３８が故障
（断線またはショート）した場合の特殊運転モードで
は、起動時および発電時、概ね、ガス温度検知手段４１
による原料ガス温度が燃焼ファン吸込温度検知手段３８
の検知信号による加熱手段３６に供給される燃焼用空気
温度より若干低め（数℃から十数℃）となることを予め
想定し、ガス温度検知手段４１による原料ガス温度に若
干の補正温度（数℃から十数℃）を加算した温度を用い
て燃焼ファン吸込温度検知手段３８の代用検知信号とし
て加熱手段３６に供給される燃焼用空気量の温度補正
（空気密度補正）を行う。なお、原料ガス温度を推定す
る方法については後述する。

【００４９】その結果、ガス温度検知手段４１による原
料ガス温度は、正常時の燃焼用空気量の温度補正（空気
密度補正）に近似し、季節や設置場所、運転時刻に対し
てある程度の相関関係をもった温度検知信号であるた
め、概ね起動、発電動作には支障無く運転でき、かつ故
障部品（燃焼ファン吸込温度検知手段３８）交換するま
で改質器２３の加熱手段３６の加熱運転において、正常
燃焼特性範囲内で、燃料電池発電システムを使用するこ
とができる。

【００５０】また、この特殊運転モード運転の場合に
も、加熱手段３６の安全装置（燃焼検知手段、温度過昇
検知器等：図示せず）が具備されているため、これらが
万一動作した時点で異常停止するため特殊運転モードに
おける安全性は確保できる。

【００５１】なお、上記実施の形態では、燃焼ファン吸
込温度検知手段３８が故障（断線またはショート）した
場合の構成としているが、ガス温度検知手段４１が故障
（断線またはショート）した場合に、逆に燃焼ファン吸
込温度検知手段３８により、ガス温度検知手段４１の代
用する構成とすることによっても同様の効果を有するこ
とは言うまでもない。なお、原料ガス温度を推定する方
法については後述する。

【００５２】以下に、ガス温度検知手段４１または燃焼
ファン吸込温度検知手段３８が故障した場合に故障して
いない方の手段でどのように故障した方の手段を代替す
るかを詳細に説明する。

【００５３】図２に、燃料電池発電システムの運転時間
に対するガス温度検知手段４１で検知される原料ガス温
度と燃焼ファン吸込温度検知手段３８で検知される燃焼
ファン吸込温度との関係を示す。図２には、燃焼開始か
ら発電開始までの期間、及び発電開始から定格発電まで
の期間、及び定格発電以降の期間で、ガス温度検知手段
４１で検知される原料ガス温度と燃焼ファン吸込温度検
知手段３８で検知される燃焼ファン吸込温度が示されて
いる。また、図２には、それぞれの期間におけるガス温
度検知手段４１で検知される原料ガス温度の近似直線と
燃焼ファン吸込温度検知手段３８で検知される燃焼ファ
ン吸込温度の近似直線が示されている。

【００５４】まず、燃焼開始から発電開始までの期間に
おいて、原料ガス温度は近似直線Ａ１で近似され、燃焼
ファン吸込温度は近似直線Ｂ１で近似される。すなわ
ち、近似直線Ａ１及び近似直線Ｂ１はそれぞれ以下に示
す数１及び数２のように表される。

【００５５】

【数１】Ａ１＝ａ１×Ｔ＋Ｃ１

【００５６】

【数２】Ｂ１＝ｂ１×Ｔ＋Ｄ１ ここで、ａ１は、近似直線Ａ１の傾きであり、Ｃ１は、
燃料電池発電装置の加熱手段３６の燃焼開始時の原料ガ
ス温度である。また、ｂ１は、近似直線Ｂ１の傾きであ
り、Ｄ１は、燃料電池発電装置の加熱手段３６の燃焼開
始時の燃焼ファン吸込温度である。また、Ｔは、燃料電
池発電装置の加熱手段３６の燃焼開始時からの経過時間
である。また、Ｃ１とＤ１は等しい。すなわち、燃料電
池発電装置の加熱手段３６の燃焼開始時には、原料ガス
温度と燃焼ファン吸込温度とは等しい。

【００５７】ここで燃焼ガス吸込温度検知手段３８が故
障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段４
１により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原
料ガス温度に時間Ｔにおける数２から数１を減算した
値、すなわち（Ｂ１−Ａ１）を加算した値を用いて燃焼
ファン吸込温度検知手段３８の代用検知信号として加熱
手段３６に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密
度補正）を行う。

【００５８】逆に、ガス温度検知手段４１が故障した場
合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段３
８により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知
した燃焼ファン吸込温度に時間Ｔにおける数１から数２
を減算した値、すなわち（Ａ１−Ｂ１）を加算した値を
用いてガス温度検知手段４１の代用検知信号として原料
ガス供給弁により供給される原料ガス量の温度補正を行
う。

【００５９】次に、発電開始から定格発電までの期間に
おいて、原料ガス温度は近似直線Ａ２で近似され、燃焼
ファン吸込温度は近似直線Ｂ２で近似される。すなわ
ち、近似直線Ａ２及び近似直線Ｂ２はそれぞれ以下に示
す数３及び数４のように表される。

【００６０】

【数３】Ａ２＝ａ２×Ｔ＋Ｃ２

【００６１】

【数４】Ｂ２＝ｂ２×Ｔ＋Ｄ２ ここで、ａ２は、近似直線Ａ２の傾きであり、Ｃ２は、
発電開始時の原料ガス温度である。また、ｂ２は、近似
直線Ｂ２の傾きであり、Ｄ２は、発電開始時の燃焼ファ
ン吸い込み温度である。また、Ｔは、発電開始時からの
経過時間である。また、ａ２とｂ２は実質上等しい。

【００６２】ここで燃焼ガス吸込温度検知手段３８が故
障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段４
１により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原
料ガス温度にＡ２とＢ２の予め決められた偏差（固定
値）Ｅ２を加算した値を用いて燃焼ファン吸込温度検知
手段３８の代用検知信号として加熱手段３６に供給され
る燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）を行う。

【００６３】逆に、ガス温度検知手段４１が故障した場
合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段３
８により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知
した燃焼ファン吸込温度にＡ２とＢ２の予め決められた
偏差（固定値）Ｅ２を減算した値を用いてガス温度検知
手段４１の代用検知信号として原料ガス供給弁により供
給される原料ガス量の温度補正を行う。

【００６４】次に、定格発電以降の期間において、原料
ガス温度は近似直線Ａ３で近似され、燃焼ファン吸込温
度は近似直線Ｂ３で近似される。すなわち、近似直線Ａ
３及び近似直線Ｂ３はそれぞれ以下に示す数５及び数６
のように表される。

【００６５】

【数５】Ａ３＝ａ３×Ｔ＋Ｃ３

【００６６】

【数６】Ｂ３＝ｂ３×Ｔ＋Ｄ３ ここで、ａ３は、近似直線Ａ３の傾きであり、Ｃ３は、
定格発電開始時の原料ガス温度である。また、ｂ３は、
近似直線Ｂ３の傾きであり、Ｄ３は、定格発電開始時の
燃焼ファン吸い込み温度である。また、Ｔは、燃料電池
発電装置の定格発電開始時からの経過時間である。ま
た、ａ３とｂ３は実質上等しい。

【００６７】ここで燃焼ガス吸込温度検知手段３８が故
障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段４
１により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原
料ガス温度にＡ２とＢ２の予め決められた偏差（固定
値）Ｅ３を加算した値を用いて燃焼ファン吸込温度検知
手段３８の代用検知信号として加熱手段３６に供給され
る燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）を行う。

【００６８】逆に、ガス温度検知手段４１が故障した場
合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段３
８により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知
した燃焼ファン吸込温度にＡ３とＢ３の予め決められた
偏差（固定値）Ｅ３を減算した値を用いてガス温度検知
手段４１の代用検知信号として原料ガス供給弁により供
給される原料ガス量の温度補正を行う。

【００６９】このように燃焼ガス吸込温度検知手段３８
またはガス温度検知手段４１が故障した場合の特殊運転
モードでは、ガス温度検知手段４１で検知される原料ガ
ス温度の近似直線と燃焼ファン吸込温度検知手段３８で
検知される燃焼ファン吸込温度の近似直線とを利用し
て、故障した手段の検知温度を推定し、その推定した検
知温度を制御に用いることにより、故障した手段を代替
することが出来る。

【００７０】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３における燃料電池発電システムのブロック構成図で
ある。

【００７１】図３において、図６で示した従来の燃料電
池発電システムおよび、図１で示した実施の形態１の燃
料電池発電システムと同じ機能を有するものについて
は、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、
図６，図１のものに準ずるものとして説明を省略する。

【００７２】４８は、冷却配管２８の経路において燃料
電池２１の冷却水を加熱するための冷却水タンク、４９
は冷却水タンク４８内に設けられた冷却水ヒータ、５０
は、冷却配管２８の冷却水温度を検知する冷却水温度検
知手段であり、運転制御手段４７に温度検知信号を出力
し、冷却水ヒータ４９にヒータ出力信号を印加するよう
に接続されている。

【００７３】また、貯湯タンク３３には、タンク内に貯
湯されたお湯の温度を検知するための貯湯タンク温度検
知手段５１，５２，５３がタンクの上部、中部、下部に
設置されている。

【００７４】次に動作、作用について説明する。

【００７５】燃料電池発電システムの起動時には、運転
制御手段４７は、冷却配管２８の経路の冷却水タンク４
８内に設けられた冷却水ヒータを介して、冷却水を加熱
し、冷却水温度検知手段５０により冷却水温度を検知し
つつ、発電反応に適した温度帯に到達させる。

【００７６】さらに、発電時には、燃料電池２１の発電
による排熱をポンプ２９を介して冷却水として循環さ
せ、熱交換器３０により排熱回収配管３２を流れる水と
熱交換し、循環ポンプ３１により貯湯タンク１３に排熱
回収させる。

【００７７】次に、冷却水ヒータ４９が故障（断線）し
た場合、運転制御手段４７は、起動時、冷却水ヒータ４
９へ駆動出力するにも関わらず冷却水温度検知手段５０
により冷却水温度が上昇しないことを検知する。所定時
間内に所定温度に到達しなかった時点で、冷却水ヒータ
４９の断線故障を確定し、特殊運転モード切換手段であ
るリモコン４４の表示部４５に異常表示し異常停止す
る。

【００７８】この後、リモコン４４の特殊操作（例え
ば、操作部４６の複数のスイッチの２重押しや一定時間
連続押し、またこれらスイッチ押し操作の組み合わせ）
により、冷却水ヒータ４９が断線故障した場合の特殊運
転モードに切り換える。すなわち、冷却水ヒータ４９に
よる昇温動作の無い場合の運転シーケンスに切り換え
る。

【００７９】冷却水ヒータ４９が断線故障した場合の特
殊運転モードでは、起動時、冷却水配管２８の経路に加
熱手段がないため、貯湯タンク３３に貯湯されたお湯の
熱を利用して冷却水を加温させる。すなわち、貯湯タン
ク３３の貯湯状態を貯湯タンク温度検知手段５１，５
２，５３により検知し、貯湯量が一定量以上あれば循環
ポンプ３１と冷却水ポンプ２９を駆動し、通常発電時の
排熱回収の熱搬送とは逆の熱搬送を行なわせることによ
り、冷却水温度を上昇させる。

【００８０】その結果、正常時より起動時間が長くかか
るものの発電動作には支障無く運転でき、かつ使用者は
故障部品（冷却水ヒータ）交換するまで若干運転起動時
間が長くなる他は正常時と同様に燃料電池発電システム
を使用することができる。

【００８１】また、この特殊運転モード運転の場合に
も、制限時間内に所定温度に到達しなかった時点で、冷
却水ヒータ４９の断線故障以外の異常を確定し、特殊運
転モード切換手段であるリモコン４４の表示部４５にそ
の旨の異常表示し異常停止するため、特殊運転モードに
おける安全性は確保できる。

【００８２】さらに、冷却水タンク４８には安全装置
（温度過昇検知器等：図示せず）が具備されているた
め、これらが万一作動した時点で異常停止するため特殊
運転モードにおける２重の安全性は確保できる。

【００８３】（実施の形態４）図４は本発明の実施の形
態４における燃料電池発電システムのブロック構成図で
ある。

【００８４】図４において、図６で示した従来の燃料電
池発電システムおよび、図１，２で示した実施の形態
１，２，３の燃料電池発電システムと同じ機能を有する
ものについては、同一符号を付与しており、それらの機
能の詳細は、図６，図１，２のものに準ずるものとして
説明を省略する。

【００８５】５４は、宅外メンテナンス会社、５５は、
宅外メンテナンス会社内の燃料電池発電システム用メン
テナンス通信機器、５６は通信回線であり、燃料電池発
電システムの運転制御手段４７に接続されている。

【００８６】次に動作、作用について説明する。

【００８７】燃料電池発電システムの正常運転時には、
運転制御手段４７は、必要に応じて運転データのうち、
メンテナンス情報（例えば、フィルター消耗部品の累積
使用時間等）をリモコン４４を介して、宅外メンテナン
ス会社５４内の燃料電池発電システム用メンテナンス通
信機器５５に送信する。

【００８８】宅外メンテナンス会社５４は、顧客の燃料
電池発電システムのメンテナンス情報を常時監視、管理
するるとともにメンテナンス部品が交換時期になればそ
の旨を顧客に通知する。または、通信回線５６を経由し
てリモコン４４の表示部４５に表示させる。

【００８９】次に、状態検知手段自体、あるいは各手段
の所定の機能が故障した場合、運転制御手段４７は、故
障内容を正常時と同様に緊急メンテナンス情報としてリ
モコン４４を介して、宅外メンテナンス会社５４内の燃
料電池発電システム用メンテナンス通信機器５５に送信
する。

【００９０】宅外メンテナンス会社５４は、顧客の燃料
電池発電システムの緊急メンテナンス情報を入手すると
故障（異常）内容を解析するるとともに、故障内容に応
じて実施の形態１，２，３記載の特殊運転モードにて対
処可能な故障（異常）であった場合は、特殊運転プログ
ラムを通信回線５６を経由して、顧客の燃料電池発電シ
ステムのリモコン４７に送信する。そして、送信された
特殊運転モードにて再運転してもらうように顧客に依頼
する。

【００９１】従って、サービスマンが顧客宅に出向くま
でもなく、緊急対応ができ、故障内容に応じた故障部品
が入手次第、１回の顧客訪問で故障（異常）発生を解決
できる。

【００９２】もちろん、この特殊運転モード運転の場合
にも、上記他の実施の形態と同様に当該故障以外の異常
も監視した上で再運転をおこなうため、特殊運転モード
における安全性は確保できる。

【００９３】さらに、安全装置（温度過昇検知器等：図
示せず）が具備されているため、これらが万一作動した
時点で異常停止するため特殊運転モードにおける２重の
安全性は確保できる。

【００９４】なお、上記実施の形態では、リモコン４４
から通信回線５６を経由して宅外メンテナンス会社５４
内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器５５
に送信する構成としているが、運転制御手段４７に通信
機能を持たせ、運転制御手段４７から直接宅外メンテナ
ンス会社５４内の燃料電池発電システム用メンテナンス
通信機器５５に送信する構成とすることによっても同様
の効果を有することは言うまでもない。

【００９５】なお、本実施の形態の宅外メンテナンス会
社５４は本発明の宅外メンテナンス制御手段の例であ
る。

【００９６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の燃料電池発電システム、及び燃料電池発電システムの
制御方法によれば、次の効果が得られる。

【００９７】燃料電池発電システムの状態検知手段の異
常・故障だけでなく、アクチュエータ等の異常・故障も
異常対象とし、異常・故障内容に応じた特殊運転モード
にて再運転可能なため、幅広い異常・故障に対応でき、
使用者に機器使用停止の不便を掛けずに安全運転が行え
る。

【００９８】特殊運転モードの切換手段も、リモコンの
特殊操作等による簡単な切換手段による切り換え操作に
より切り換え可能にしているため、速やかな異常対処の
できる燃料電池発電システムとなる。

【００９９】特殊運転モードにて対処可能な故障（異
常）の場合は、宅外メンテナンス会社より特殊運転プロ
グラムを通信回線を経由して、顧客の燃料電池発電シス
テムに送信することにより、暫定的運転が可能となり、
サービスマンが顧客宅に出向くまでもなく、緊急対応が
でき、故障内容に応じた故障部品が入手でき次第、１回
の顧客訪問で故障（異常）発生を解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１、２における燃料電池発
電システムのブロック構成図

【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池発電シ
ステムの運転時間に対するガス温度検知手段４１で検知
される原料ガス温度と燃焼ファン吸い込み温度検知手段
３８で検知される燃焼ファン吸い込み温度との関係を示
す図

【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池発電シ
ステムのブロック構成図

【図４】本発明の実施の形態４における燃料電池発電シ
ステムのブロック構成図

【図５】従来例１の燃料電池発電システムのブロック構
成図

【図６】従来例２の燃料電池発電システムのブロック構
成図

【符号の説明】

２１ 燃料電池 ２２ 燃料ガス供給手段 ３４ 酸化剤ガス供給手段 ３５ 改質温度検知手段 ３８ 燃焼ファン吸込温度検知手段 ４１ ガス温度検知手段 ４２ 変成温度検知手段 ４３ 変成ヒータ ４４ 特殊運転モード切換手段 ４７ 運転制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 照丸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 尾関 正高 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山本 雅夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中村 彰成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田中 良和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 BA17 KK00 KK44 KK48 MM16 MM21

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発
   電を行う燃料電池と、 前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手
   段と、 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
   給手段と、 前記燃料ガス供給手段の温度を検知する状態検知手段
   と、 前記状態検知手段が検知した結果を利用して、前記燃料
   ガス供給手段が果たす所定の機能の異常を検知し、異常
   内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御
   手段と、 前記異常内容に対応した運転モードに切り換えるための
   運転モード切換手段とを備え、 前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料
   ガス供給手段に含まれている変成手段を加熱する変成ヒ
   ータの機能に代えて、前記燃料ガス供給手段に含まれ
   る、改質器及び改質ガスの熱伝導により想定される所定
   の制御温度到達時間を起動の際の制限時間として扱う機
   能で代用させるモードである燃料電池発電システム。
2. 【請求項２】 前記所定の制御温度到達時間は、予め前
   記変成ヒータで加熱しなかった場合の前記変成手段の温
   度上昇特性を求めておき、その温度上昇特性における、
   起動開始から制御温度に到達するまでの時間より長い時
   間である請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 【請求項３】 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発
   電を行う燃料電池と、 前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手
   段と、 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
   給手段と、 記燃料電池へ供給される冷却水の温度を検知する状態検
   知手段と、 前記状態検知手段が検知した結果を利用して、前記燃料
   電池が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対
   応した運転モードにて運転制御を行う運転制御手段と、 前記異常内容に対応した運転モードに切り換えるための
   運転モード切換手段と、前記燃料電池で発生した熱を用
   いる貯湯タンクとを備え、 前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料
   電池への冷却水を加熱する冷却水ヒータの機能に代え
   て、前記貯湯タンクの湯の熱を利用して前記冷却水を加
   熱する機能で代用させるモードである燃料電池発電シス
   テム。
4. 【請求項４】 前記運転モード切換手段は、リモコンの
   スイッチの所定の手順、組み合わせによる切替操作にて
   切り換える請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発
   電システム。
5. 【請求項５】 前記運転モード切換手段は、通信手段を
   介して宅外メンテナンス制御手段より、異常内容に対応
   した運転プログラムを送信し、送信された運転プログラ
   ムにて運転するように遠隔操作にて切り換える請求項１
   〜３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
6. 【請求項６】 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発
   電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供
   給する燃料ガス供給手段と、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手段とを備えた燃料電池
   発電システムを制御する燃料電池発電システムの制御方
   法であって、 前記燃料ガス供給手段の温度を検知する状態検知ステッ
   プと、 前記状態検知ステップが検知した結果を利用して、前記
   燃料ガス供給手段が果たす所定の機能の異常を検知し、
   異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転
   制御ステップと、 前記異常内容に対応した運転モードに切り換える運転モ
   ード切換ステップとを備え、 前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料
   ガス供給手段に含まれている変成手段を加熱する変成ヒ
   ータの機能に代えて、前記燃料ガス供給手段に含まれ
   る、改質器及び改質ガスの熱伝導により想定される所定
   の制御温度到達時間を起動の際の制限時間として扱う機
   能で代用させるモードである燃料電池発電システムの制
   御方法。
7. 【請求項７】 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発
   電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供
   給する燃料ガス供給手段と、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手段と、前記燃料電池で
   発生した熱を用いる貯湯タンクとを備えた燃料電池発電
   システムを制御する燃料電池発電システムの制御方法で
   あって、 前記燃料電池の温度を検知する状態検知ステップと、 前記状態検知ステップが検知した結果を利用して、前記
   燃料電池が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容
   に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御ステ
   ップと、 前記異常内容に対応した運転モードに切り換える運転モ
   ード切換ステップとを備え、 前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料
   電池への冷却水を加熱する冷却水ヒータの機能に代え
   て、前記貯湯タンクの湯の熱を利用して前記冷却水を加
   熱する機能で代用させるモードである燃料電池発電シス
   テムの制御方法。