JP2021096966A

JP2021096966A - 異常判定システム及び燃料電池装置

Info

Publication number: JP2021096966A
Application number: JP2019227829A
Authority: JP
Inventors: 松本　明; Akira Matsumoto; 明松本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24

Abstract

【課題】コストの上昇を抑制しながら、流動用機器が正常であるか否かを判定できる異常判定システムを提供する。【解決手段】異常判定システムにおいて、燃料電池装置３０の燃料電池制御部２５は、動作させる１台の流動用機器Ｆを順に変更しながら、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を行っている間にセンサ部２が出力した判定用信号を異常判定装置Ｕへ送信する信号送信処理を行い、異常判定装置Ｕは、燃料電池装置３０が信号送信処理において送信した判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部４１と、流動用機器Ｆ毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、信号取得処理で取得した判定用信号に１台の流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部４２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる流動用機器が正常であるか否かを判定する異常判定システム及び燃料電池装置に関する。

特許文献１には、燃料電池スタックに冷媒を循環させる冷媒ポンプが正常であるか否かを検知する方法が記載されている。具体的には、冷媒ポンプに第１回転数指令を出力している場合のポンプ出口側圧力と、冷媒ポンプの上記第１回転数指令よりも高い回転数に対応する第２回転数指令を出力している場合のポンプ出口側圧力とを比較する。つまり、冷媒ポンプが正常であれば、回転数の上昇に伴って冷媒のポンプ出口側圧力も大きく上昇するため、冷媒ポンプの回転数が上昇する前後のポンプ出口側圧力を監視することで、冷媒ポンプが正常であるか否かを検知しようとしている。

特開２０１７−１５２１４２号公報

燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部が燃料電池装置に設けられている場合、燃料電池装置の筐体の内部には、発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台のポンプやブロアなどの流動用機器が設けられる。例えば、流動用機器として、燃料電池部を冷却するための電池冷却水を流動させるためのポンプ、燃料改質部で行われる水蒸気改質で利用される改質用水を流動させるためのポンプ、燃料電池部の空気極に酸素（空気）を供給するための発電用空気ブロア、燃料改質部で行われる水蒸気改質で利用される原燃料ガスを供給するためのブロアなどがある。

このように、燃料電池装置に設けられているそれらの流動用機器が正常であるか否かを特許文献１に記載の方法を用いて判定しようとする場合、それらの流動用機器の出口側圧力を測定するための圧力センサを各別に設置する必要がある。そのため、燃料電池装置のコストが上昇するという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストの上昇を抑制しながら、流動用機器が正常であるか否かを判定できる異常判定システム及び燃料電池装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る異常判定システムの特徴構成は、互いに情報通信可能な燃料電池装置と異常判定装置とを備え、
前記燃料電池装置は、筐体の内部に、燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、前記発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器と、検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力するセンサ部と、前記発電部及び前記流動用機器の動作を制御する燃料電池制御部とを有し、前記燃料電池制御部は、動作させる１台の前記流動用機器を順に変更しながら、複数台の前記流動用機器の内の１台の前記流動用機器を動作させ且つ他の前記流動用機器を停止させる単独機器運転を行っている間に前記センサ部が出力した前記判定用信号を前記異常判定装置へ送信する信号送信処理を行うように構成され、
前記異常判定装置は、前記燃料電池装置が前記信号送信処理において送信した前記判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部と、前記流動用機器毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、前記信号取得処理で取得した前記判定用信号に１台の前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部とを有する点にある。

上記特徴構成によれば、燃料電池装置と情報通信可能な異常判定装置が備える異常判定部は、信号取得部が燃料電池装置から取得した、複数台の流動用機器の内の１台の流動用機器を動作させ且つ他の流動用機器を停止させる単独機器運転を行っている間にセンサ部が出力した判定用信号に、当該１台の流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定できる。特に本特徴構成では、異常であることを示す特徴が含まれているか否かを人間が判定するのではなく、異常判定部が、蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、異常であることを示す特徴が含まれているか否か判定する。加えて、複数台の流動用機器は燃料電池装置の筐体の内部に設けられ、筐体の内部では外部からの音などが遮断されるため、センサ部は、動作している１台の流動用機器を起源とする音又は振動を良好に検出できる。また、燃料電池装置は、例えば原燃料ガスの消費を定期的に停止することを目的として発電部の発電運転を停止する場合や、発電メリットが小さい時期には発電部の発電運転を停止することなどがあるため、そのように発電部の発電運転が停止された間に、上述したような流動用機器が異常であるか否かの判定を実施し易いという利点がある。更に、燃料電池装置では、発電部の発電運転を停止している間に、複数台の流動用機器の内の１台の流動用機器を動作させ且つ他の流動用機器を停止させる単独機器運転を実施することが可能である。その結果、従来のように流動用機器の出口側圧力を測定するための圧力センサを各別に設置しなくても、例えば音又は振動に応じた判定用信号を出力する１台のセンサ部を設置するだけで、異常判定装置は、短時間で、且つ、一貫性のある判定結果を得ることができる。
従って、コストの上昇を抑制しながら、流動用機器が正常であるか否かを判定できる異常判定システムを提供できる。

本発明に係る異常判定システムの別の特徴構成は、前記異常判定装置は、前記異常判定部の判定結果に基づいて、前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれている前記判定用信号を送信してきた前記燃料電池装置に対して、前記流動用機器で異常が発生している可能性があることを示す異常発生情報を送信する異常情報送信処理を行うように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、燃料電池装置は、流動用機器で異常が発生している可能性があることを認識できる。

本発明に係る異常判定システムの更に別の特徴構成は、前記燃料電池装置は、警報を出力する警報部を有し、前記燃料電池制御部は、前記異常判定装置から前記異常発生情報を受信した場合、前記警報部から警報を出力させる点にある。

上記特徴構成によれば、警報部が警報を出力することで、流動用機器で異常が発生している可能性があることを外部に知らせることができる。

本発明に係る異常判定システムの更に別の特徴構成は、前記燃料電池制御部は、前記異常判定装置から前記異常発生情報を受信した場合、前記発電部の運転を禁止する点にある。

上記特徴構成によれば、流動用機器で異常が発生している可能性があると判定された状態のままで発電部の運転が行われることを防止できる。その結果、流動用機器が異常であるのに伴って発電部が正常に動作しなくなるという二次被害が生じる可能性が低くなる。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池装置の特徴構成は、筐体の内部に、
燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、
前記発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器と、
検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力するセンサ部と、
前記発電部及び前記流動用機器の動作を制御する燃料電池制御部と、
動作させる１台の前記流動用機器を順に変更しながら、複数台の前記流動用機器の内の１台の前記流動用機器を動作させ且つ他の前記流動用機器を停止させる単独機器運転を前記燃料電池制御部が行っている間に前記センサ部が出力した前記判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部と、
前記流動用機器毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、前記信号取得処理で取得した前記判定用信号に１台の前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、燃料電池装置が備える異常判定部は、自身の筐体の内部で検出された、複数台の流動用機器の内の１台の流動用機器を動作させ且つ他の流動用機器を停止させる単独機器運転を行っている間の音又は振動に応じてセンサ部が出力した判定用信号に、当該１台の流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定できる。特に本特徴構成では、異常であることを示す特徴が含まれているか否かを人間が判定するのではなく、異常判定部が、蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、異常であることを示す特徴が含まれているか否か判定する。その結果、従来のように流動用機器の出口側圧力を測定するための圧力センサを各別に設置しなくても、例えば音又は振動に応じた判定用信号を出力する１台のセンサ部を設置するだけで、燃料電池装置は、短時間で、且つ、一貫性のある判定結果を得ることができる。
従って、コストの上昇を抑制しながら、流動用機器が正常であるか否かを判定できる燃料電池装置を提供できる。

本発明に係る燃料電池装置の別の特徴構成は、警報を出力する警報部を有し、
前記燃料電池制御部は、前記異常判定部によって異常であると判定された場合、前記警報部から警報を出力させる点にある。

本発明に係る燃料電池装置の更に別の特徴構成は、前記燃料電池制御部は、前記異常判定部によって異常であると判定された場合、前記発電部の運転を禁止する点にある。

燃料電池装置及び異常判定装置を備える異常判定システムの構成を示す図である。燃料電池装置を備える燃料電池システムの具体的な構成を示す図である。流動用機器の動作が正常である場合及び異常である場合の判定用信号（音圧レベル）の例を示すグラフである。流動用機器の動作が正常である場合及び異常である場合の判定用信号（音圧レベル）の例を示すグラフである。燃料電池装置の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、異常判定システムの構成を示す図である。図示するように、異常判定システムは、情報通信線Ｗを介して互いに情報通信可能な燃料電池装置３０と異常判定装置Ｕとを備える。本実施形態の異常判定装置Ｕは、情報通信線Ｗを介して燃料電池装置３０と情報通信可能なサーバ装置４０を用いて実現される。図１に示す例では、３台の燃料電池装置３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）を描いているが、本実施形態において燃料電池装置３０の台数は適宜変更可能である。

燃料電池装置３０は、筐体１の内部に、燃料電池部４及び燃料改質部３を有する発電部Ｇと、発電部Ｇの運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器Ｆと、検出した音又は振動に応じた信号を出力するセンサ部２と、発電部Ｇ及び流動用機器Ｆの動作を制御する燃料電池制御部２５とを有し、燃料電池制御部２５は、動作させる１台の流動用機器Ｆを順に変更しながら、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を行っている間にセンサ部２が出力した判定用信号をサーバ装置４０（異常判定装置Ｕ）へ送信する信号送信処理を行うように構成されている。また、本実施形態の燃料電池装置３０は、警報部２６と、燃料電池通信部２７と、燃料電池記憶装置２８とを備える。

詳細な説明は後述するが、本実施形態において、冷却水ポンプ１８、改質用水ポンプ１９、排熱回収ポンプ２０、浄化ポンプ２１、原燃料ガスブロア２２、燃焼用空気ブロア２３、発電用空気ブロア２４が流動用機器Ｆである。

図２は、燃料電池装置３０を備える燃料電池システムの具体的な構成を示す図である。燃料電池システムは燃料電池装置３０で発生された熱を蓄えることができる貯湯タンク１７を有し、貯湯タンク１７に蓄熱されている熱を給湯用途などの熱負荷装置（図示せず）に供給できる。

燃料電池部４は、水素などの燃料ガス（改質ガス）が供給される燃料極８と酸素が供給される空気極７とを有するセルが複数個積層されたセルスタックを有して構成される。燃料電池部４は、固体高分子形のセルや固体酸化物形のセルなど、様々なタイプのセルを用いて構成することができる。また、本実施形態の燃料電池装置３０は、燃料電池部４に対して、炭化水素等の原燃料を水蒸気改質することで生成した改質ガス（水素等）を供給するための燃料改質部３を併せて備えている。

燃料電池システムでは、燃料電池装置３０の燃料電池部４を運転しているとき、燃料電池装置３０と貯湯タンク１７（本発明の蓄熱装置の一例）との間で熱媒としての湯水を循環させながら、燃料電池装置３０で発生された熱の回収と、貯湯タンク１７への蓄熱とを行わせるように構成されている。

燃料電池装置３０の主要な構成部分として、燃料改質部３と燃料電池部４とがある。
燃料改質部３では、原燃料流路Ｌ１を通って改質部５へ原燃料が供給され、改質部５で生成された改質ガスが改質ガス流路Ｌ２を通って燃料電池部４の燃料極８に供給される。燃料電池部４の空気極７には、発電用空気流路Ｌ８を通って酸素（空気）が供給される。そして、燃料電池部４で発電が行われる。
空気極７に供給する酸素の量は、燃料電池制御部２５が発電用空気ブロア２４の動作を制御することで調節される。

燃料電池部４は電解質膜（図示せず）を燃料極８及び空気極７で挟んで構成されるセルを複数積層して備える。尚、図１中では簡略化のため単一のセルのみを記載している。また、燃料電池部４は、発電時に発生する熱を回収することで燃料電池部４を冷却する冷却部９を備える。本実施形態では水冷式の冷却部９を設けている。具体的には、この冷却部９には後述する電池冷却水流路Ｌ６を循環する水（以下、「回収水」と記載する）が供給されて、燃料電池部４の冷却が行われる。つまり、電池冷却水流路Ｌ６を循環する回収水は電池冷却水である。冷却部９を通過することで温度が上昇した回収水は、電池冷却水流路Ｌ６の途中に設けられた排熱回収用熱交換器１３に流入する。詳細は後述するが、この排熱回収用熱交換器１３において、回収水は、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水と熱交換して燃料電池部４から回収した排熱をその湯水に渡す。湯水は、蓄熱装置としての貯湯タンク１７に貯えられ、そこで蓄熱が行われる。
冷却部９を流れる回収水の量は、燃料電池制御部２５が冷却水ポンプ１８の動作を制御することで調節される。

改質部５には、炭化水素を含む原燃料（例えば、メタンを含む都市ガスなど）が供給される。また、気化部１６には、後述する電池冷却水タンク１０で貯えられる回収水が改質用水流路Ｌ１３を通って改質用水ポンプ１９によって供給され、そして、改質部５には、気化部１６で生成された水蒸気が改質用水流路Ｌ１３を通って供給される。改質部５は、併設される燃焼部６から与えられる燃焼熱を利用して、原燃料の水蒸気改質を行う。改質部５での水蒸気改質により得られた水素を主成分とする改質ガスは、改質ガス流路Ｌ２を介して燃料極８に供給される。

改質部５に供給する原燃料の量は、燃料電池制御部２５が原燃料ガスブロア２２の動作を制御することで調節され、及び、改質部５に供給する水蒸気の量は、燃料電池制御部２５が改質用水ポンプ１９の動作を制御することで調節され、それにより燃料極８に供給される改質ガスの量が調節される。

燃料極８では、供給された全ての改質ガスが発電反応で消費される訳ではない。そのため、燃料極８から排出される燃料極排ガスの中には水素等の改質ガスの成分が残存している。そこで、燃焼部６での燃焼用ガスとして、燃料極排ガスを利用している。具体的には、燃料極８から燃焼部６へ、燃料極排ガス流路Ｌ３を介して燃料極排ガスを供給する。また、燃焼部６での燃焼に利用される酸素が、燃焼用空気流路Ｌ９を通って燃焼部６に供給される。そして、燃焼部６で燃焼された後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路Ｌ４を介して外部に排出される。空気極７で利用された後の空気極排ガスは、空気極排ガス流路Ｌ５を通って排出される。
燃焼部６に供給する空気の量は、燃料電池制御部２５が燃焼用空気ブロア２３の動作を制御することで調節される。

燃焼排ガス及び空気極排ガスには水分が含まれている。そのため、その水分を回収する目的で、燃焼排ガス流路Ｌ４及び空気極排ガス流路Ｌ５を複合熱交換器１４の部分で合流させ、且つ、燃焼排ガス及び空気極排ガスを冷却するための排熱回収流路Ｌ１０を複合熱交換器１４に通している。つまり、燃焼排ガス及び空気極排ガスに含まれる水分が、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水によって複合熱交換器１４で冷却されて凝縮し、その凝縮水が回収水として回収水タンク１１へと回収される。

このように、回収水タンク１１に貯えられている回収水は、燃料極排ガス中に含まれていた水分や、燃焼排ガス中に含まれていた水分が混入しているため、電解質や水に溶解しない不純物などを含んでいることが想定される。そのため、回収水が、浄化流路Ｌ７の途中に設けられるイオン交換樹脂１２によって浄化処理されるように構成してある。イオン交換樹脂１２で処理された後の回収水は、電池冷却水タンク１０で貯えられる。そして、上述したように、電池冷却水タンク１０から電池冷却水流路Ｌ６へと流れ出した回収水が冷却部９へと供給され、及び、電池冷却水タンク１０から改質用水流路Ｌ１３へと流れ出した回収水が気化部１６へと供給される。
浄化流路Ｌ７を流れる回収水の量、即ち、イオン交換樹脂１２で処理される回収水の量は、燃料電池制御部２５が浄化ポンプ２１の動作を制御することで調節される。

燃料電池装置３０は、貯湯タンク１７に貯えている湯水が貯湯タンク１７と排熱回収用熱交換器１３との間で循環する排熱回収流路Ｌ１０を有する。具体的には、湯水が、貯湯タンク１７から、複合熱交換器１４と、排熱回収用熱交換器１３とを経由して貯湯タンク１７に帰還するように排熱回収流路Ｌ１０が設けられている。その結果、排熱回収用熱交換器１３において回収水から回収した排熱（即ち、燃料電池装置３０から回収した排熱）は、排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水に与えられ、その湯水は貯湯タンク１７に貯えられる。
排熱回収流路Ｌ１０を流れる湯水の量は、燃料電池制御部２５が排熱回収ポンプ２０の動作を制御することで調節される。

貯湯タンク１７には、蓄えている湯水が給湯用途などに供給されるときに流れる給湯路Ｌ１２が接続される。また、貯湯タンク１７に水を供給する給水路Ｌ１１が設けられている。

燃料電池通信部２７は、情報通信線Ｗを介したサーバ装置４０との通信を行う。燃料電池記憶装置２８は、燃料電池装置３０で取り扱われる情報を記憶する。警報部２６は、燃料電池装置３０の利用者などに対して、音、文字、光などで警報を出力する。

各燃料電池装置３０の発電部Ｇの発電運転が停止されている間に、流動用機器Ｆが正常であるか否かの判定が行われる。
具体的には、各燃料電池装置３０において、燃料電池制御部２５は、発電部Ｇの発電運転が停止されている間に、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を行う。センサ部２は、その間、筐体１の内部で検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力する。センサ部２が出力した判定用信号は、燃料電池記憶装置２８に記憶される。ここで、燃料電池装置３０の筐体１の内部では、１台の流動用機器Ｆのみが動作しているので、センサ部２が筐体１の内部で検出した音又は振動に応じた判定用信号は、その動作している１台の流動用機器Ｆが発生させた音又は振動に応じた信号であると言える。

本実施形態では、複数台の流動用機器Ｆは燃料電池装置３０の筐体１の内部に設けられ、筐体１の内部では外部からの音などが遮断されるため、センサ部２は、動作している１台の流動用機器Ｆを起源とする音又は振動を良好に検出できる。また、燃料電池装置３０は、例えば原燃料ガスの消費を定期的に停止することを目的として発電部Ｇの発電運転を停止する場合や、発電メリットが小さい時期には発電部Ｇの発電運転を停止することなどがあるため、そのように発電部Ｇの発電運転が停止された間に、流動用機器Ｆが異常であるか否かの判定を実施し易いという利点がある。更に、燃料電池装置３０では、発電部Ｇの発電運転を停止している間に、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を実施することが可能である。

燃料電池制御部２５は、動作させる１台の流動用機器Ｆを順に変更しながら、複数台の流動用機器Ｆの全てについて同様の運転を行う。その結果、燃料電池記憶装置２８に記憶される各判定用信号は、各流動用機器Ｆにより発生された音又は振動に応じた信号に対応する。尚、複数台の流動用機器Ｆの内の１台をどのような順序で動作させるのかは適宜設定可能である。

そして、燃料電池制御部２５は、燃料電池装置３０に記憶されている判定用信号を、燃料電池通信部２７からサーバ装置４０へ送信させる信号送信処理を行う。本実施形態では、各燃料電池装置３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）は、自身を識別するための識別子と、流動用機器Ｆを識別するための識別子と、センサ部２が出力した判定用信号とを関連付けて、サーバ装置４０へ送信する。つまり、サーバ装置４０は、受信した判定用信号が、どの燃料電池装置３０のどの流動用機器Ｆを動作させている間に検出されたものなのかを上記識別子を用いて判別できる。

図３及び図４は、流動用機器Ｆの動作が正常である場合及び異常である場合の判定用信号（音圧レベル）の例を示すグラフである。具体的には、図３は、流動用機器Ｆとしての浄化ポンプ２１を出力５０％で動作させた場合のグラフであり、図４は、同じく流動用機器Ｆとしての浄化ポンプ２１を出力７０％で動作させた場合のグラフである。また、動作が異常である場合の判定用信号は、軸受けが摩耗し、回転時に軸がずれる異常が発生した浄化ポンプ２１を用いて取得した。

図３及び図４に示すように、ポンプ出力５０％では、音の周波数が２５０Ｈｚ〜１２５０Ｈｚの範囲で、ポンプ出力７０％では音の周波数が１２５Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲でそれぞれ異常ポンプの音圧レベルが上昇しており、音の測定によって流動用機器Ｆの異常判断が可能であることが分かる。つまり、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が判定用信号に含まれることが分かる。尚、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴は、図３及び図４に示す特徴だけではなく、例えば、振動が大きくなること、音圧レベルの周波数パターンが変化することなど、様々である。

サーバ装置４０が有する異常判定装置Ｕは、燃料電池装置３０が信号送信処理において送信した判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部４１と、流動用機器Ｆ毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、信号取得処理で取得した判定用信号に１台の流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定処理を行う異常判定部４２とを有する。加えて、サーバ装置４０は、異常判定部４２の判定結果に基づいて、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれている判定用信号を送信してきた燃料電池装置３０に対して、異常が発生していることを示す異常発生情報を送信する異常情報送信処理を行う。

サーバ装置４０は、サーバ装置４０で取り扱われる情報を記憶するサーバ記憶装置４３と、情報通信線Ｗを介した燃料電池装置３０との通信を行うサーバ通信部４４とを備える。サーバ装置４０は、情報の演算処理機能及び情報の入出力機能及び情報の記憶機能などを備える１台又は複数台のコンピュータ装置などを用いて実現される。本実施形態の場合、信号取得部４１の機能と異常判定部４２の機能とをサーバ装置４０（コンピュータ装置）に実現させるプログラム（異常判定プログラム）を、そのサーバ装置４０にインストールしておけばよい。

後述する例では、異常判定部４２は例えばＣＮＮ（Convolutional Neural Network）などのアルゴリズムを用いて、判定用信号に流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する。また、異常判定部４２は、信号取得部４１が取得した判定用信号が入力された場合に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が判定用信号に含まれているか否かに関する情報が出力されるように機械学習を行う。例えば、機械学習によって、異常判定部４２のアルゴリズムを構成するＣＮＮの複数の重みパラメータなどが調整される。

サーバ記憶装置４３は、信号取得部４１が取得した判定用信号を記憶する信号記憶部４３ａと、機械学習で利用する訓練データを記憶する訓練データ記憶部４３ｂとを備える。信号記憶部４３ａには、信号取得部４１が取得した判定用信号が、それと関連付けられた燃料電池装置３０を識別可能な識別子及び流動用機器Ｆを識別可能な識別子と共に記憶される。

異常判定部４２は、蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、信号取得部４１が取得した判定用信号に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか、又は、その特徴が含まれていないかを判定する処理を行う。具体的には、異常判定部４２は、信号取得部４１が取得した判定用信号が入力されると、その判定用信号に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか、又は、その特徴が含まれていないかに関する情報が出力されるようにアルゴリズムが構成されている。例えば、異常判定部４２で実行されるＣＮＮは、信号取得部４１が取得した判定用信号が入力される入力層と、入力層に入力された判定用信号に対して畳み込み処理を行って特徴マップを得る畳み込み層と、畳み込み層から出力された特徴マップを縮小するプール層と、全ユニットを結合する全結合層と、出力層とを備えて階層型のネットワークを構成している。畳み込み層及びプール層の組み合わせは複数回繰り返し設けられ、全結合層も複数層設けられる。

本実施形態では、異常判定部４２の判定結果となる、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かに関する情報として２種類の情報（流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれている、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれていない）を想定しているため、ＣＮＮの出力層のユニット数は２になる。出力層では例えばソフトマックス関数を尤度関数として用いることができる。ソフトマックス関数は、出力層の全ユニットの値を累積した値で各ユニットの値を除算して正規化するので、出力層の各ユニットの尤度は０〜１の間の値をとる。そして、異常判定部４２は、尤度が最大となる分類クラス（判定結果）を決定する。異常判定部４２の判定結果はサーバ記憶装置４３で記憶される。尤度が同じ値の場合は、「流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれている」、「流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれていない」の何れを判定結果にするのかを予め設定しておく。

異常判定部４２は、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれていると判定された場合、判定用信号と関連付けられた識別子を参照して、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれている判定用信号と関連付けられている燃料電池装置３０及び流動用機器Ｆを特定し、その判定用信号を送信してきた燃料電池装置３０に対して、特定の流動用機器Ｆが異常であることを示す異常発生情報を送信する異常情報送信処理を行う。

本実施形態の燃料電池装置３０は、警報を出力する警報部２６を備える。そして、燃料電池装置３０の燃料電池制御部２５は、サーバ装置４０（異常判定装置Ｕ）から異常発生情報を受信した場合、警報部２６から警報を出力させる。その結果、燃料電池装置３０の使用者等は、特定の流動用機器Ｆが異常である可能性が高いことを認識できる。

尚、上述したポンプやブロアなどの流動用機器Ｆが異常である状態のままで発電部Ｇが運転されると、例えば、冷却部９に供給される電池冷却水の量、水蒸気改質のための供給される改質用水の量、水蒸気改質のために供給される原燃料ガスの量、燃焼部６に供給される酸素の量、燃料電池部４の空気極７に供給される酸素の量などが正常な量から逸脱し、発電部Ｇが正常に動作しなくなるという二次被害が生じる可能性がある。
そのため、燃料電池制御部２５は、サーバ装置４０（異常判定装置Ｕ）から異常発生情報を受信した場合、その後は、発電部Ｇの運転を禁止してもよい。その結果、特定の流動用機器Ｆが異常である状態のままで発電部Ｇの運転が行われることを防止できるため、流動用機器Ｆが異常であるのに伴って発電部Ｇが正常に動作しなくなるという二次被害が生じる可能性が低くなる。

次に、サーバ装置４０が行う機械学習処理について説明する。
サーバ装置４０の信号取得部４１は、各燃料電池装置３０から受信した判定用信号を取得する。次に、異常判定部４２は、信号取得部４１が取得した判定用信号と、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴がその判定用信号に含まれているか否かに関する情報との組み合わせで構成される訓練データを訓練データ記憶部４３ｂに記憶し、その訓練データの機械学習を実行する。

例えば、一つの判定用信号に対して、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かについて、人間が判定した正解データがラベル付けされることで、一つの訓練データが作成される。具体例を挙げると、サーバ装置４０の操作者などが、各燃料電池装置３０から受信した判定用信号を見て、その判定用信号に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判断し、その判断結果を入力すればよい。その結果、訓練データ記憶部４３ｂには、判定用信号と、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴がその判定用信号に含まれているか否かに関する情報との組み合わせが記憶される。訓練データ記憶部４３ｂには、このようにして作成した複数の訓練データが記憶されている。

異常判定部４２で実行されるＣＮＮの出力層ではソフトマックス関数が尤度関数として用いられる。ソフトマックス関数は、出力層の全ユニットの値を累積した値で各ユニットの値を除算して正規化するので、出力層の各ユニットの尤度は０〜１の間の値をとる。そして、異常判定部４２は、出力層で生成される推定データ（「尤度」）と正解データ（「１」）との誤差に対して誤差逆伝播法を用いてその誤差を小さくするように、実行するＣＮＮの複数の重みパラメータを修正して、判定用信号が入力されると、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴がその判定用信号に含まれるか否かに関する情報が出力されるアルゴリズムを機械学習の実行結果として得る。

また、異常判定部４２が上記異常判定処理を行った後、その異常判定処理の対象とした判定用信号を、訓練データ記憶部４３ｂに記憶されている既存の訓練データに追加して、上述した機械学習を更に行ってもよい。例えば、異常判定処理の対象とした判定用信号に関して、その判定用信号に流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かについて人間が判定した正解データをラベル付けし、それら判定用信号と正解データとの組み合わせを、訓練データ記憶部４３ｂに記憶されている既存の訓練データに追加することができる。或いは、異常判定処理の判定結果を正解データとして、その正解データと判定用信号との組み合わせを訓練データ記憶部４３ｂに記憶されている既存の訓練データに追加してもよい。また、信頼度が高い異常判定処理の判定結果（例えば、尤度が設定値以上の判定結果）を選択して、その場合の判定用信号と正解データとの組み合わせを訓練データ記憶部４３ｂに記憶されている既存の訓練データに追加してもよい。

＜第２実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第２実施形態について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図５は、燃料電池装置５０の構成を示す図である。図示するように、燃料電池装置５０は、異常判定装置Ｕの機能を備える。尚、第２実施形態の燃料電池装置５０を備える燃料電池システムの具体的な構成は図２に示したのと同様である。
燃料電池装置５０は、筐体１の内部に、燃料電池部４及び燃料改質部３を有する発電部Ｇと、発電部Ｇの運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器Ｆと、検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力するセンサ部２と、発電部Ｇ及び流動用機器Ｆの動作を制御する燃料電池制御部２５と、動作させる１台の流動用機器Ｆを順に変更しながら、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を燃料電池制御部２５が行っている間にセンサ部２が出力した判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部３１と、流動用機器Ｆ毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、信号取得処理で取得した判定用信号に１台の流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部３２とを備える。また、本実施形態の燃料電池装置５０は、警報部２６と、燃料電池記憶装置２８とを備える。燃料電池記憶装置２８は、信号取得部３１が取得した判定用信号を記憶する信号記憶部２８ａと、機械学習で利用する訓練データを記憶する訓練データ記憶部２８ｂとを備える。

このように、本実施形態の燃料電池装置５０には、上記第１実施形態で説明した異常判定装置Ｕの機能（信号取得部３１、異常判定部３２）も含まれる。そして、信号取得部３１の機能と、異常判定部３２の機能とを燃料電池装置５０に実現させるプログラム（異常判定プログラム）を、その燃料電池装置５０にインストールしておけばよい。

上記実施形態で説明したのと同様に、燃料電池制御部２５は、発電部Ｇの発電運転が停止されている間に、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を行う。センサ部２は、その間、筐体１の内部で検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力する。センサ部２が出力した判定用信号は、燃料電池記憶装置２８に記憶される。そして、燃料電池制御部２５は、動作させる１台の流動用機器Ｆを順に変更しながら、複数台の流動用機器Ｆの全てについて同様の運転を行う。

そして、異常判定部３２は、蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、信号取得部３１が取得した判定用信号に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか、又は、その特徴が含まれていないかを判定する。具体的には、異常判定部３２は、信号取得部３１が取得した判定用信号が入力されると、その判定用信号に、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか、又は、その特徴が含まれていないかに関する情報が出力されるようにアルゴリズムが構成されている。本実施形態では、異常判定部３２の判定結果となる、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かに関する情報として２種類の情報（流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれている、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれていない）を想定しているため、ＣＮＮの出力層のユニット数は２になる。出力層では例えばソフトマックス関数を尤度関数として用いることができる。ソフトマックス関数は、出力層の全ユニットの値を累積した値で各ユニットの値を除算して正規化するので、出力層の各ユニットの尤度は０〜１の間の値をとる。そして、異常判定部３２は、尤度が最大となる分類クラス（判定結果）を決定する。異常判定部３２の判定結果は燃料電池記憶装置２８で記憶される。

本実施形態の燃料電池装置５０は、警報を出力する警報部２６を備える。そして、燃料電池制御部２５は、異常判定部３２によって流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれていると判定された場合、警報部２６から警報を出力させる。その結果、燃料電池装置５０の使用者等は、特定の流動用機器Ｆが異常である可能性が高いことを認識できる。

また、燃料電池制御部２５は、異常判定部３２によって異常であると判定された場合、発電部Ｇの運転を禁止してもよい。その結果、特定の流動用機器Ｆが異常である状態のままで発電部Ｇの運転が継続されることを防止できる。

次に、燃料電池装置５０が行う機械学習処理について説明する。
燃料電池装置５０の燃料電池制御部２５は、発電部Ｇの発電運転が停止されている間に、複数台の流動用機器Ｆの内の１台の流動用機器Ｆを動作させ且つ他の流動用機器Ｆを停止させる単独機器運転を行う。センサ部２は、その間、筐体１の内部で検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力する。センサ部２が出力した判定用信号は、燃料電池記憶装置２８に記憶される。次に、異常判定部３２は、信号取得部３１が取得した判定用信号と、その判定用信号に流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かに関する情報との組み合わせで構成される訓練データを訓練データ記憶部２８ｂに記憶し、その訓練データの機械学習を実行する。

例えば、一つの判定用信号に対して、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かについて、人間が判定した正解データがラベル付けされることで、一つの訓練データが作成される。具体例を挙げると、燃料電池装置５０に表示画面や情報入力機器が設けられている場合、燃料電池装置５０の操作者などが判定用信号を表示画面で見て、その判定用信号に流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判断し、その判断結果を情報入力機器を用いて入力すればよい。或いは、燃料電池装置５０とは別のコンピュータ装置において上記訓練データ（判定用信号及び正解データの組み合わせ）が作成され、そのような訓練データが燃料電池装置５０に送信されて、訓練データ記憶部２８ｂに記憶されてもよい。その結果、訓練データ記憶部２８ｂには、判定用信号と、その判定用信号に流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が含まれているか否かに関する情報との組み合わせが記憶される。訓練データ記憶部２８ｂには、このようにして作成した複数の訓練データが記憶されている。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の異常判定システム及び燃料電池装置３０，５０の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。

＜２＞
上記実施形態では、異常判定部３２，４２が、ＣＮＮ（Convolutional Neural Network）を用いて、流動用機器Ｆが異常であることを示す特徴が判定用信号に含まれているか否かを判定する例を説明したが、異常判定部３２，４２を構成するアルゴリズムは上述したＣＮＮに限定されず、サポートベクトルマシン(SVM)、ｋ近傍法（k-nearest neighbor algorithm）、判別関数などの他の様々なアルゴリズムを用いて構成することができる。

＜３＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、コストの上昇を抑制しながら、流動用機器Ｆが正常であるか否かを判定できる異常判定システム及び燃料電池装置に利用できる。

１筐体
２センサ部
３燃料電池部
４燃料改質部
１８冷却水ポンプ（流動用機器Ｆ）
１９改質用水ポンプ（流動用機器Ｆ）
２０排熱回収ポンプ（流動用機器Ｆ）
２１浄化ポンプ（流動用機器Ｆ）
２２原燃料ガスブロア（流動用機器Ｆ）
２３燃焼用空気ブロア（流動用機器Ｆ）
２４発電用空気ブロア（流動用機器Ｆ）
２５燃料電池制御部
２６警報部
３０燃料電池装置
３１信号取得部
３２異常判定部
４１信号取得部
４２異常判定部
５０燃料電池装置
Ｇ発電部
Ｕ異常判定装置

Claims

互いに情報通信可能な燃料電池装置と異常判定装置とを備え、
前記燃料電池装置は、筐体の内部に、燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、前記発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器と、検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力するセンサ部と、前記発電部及び前記流動用機器の動作を制御する燃料電池制御部とを有し、前記燃料電池制御部は、動作させる１台の前記流動用機器を順に変更しながら、複数台の前記流動用機器の内の１台の前記流動用機器を動作させ且つ他の前記流動用機器を停止させる単独機器運転を行っている間に前記センサ部が出力した前記判定用信号を前記異常判定装置へ送信する信号送信処理を行うように構成され、
前記異常判定装置は、前記燃料電池装置が前記信号送信処理において送信した前記判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部と、前記流動用機器毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、前記信号取得処理で取得した前記判定用信号に１台の前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部とを有する異常判定システム。
前記異常判定装置は、前記異常判定部の判定結果に基づいて、前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれている前記判定用信号を送信してきた前記燃料電池装置に対して、前記流動用機器で異常が発生している可能性があることを示す異常発生情報を送信する異常情報送信処理を行うように構成されている請求項１に記載の異常判定システム。
前記燃料電池装置は、警報を出力する警報部を有し、
前記燃料電池制御部は、前記異常判定装置から前記異常発生情報を受信した場合、前記警報部から警報を出力させる請求項２に記載の異常判定システム。
前記燃料電池制御部は、前記異常判定装置から前記異常発生情報を受信した場合、前記発電部の運転を禁止する請求項２又は３に記載の異常判定システム。
筐体の内部に、
燃料電池部及び燃料改質部を有する発電部と、
前記発電部の運転に関連して用いられる流体を流動させる複数台の流動用機器と、
検出した音又は振動に応じた判定用信号を出力するセンサ部と、
前記発電部及び前記流動用機器の動作を制御する燃料電池制御部と、
動作させる１台の前記流動用機器を順に変更しながら、複数台の前記流動用機器の内の１台の前記流動用機器を動作させ且つ他の前記流動用機器を停止させる単独機器運転を前記燃料電池制御部が行っている間に前記センサ部が出力した前記判定用信号を取得する信号取得処理を行う信号取得部と、
前記流動用機器毎に蓄積された訓練データの機械学習の実行結果を用いて、前記信号取得処理で取得した前記判定用信号に１台の前記流動用機器が異常であることを示す特徴が含まれているか否かを判定する異常判定部とを備える燃料電池装置。
警報を出力する警報部を有し、
前記燃料電池制御部は、前記異常判定部によって異常であると判定された場合、前記警報部から警報を出力させる請求項５に記載の燃料電池装置。
前記燃料電池制御部は、前記異常判定部によって異常であると判定された場合、前記発電部の運転を禁止する請求項５又は６に記載の燃料電池装置。