JP2011216355A

JP2011216355A - 燃料電池発電システム試験装置および燃料電池発電システム試験方法

Info

Publication number: JP2011216355A
Application number: JP2010083875A
Authority: JP
Inventors: Yoji Naka; 洋史仲; Noritoshi Sanagi; 徳寿佐薙
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP5658899B2

Abstract

【課題】燃料電池発電システムの試験を行う際の生産性を向上させること。
【解決手段】運転操作端末２６は、燃料電池発電システム１０の発電試験の終了後に、少なくとも燃料供給器２１、温水冷却器２２、およびデータ収集装置２３のそれぞれの接続状態を無効とし（例えば、配管や配線を取り外すことなく、配管に設けられるバルブを閉の状態にすると共に、配線に設けられるスイッチを切の状態にし）、その燃料電池発電システム１０に少なくとも送受電盤２４に加えて窒素供給器２５を接続した状態で、その燃料電池発電システム１０の冷却処理を実施しながら、その燃料電池発電システム１０とは異なる別の（次に発電試験の対象となる）燃料電池発電システム１０に少なくとも燃料供給器２１、温水冷却器２２、データ収集装置２３、および送受電盤２４を接続した状態で当該別の燃料電池発電システム１０の発電試験を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池発電システムを試験する燃料電池発電システム試験装置および燃料電池発電システム試験方法に関する。

近年におけるエネルギー消費の増大は著しいものがあり、地球温暖化を防止するために、地球規模で発生するＣＯ_２を削減・抑制することが必要とされている。ＣＯ_２削減・抑制するためには、省エネルギーあるいは、高効率なエネルギー利用が必須であり、あらゆる方法が模索試行され、そして実用化へと進んでいるが、その中で有効な手段の一つとして燃料電池発電システム（以下、単に「燃料電池」もしくは「燃料電池ユニット」と呼ぶ場合がある。）が高効率発電システムとして注目されている。燃料電池は、水素と酸素との化学反応そのものが直接発電となるために、発電効率が高く、発電に伴った熱が排出される特徴があるため、コージェネレーションシステムとしての有効活用が望まれる。

燃料電池には、水素が供給される燃料極と主として空気中の酸素が供給される酸化剤極とに挟まれる電解質によって幾つかの方式がある。その中で、水素が燃料極より酸化剤極へＨ＋（プロトン）となって伝導し、酸素と結合して発電を行うことを可能とする固体高分子を使用した固体高分子型燃料電池は、作動温度の観点から最も実現性の早い燃料電池として早くから注目され、開発されてきた。その固体高分子型燃料電池を内蔵した燃料電池発電システムは、発電効率が高いだけでなく、温水が排出されることから、一般家庭に設置する小型コージェネレーションシステムや電気自動車用の動力源としての用途に有効と考えられ、前者については現在、量産・商用化の段階となってきている。

燃料電池発電システムは、一般家庭へ送電するために、固体高分子型燃料電池単体を内蔵するだけでなく、都市ガスやＬＰガス等に代表される炭化水素系燃料から水素含有ガスを取り出すための燃料処理装置、冷却そして水質を維持するための水処理装置、出力した直流電力を交流に変換する電気制御装置（インバータ）、発電に伴う発熱を回収する熱利用装置、そしてそれら全体を制御するための制御装置からなり、燃料電池単体だけでなく周辺機器についても複雑な機構をもっている。そのため、信頼性の高い各機器を組み込んだとしても、手作業の部分も必ずあるため、品質管理上の必要な検査として、燃料電池発電システムを試験スタンド（試験を実施するための一定の領域）に設置して１日掛けて一台一台発電を伴う試験を行っている。年間１０００台を超える量産・商用化のフェーズにおいては、単純平均化すると１日あたりの生産台数は５台を超えてくるため、試験スタンドの増設や１試験スタンドあたりの効率化が要求され、生産性の向上が望まれる。

なお、燃料電池の試験方法に関する技術としては、例えば特許文献１が挙げられる。

特開２００９−２５２５６１号公報

出荷前の発電試験を行う燃料電池発電システム試験スタンドには、一般家庭への設置を模擬した放熱器を設置した構成となっているだけでなく、試験合否判定を行うための電力計、燃料流量計、燃料圧力計、燃料温度計、温水流量計、温水往き温度計、温水戻り温度計、燃料電池発電システム内運転状態データなどの必要な関連データを収集するデータ収集装置、そして試験操作のために使用する運転操作端末など様々な装置が設置されている。その試験スタンドに対して燃料電池発電システムを配置し、運転操作端末を使って起動操作を行うと、燃料電池発電システムは発電開始前にまず昇温プログラムが実行される。燃料電池本体は水素と酸素との化学反応にて発電する。そのため、燃料電池発電システムには、都市ガスやＬＰガスから水蒸気改質反応によって水素リッチなガスを取り出すための改質器が設置されている。改質器には、触媒が充填されており、触媒種類により反応温度が異なるが、６００℃以上の温度領域まで昇温させることによって、改質反応を起こす触媒種を用いるシステムが常套手段として運用されているために、その温度領域へ昇温させるのである。改質触媒に燃料が導入されると、改質器にて水蒸気改質反応（吸熱）が行なわれ、水素を取り出すことができる。改質反応の代表例としてメタンガスの化学反応式を以下に示す。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２＋ＣＯ_２＋ＣＯ
改質反応が行われると、電池本体に水素リッチガスが導入されるため、発電することが出来る。改質反応は吸熱反応であるために、電池本体で未消費となった水素燃料を利用して、空気とバーナ燃焼させて、温度維持管理を行うのである。

発電試験終了後は、運転操作端末を使用して、改質器をバーナ燃焼時に使用する空気ブロアを強制回転させて外気温レベルになるまで冷却操作を行っている。冷却にはおよそ半日から１日を要し、様々な装置が設置されている試験スタンドにて行なわれている。もし、途中で冷却不十分のまま行なうと、例えば１００℃以上の状態で、出荷の為に取り付けていた燃料配管を外して梱包状態にすると、１００℃以上から常温まで低下したときには、燃料処理系内のガスが温度低下による収縮で圧力が低下して、常圧であれば負圧状態となる。そこに燃料配管に外気が吸入されることになる或いは、極端な負圧状態となり配管など変形の可能性も出てくる。そのために、発電試験が終了してはいるが、安全面から燃料電池発電システム内に保持される燃料ガスをシステム外に追い出すために、運転操作端末を使用して窒素パージを行っている。試験後にこれら操作を１台１台試験スタンドに設置した状態で行っているが、冷却と窒素パージだけの為に、様々な装置が取り付けてある試験スタンドの１台あたりの占有時間が長いため、生産性が悪いという問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池発電システムの試験を行う際の生産性を向上させることが可能な燃料電池発電システム試験装置および燃料電池発電システム試験方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による燃料電池発電システム試験装置は、燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、前記燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、前記燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、前記燃料電池発電システムに対する送受電を行うための送受電手段と、前記燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、前記燃料電池発電システムの運転操作を行うための運転操作手段とを具備し、前記運転操作手段は、前記燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該燃料電池発電システムの発電試験を実施し、前記燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、およびデータ収集手段のそれぞれの接続状態を無効とし、前記燃料電池発電システムに少なくとも前記送受電手段に加えて前記不活性ガス供給手段を接続した状態で、前記燃料電池発電システムの冷却処理を実施しながら、前記燃料電池発電システムとは異なる別の燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該別の燃料電池発電システムの発電試験を実施することを特徴とする。

本発明の他の態様による燃料電池発電システム試験装置は、複数の燃料電池発電システムの各々に対して第１の領域にて発電試験を実施するために使用する第１の装置群と、前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の領域とは異なる第２の領域にて当該複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施するために使用する第２の装置群とを具備し、前記第１の装置群は、各燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、各燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、各燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、各燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第１の送受電手段と、各燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第１の不活性ガス供給手段と、各燃料電池発電システムの発電の運転操作を行うための第１の運転操作手段とを含み、前記第２の装置群は、前記複数の燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第２の不活性ガス供給手段と、前記複数の燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第２の送受電手段と、前記複数の燃料電池発電システムの冷却の運転操作を行うための第２の運転操作手段とを含み、前記第１の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施し、前記第２の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の装置群が取り外されて前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第２の装置群を接続した状態で前記複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施し、その間、前記第１の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムとは異なる別の複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該別の複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施することを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池発電システムの試験を行う際の生産性を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置の試験対象となる燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置により個々の燃料電池発電システムに対して発電試験および冷却処理を実施する様子を示す図。同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置において、燃料電池発電システムに取り付けた配管や配線を取り外さずに、発電試験から冷却処理への切換えを実現するための構成の一例を示す図。図２の変形例を示す図。同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置１００による全体的な試験手順を示すフローチャート。同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置１００による燃料電池発電システムの冷却処理の手順を示すフローチャート。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置により個々の燃料電池発電システムに対して発電試験および冷却処理を実施する様子を示す図。図７に示される個々の燃料電池発電システムの配置の一例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
最初に、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置の試験対象となる燃料電池発電システムの構成の一例を示す図である。なお、この図１に示される燃料電池発電システムは、後述する第２の実施形態にも適用されるものである。

燃料電池発電システム１０は、燃料電池本体１１における燃料系については、燃料から水素を取り出すため、燃料ブロア１２により供給される燃料と、水タンク１３から水ポンプ１４を通じて供給される水とをミックスさせ、触媒が充填された改質器１５に導入させる。改質器１５では水素リッチなガスを取り出すための有効な温度である６００℃以上まで上昇させ、改質反応を生じさせる。

改質器１５に、燃料ガスと改質水（蒸気）とが導入されると、以下のような平衡反応により、水素とＣＯ_２とＣＯとが生成される。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ → ＣＨ_４＋ＣＯ_２＋ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＨ_４
改質器１５にて改質反応が行われても、１０％程度のＣＯが副生されるため、改質反応後のガスを更にＣＯ変性器１６およびＣＯ選択酸化器１７に通すことにより、発電に有効となる数ｐｐｍレベルにまでＣＯを低減させる。

ＣＯ変性器１６では、以下のような平衡反応により、ＣＯ濃度を低減させる。

ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ
また、ＣＯ選択酸化器では、以下のような酸化反応により、さらにＣＯ濃度を数ｐｐｍレベルにまで低減させる。

ＣＯ＋Ｈ_２ → ＣＯ_２＋ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ
これにより、燃料電池本体１１の燃料極に水素リッチなガスが導入され、また、酸化剤（空気）が空気ブロア１８により酸化剤極（空気極）に導入され、化学反応により発電が行われる。改質器１５での改質反応は吸熱反応であるため、燃料電池本体１１で未消費となった未消費の余剰水素リッチガスを温度維持管理のために利用する。すなわち、余剰水素リッチガスを、バーナ空気ブロア１９により供給される空気とミックスさせ、改質器１５にてバーナ燃焼させる。これにより、改質器１４にて必要な温度が維持されるようになっている。

図２は、同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置により個々の燃料電池発電システムに対して発電試験および冷却処理を実施する様子を示す図である。

図２に示される燃料電池発電システム試験装置１００は、出荷前の個々の燃料電池発電システムの発電試験（発電動作に問題が無いかどうかを検査して合否判定などを行う試験）および発電試験後における冷却処理（燃料電池発電システムの改質器をバーナ燃焼時に使用するバーナ空気ブロア１９（図１）を強制回転させて外気温レベルになるまで冷却させる処理および窒素パージを含む処理）の両方を、１つの発電試験・冷却処理用スタンド１００ａにおいて実施するための設備である。発電試験・冷却処理用スタンド１００ａは、発電試験と冷却処理とを一緒に実施するための領域を指す。

例えば、発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０が、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａの中央部へ直列に搬入され、試験用の配管や配線が取り付けられ、両側に配置されている燃料電池発電システム試験装置１００により発電試験が実施され、発電試験後には冷却処理が実施される。

図２の例では、ｎ台の燃料電池発電システム１０_１，１０_２，１０_３，…，１０_ｎが既に発電試験を終えて冷却処理が実施されている状態にあり、同時に、燃料電池発電システム１０_ｎ＋１について発電試験が実施されている状態にある。発電試験および冷却処理を終えた燃料電池発電システムは、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａの外へ搬出され、出荷されることになる。

このように、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａに次々と搬入される個々の燃料電池発電システムの発電試験および冷却処理がシーケンシャルに行われる。

燃料電池発電システム試験装置１００は、燃料供給器２１、温水冷却器２２、データ収集装置２３、送受電盤２４、窒素供給器２５、運転操作端末２６などにより構成される。

燃料供給器２１は、発電試験において発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０に燃料ガスを供給するものである。この燃料電池発電システム１０と燃料供給器２１との間には、燃料供給用の配管が接続される。この配管に、開閉可能なバルブを設け、当該バルブの開閉操作を運転操作端末２６が行えるようにしてもよい。

温水冷却器２２は、発電試験において発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０から得られる温水を冷やして燃料電池発電システム１０へと戻すものである。この燃料電池発電システム１０と温水冷却器２２との間には、水供給・温水排出用の配管が接続される。この配管に、開閉可能なバルブを設け、当該バルブの開閉操作を運転操作端末２６が行えるようにしてもよい。温水冷却器２２は、例えば、この燃料電池発電システム１０に対する冷水の供給と温水の排出とを同時に行うことによって冷却を実現する。この場合、冷水を供給すると共に、排出される温水を受け入れるための貯湯槽を設けるようにしてもよい。

データ収集装置２３は、発電試験において発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０の状態を示すデータを収集して試験の合否判定を行うものである。燃料電池発電システム１０とデータ収集装置２３との間には、データ伝送用の配線が接続される。この配線に電気的接続・非接続の切換えが可能なスイッチを設け、当該スイッチの切換え操作を運転操作端末２６が行えるようにしてもよい。データ収集装置２３は、例えば、試験用に設置した電力計、燃料流量計、燃料圧力計、燃料温度計、温水流量計、温水往き温度計、温水戻り温度計などにより測定されるデータなど、燃料電池発電システム１０の運転状態を示すデータを収集し、各種物理量が基準を満たしているか否かを調べることにより、合否判定を行う。

送受電盤２４は、発電試験および冷却処理において燃料電池発電システム１０に対する送受電を行うものである。個々の燃料電池発電システム１０と送受電盤２４との間には、電力伝送用の配線が接続される。これらの配線に電気的接続・非接続の切換えが可能なスイッチを設け、当該スイッチの切換え操作を運転操作端末２６が行えるようにしてもよい。当該スイッチについては、瞬時停電させないために切換えスイッチの代わりに遮断器を２台設けて、２台の動作を「閉／開」→「閉／閉」→「開／閉」のように運用してもよい。送受電盤２４は、例えば、発電試験の際には、発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０から電力を受け、その燃料電池発電システム１０の電力量を電力計により測定する。一方、冷却処理の際には、冷却処理の対象となる燃料電池発電システム１０に電力を供給し、その燃料電池発電システム１０が外気温レベルの温度となるようにバーナ空気ブロア１９（図１）を強制回転させる。

窒素供給器２５は、発電試験後あるいは冷却処理において燃料電池発電システム１０にパージ用の不活性ガスとして窒素ガスを供給するものである。個々の燃料電池発電システム１０と窒素供給器２５との間には、窒素供給用の配管が接続される。この配管に、開閉可能なバルブを設け、当該バルブの開閉操作を運転操作端末２６が行えるようにしてもよい。

運転操作端末２６は、発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０の運転（昇温プログラムの実行等）の起動・停止や、試験終了後の燃料電池発電システム１０を発電試験の対象から冷却処理の対象に切り換える処理や、冷却処理の対象となる燃料電池発電システム１０の冷却の起動・停止など、個々の燃料電池発電システム１０の運転操作を司るものである。個々の燃料電池発電システム１０と運転操作端末２６との間には、電気信号伝送用の配線が接続される。これらの配線に電気的接続・非接続の切換えが可能なスイッチを設け、当該スイッチの切換え操作を運転操作端末２６自身が行えるようにしてもよい。

上記運転操作端末２６は、発電試験の対象となる燃料電池発電システム１０に少なくとも燃料供給器２１、温水冷却器２２、データ収集装置２３、および送受電盤２４、ならびに運転操作端末２６自身を接続した状態で当該燃料電池発電システム１０の発電試験を実施する。

特に本実施形態に係る運転操作端末２６は、燃料電池発電システム１０の発電試験の終了後に、少なくとも燃料供給器２１、温水冷却器２２、およびデータ収集装置２３のそれぞれの接続状態を無効とし（例えば、配管や配線を取り外すことなく、配管に設けられるバルブを閉の状態にすると共に、配線に設けられるスイッチを切の状態にし）、その燃料電池発電システム１０に少なくとも送受電盤２４に加えて窒素供給器２５を接続した状態で、その燃料電池発電システム１０の冷却処理を実施しながら、その燃料電池発電システム１０とは異なる別の（次に発電試験の対象となる）燃料電池発電システム１０に少なくとも燃料供給器２１、温水冷却器２２、データ収集装置２３、および送受電盤２４を接続した状態で当該別の燃料電池発電システム１０の発電試験を実施する。

なお、上記運転操作端末２６は、１つの燃料電池発電システム１０の発電試験を実施しながら、発電試験が終了している「複数の」燃料電池発電システム１０の冷却処理を実施することが可能である。

また、運転操作端末２６に備え付けられた冷却開始ボタンを押すと、試験終了後の燃料電池発電システム１０が発電試験の対象から冷却処理の対象に切り換えられ、バーナ空気ブロア１９（図１）が回転を始めて、燃料電池発電システム１０が外気温レベルの温度となるまで冷却が継続されるようにしてもよい。

また、燃料電池発電システム１０の発電試験の終了後、その燃料電池発電システム１０の設置場所を１台分ずらしてからその燃料電池発電システム１０の冷却処理を実施するようにしてもよいが、その燃料電池発電システム１０の設置場所を変えずに、発電試験のときと同じ場所でその燃料電池発電システム１０の冷却処理を実施するようにしてもよい。

図３は、同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置において、燃料電池発電システムに取り付けた配管や配線を取り外さずに、発電試験から冷却処理への切換えを実現するための構成の一例を示す図である。

送受電盤２４には、スイッチ３１_１，…，３１_ｎ＋１が備えられる。スイッチ３１_１，…，３１_ｎ＋１は、送受電盤２４と燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎ＋１とを接続する配線上にそれぞれ設けられる。スイッチ３１_１，…，３１_ｎ＋１は、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎ＋１との電力伝送に際し、燃料電池発電システムから受電する状態と燃料電池発電システムへ送電する状態との間の切り換えを個別に行える切換え装置である。

図３の例では、スイッチ３１_１，…，３１_ｎは、送受電盤２４が配線３０ａを通じて燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎへ送電できるように設定された状態にある。一方、スイッチ３１_ｎ＋１は、送受電盤２４が燃料電池発電システム１０_ｎ＋１から配線３０ｂを通じて受電して電力計３０にて燃料電池発電システム１０_ｎ＋１の電力を測定できるように設定された状態にある。

また、燃料供給器２１に通じる配管２１ａもしくは窒素供給器２５に通じる配管２５ａと燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎ＋１に通じる配管との間には、３方弁３２_１，…，３２_ｎ＋１が備えられる。３方弁３２_１，…，３２_ｎ＋１は、燃料供給器２１から燃料電池発電システムへ燃料ガスを供給する状態と、窒素供給器２５から燃料電池発電システムへ不活性ガスを供給する状態との間の切り換えを個別に行えるバルブである。

図３の例では、３方弁３２_１，…，３２_ｎは、窒素供給器２５から燃料電池発電システムへ不活性ガスを供給できるように設定された状態にされ、一方、３方弁３２_ｎ＋１は、燃料供給器２１から燃料電池発電システムへ燃料ガスを供給できるように設定された状態にされる。

このような構成とすることにより、各燃料電池発電システム１０に取り付けた配管や配線などを取り外さずに、発電試験から冷却処理への切換えをスムーズに行うことができ、作業時間を短縮できるだけでなく、空気が燃料電池発電システム１０に入り込んで改質器の触媒を酸化させてしまうことを抑制することができる。

なお、図２の例では、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎ＋１が、順次、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａの中央部へ直列に搬入され、両側に配置されている燃料電池発電システム試験装置１００により発電試験および冷却処理がシーケンシャルに実施される形態を示したが、これ以外の形態を採用してもよい。

例えば、図４の例のように、冷却処理用スタンド１００ａの中央部に燃料電池発電システム試験装置１００が配置されており、その周囲に燃料電池発電システム１０_１，…，１０_ｎ＋１が、順次、弧の形をなすように搬入され、燃料電池発電システム試験装置１００により発電試験および冷却処理がシーケンシャルに実施される形態を採用してもよい。

次に、図５を参照して、同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置１００による全体的な試験手順について説明する。

最初に、燃料電池発電システム試験装置１００は、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａに搬入される１台目の燃料電池発電システム１０_１の発電試験（１）を実施する（ステップＳ１）。

発電試験（１）が終了すると、燃料電池発電システム試験装置１００は、１台目の燃料電池発電システム１０_１の冷却処理を実施し、その間、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａに搬入される２台目の燃料電池発電システム１０_２の発電試験（２）を実施する（ステップＳ２ａ，ステップＳ２ｂ）。

発電試験（２）が終了すると、燃料電池発電システム試験装置１００は、２台目の燃料電池発電システム１０_２の冷却処理を実施し、その間、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａに搬入される３台目の燃料電池発電システム１０_３の発電試験（３）を実施する（ステップＳ３ａ，ステップＳ３ｂ）。

発電試験（３）が終了すると、燃料電池発電システム試験装置１００は、３台目の燃料電池発電システム１０_２の冷却処理を実施し、その間、発電試験・冷却処理用スタンド１００ａに搬入される４台目の燃料電池発電システム１０_４の発電試験（４）を実施する（ステップＳ４ａ，ステップＳ４ｂ）。

以降、同様な処理を繰り返す。

次に、図６を参照して、同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置１００による燃料電池発電システムの冷却処理の手順について説明する。

例えば運転操作端末２６に備え付けられた冷却開始ボタンを押すと、運転操作端末２６は、冷却指令を検出する（ステップＳ１１）。

これにより、運転操作端末２６は、送受電盤２４における該当するスイッチなどを操作することにより、試験終了後の燃料電池発電システム１０より送受電盤２４が受電する状態から、当該燃料電池発電システム１０へ送受電盤２４から送電する状態へと切り換え、バーナ空気ブロア１９を回転させ、冷却を行う（ステップＳ１２）。

また、運転操作端末２６は、当該燃料電池発電システム１０の配管に設けられる３方弁などを操作することにより、燃料供給の状態を窒素供給の状態へと切り換え、窒素パージを行う（ステップＳ１３）。

この状態で、燃料電池発電システム１０の温度が外気温レベル（設定値）に達するまで待機する（ステップＳ１４）。

燃料電池発電システム１０の温度が外気温レベル（設定値）以下になると、運転操作端末２６は、窒素供給を停止させると共に、バーナ空気ブロア１９を停止させ（ステップＳ１５）、冷却処理を終了する。

この第１の実施形態によれば、ある燃料電池発電システムの冷却処理を実施している間に、別の燃料電池発電システムの発電試験を実施することができるため、時間を有効に利用することができ、燃料電池発電システムの試験を行う際の生産性を向上させることが可能となる。また、各燃料電池発電システム１０に取り付けた配管や配線などを取り外さずに、また、各燃料電池発電システム１０を大きく移動させずに、発電試験から冷却処理への切換えをスムーズに行うことができ、作業時間を短縮できるだけでなく、空気が燃料電池発電システム１０に入り込んで改質器の触媒を酸化させてしまうことを抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

なお、この第２の実施形態においては、前述の第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

前述の図１に示した燃料電池発電システムは、この第２の実施形態においても、試験対象として適用される。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置により個々の燃料電池発電システムに対して発電試験および冷却処理を実施する様子を示す図である。また、図８は、図７に示される個々の燃料電池発電システムの配置の一例を示す図である。

この第２の実施形態においては、発電試験を実施するためのエリアと、冷却処理を実施するためのエリアとが別々になっている。

発電試験用スタンドエリア２５０では、複数の燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０が、発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａにおいて、複数の燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０に対し、同時に、発電試験を個別に実施する。

冷却処理用スタンドエリア３５０では、燃料電池発電システム冷却装置３００が、冷却処理用スタンド３００ａにおいて、発電試験を終えた燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０に対し、同時に、冷却処理を実施する。

燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０は、前述の燃料電池発電システム試験装置１００の場合と同様、燃料供給器２１、温水冷却器２２、データ収集装置２３、送受電盤２４、窒素供給器２５、運転操作端末２６などにより構成される。それぞれの詳細については既に説明した通りである。

燃料電池発電システム冷却装置３００は、送受電盤２４、窒素供給器２５、運転操作端末２６などにより構成される。それぞれの詳細については既に説明した通りである。

例えば、発電試験の対象となる一群の燃料電池発電システムとして燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０が、発電試験用スタンドエリア２５０内の発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａに搬入されると、発電試験用の配管や配線が取り付けられ、燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０により発電試験が実施される。

発電試験を終えた燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０は、発電試験用の配管や配線が取り外され、窒素供給器２５による窒素パージが施され、空気が内部に入らないよう開口部を封じられた後、冷却処理用スタンドエリア３５０内の冷却処理用スタンド３００ａにへ移動される。

移動後の燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０は、冷却処理用の配管や配線が取り付けられて、燃料電池発電システム冷却装置３００により冷却処理が実施される。すなわち、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０には、送受電盤２４が電力伝送用の配線を介して接続され、窒素供給器２５が窒素供給用の配管を介して接続され、運転操作端末２６が電気信号伝送用の配線が接続され、運転操作端末２６の操作によって送受電盤２４から燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０への送電が行われ、バーナ空気ブロア１９を回転させ、窒素供給器２５による窒素パージが行われることにより、冷却処理が実施される。

一方で、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０を移動させることにより空いたスペースには、次に発電試験の対象となる燃料電池発電システムを搬入させることができる。すなわち、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の冷却処理が実施されている間、別の（次に発電試験の対象となる）燃料電池発電システムが発電試験用スタンドエリア２５０内の発電試験用スタンド２０１ａ，…１２０ａに搬入されて燃料電池発電システム試験装置１００により発電試験が実施されることになる。

次に、再び図５を参照して、同実施形態に係る燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０および燃料電池発電システム冷却装置３００による全体的な試験手順について説明する。

最初に、燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０は、発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａに搬入される第１群の燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の発電試験（１）を実施する（ステップＳ１）。

発電試験（１）が終了すると、第１群の燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の移動が行われる。そして、燃料電池発電システム冷却装置３００は、第１群の燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の冷却処理を実施し、その間、燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０は、発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａに搬入される第２群の燃料電池発電システムの発電試験（２）を実施する（ステップＳ２ａ，ステップＳ２ｂ）。

発電試験（２）が終了すると、第２群の燃料電池発電システムの移動が行われる。そして、燃料電池発電システム冷却装置３００は、第２群の燃料電池発電システムの冷却処理を実施し、その間、燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０は、発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａに搬入される第３群の燃料電池発電システムの発電試験（３）を実施する（ステップＳ３ａ，ステップＳ３ｂ）。

発電試験（３）が終了すると、第３群の燃料電池発電システムの移動が行われる。そして、燃料電池発電システム冷却装置３００は、第３群の燃料電池発電システムの冷却処理を実施し、その間、燃料電池発電システム試験装置２０１，…，２１０は、発電試験用スタンド２０１ａ，…２１０ａに搬入される第４群の燃料電池発電システムの発電試験（４）を実施する（ステップＳ４ａ，ステップＳ４ｂ）。

以降、同様な処理を繰り返す。

次に、再び図６を参照して、同実施形態に係る燃料電池発電システム冷却装置３００による燃料電池発電システムの冷却処理の手順について説明する。

これにより、運転操作端末２６は、送受電盤２４から燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０へ送電させ、バーナ空気ブロア１９を回転させ、冷却を行う（ステップＳ１２）。

また、運転操作端末２６は、窒素供給器２５に窒素パージを行わせる（ステップＳ１３）。

この状態で、燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の温度が外気温レベル（設定値）に達するまで待機する（ステップＳ１４）。

燃料電池発電システム１０_１，…，１０_１０の温度が外気温レベル（設定値）以下になると、運転操作端末２６は、窒素供給を停止させると共に、バーナ空気ブロア１９を停止させ（ステップＳ１５）、冷却処理を終了する。

この第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態の場合と同様、ある燃料電池発電システムの冷却処理を実施している間に、別の燃料電池発電システムの発電試験を実施することができるため、時間を有効に利用することができ、燃料電池発電システムの試験を行う際の生産性を向上させることが可能となる。更に、この第２の実施形態によれば、複数の燃料電池発電システムの冷却処理を同時に実施しながら、別の複数の燃料電池発電システムの発電試験を同時に実施することができるため、生産性をより一層向上させることが可能となる。また、燃料電池発電システム冷却装置３００を構成する要素はシンプルであるため、燃料電池発電システムを詰めて配置することができ、冷却処理用スタンドにおける省スペース化を実現できる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…燃料電池発電システム、１１…燃料電池本体、１２…燃料ブロア、１３…水タンク、１４…水ポンプ、１５…改質器、１６…ＣＯ変性器、１７…ＣＯ選択酸化器、１８…空気ブロア、１９…バーナ空気ブロア、２１…燃料供給器、２２…温水冷却器、２３…データ収集装置、２４…送受電盤、２５…窒素供給器、２６…運転操作端末、３１…スイッチ、３２…３方弁、１００…燃料電池発電システム試験装置、１００ａ…発電試験・冷却処理用スタンド、２０１、２１０…燃料電池発電システム試験装置、２０１ａ、２１０ａ…発電試験用スタンド、２５０…発電試験用スタンドエリア、３００…燃料電池発電システム冷却装置、３００ａ…冷却処理用スタンド、３５０…冷却処理用スタンドエリア。

Claims

燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、
前記燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、
前記燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、
前記燃料電池発電システムに対する送受電を行うための送受電手段と、
前記燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、
前記燃料電池発電システムの運転操作を行うための運転操作手段と
を具備し、
前記運転操作手段は、
前記燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該燃料電池発電システムの発電試験を実施し、
前記燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、およびデータ収集手段のそれぞれの接続状態を無効とし、前記燃料電池発電システムに少なくとも前記送受電手段に加えて前記不活性ガス供給手段を接続した状態で、前記燃料電池発電システムの冷却処理を実施しながら、前記燃料電池発電システムとは異なる別の燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該別の燃料電池発電システムの発電試験を実施することを特徴とする燃料電池発電システム試験装置。
前記運転操作手段は、燃料電池発電システムの発電試験の終了後、当該燃料電池発電システムの設置場所を変えずに、当該燃料電池発電システムの冷却処理を実施することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電システム試験装置。
前記燃料供給手段から燃料電池発電システムへ燃料ガスを供給する状態と、前記不活性ガス供給手段から燃料電池発電システムへ不活性ガスを供給する状態との間の切り換えが可能なバルブを更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム試験装置。
前記送受電手段は、燃料電池発電システムから受電する状態と燃料電池発電システムへ送電する状態との間の切り換えが可能なスイッチを具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム試験装置。
前記運転操作手段は、１つの燃料電池発電システムの発電試験を実施しながら、発電試験が終了している複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム試験装置。
複数の燃料電池発電システムの各々に対して第１の領域にて発電試験を実施するために使用する第１の装置群と、
前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の領域とは異なる第２の領域にて当該複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施するために使用する第２の装置群とを具備し、
前記第１の装置群は、
各燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、
各燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、
各燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、
各燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第１の送受電手段と、
各燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第１の不活性ガス供給手段と、
各燃料電池発電システムの発電の運転操作を行うための第１の運転操作手段と、
を含み、
前記第２の装置群は、
前記複数の燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第２の不活性ガス供給手段と、
前記複数の燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第２の送受電手段と、
前記複数の燃料電池発電システムの冷却の運転操作を行うための第２の運転操作手段と、
を含み、
前記第１の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施し、
前記第２の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の装置群が取り外されて前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第２の装置群を接続した状態で前記複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施し、その間、前記第１の運転操作手段は、前記複数の燃料電池発電システムとは異なる別の複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該別の複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施することを特徴とする燃料電池発電システム試験装置。
燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、前記燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、前記燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、前記燃料電池発電システムに対する送受電を行うための送受電手段と、前記燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、前記燃料電池発電システムの運転操作を行うための運転操作手段とを用いる燃料電池発電システム試験方法であって、
前記運転操作手段が、
前記燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該燃料電池発電システムの発電試験を実施し、
前記燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、およびデータ収集手段のそれぞれの接続状態を無効とし、前記燃料電池発電システムに少なくとも前記送受電手段に加えて前記不活性ガス供給手段を接続した状態で、前記燃料電池発電システムの冷却処理を実施しながら、前記燃料電池発電システムとは異なる別の燃料電池発電システムに少なくとも前記燃料供給手段、前記温水冷却手段、前記データ収集手段、および前記送受電手段を接続した状態で当該別の燃料電池発電システムの発電試験を実施する
ことを特徴とする燃料電池発電システム試験方法。
複数の燃料電池発電システムの各々に対して第１の領域にて発電試験を実施するために使用する第１の装置群であって、各燃料電池発電システムに燃料ガスを供給するための燃料供給手段と、各燃料電池発電システムから得られる温水を冷やして当該燃料電池発電システムへと戻すための温水冷却手段と、各燃料電池発電システムの状態を示すデータを収集するためのデータ収集手段と、各燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第１の送受電手段と、各燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第１の不活性ガス供給手段と、各燃料電池発電システムの発電の運転操作を行うための第１の運転操作手段とを含む第１の装置群と、前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の領域とは異なる第２の領域にて当該複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施するために使用する第２の装置群であって、前記複数の燃料電池発電システムにパージ用の不活性ガスを供給するための第２の不活性ガス供給手段と、前記複数の燃料電池発電システムに対する送受電を行うための第２の送受電手段と、前記複数の燃料電池発電システムの冷却の運転操作を行うための第２の運転操作手段とを含む第２の装置群とを用いる燃料電池発電システム試験方法であって、
前記第１の運転操作手段が、前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施し、
前記第２の運転操作手段が、前記複数の燃料電池発電システムの発電試験の終了後に、前記第１の装置群が取り外されて前記複数の燃料電池発電システムの各々に前記第２の装置群を接続した状態で前記複数の燃料電池発電システムの冷却処理を実施し、その間、前記第１の運転操作手段が、前記複数の燃料電池発電システムとは異なる別の複数の燃料電池発電システムの各々に前記第１の装置群を接続した状態で当該別の複数の燃料電池発電システムの発電試験を実施する
ことを特徴とする燃料電池発電システム試験方法。