JP2023067588A - 異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置の提供。【解決手段】異常診断装置であって、燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した、点火器を用いてオフガスに点火させる点火処理が開始された後に燃焼部温度測定器で測定される燃焼部の温度を参照して、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされ、且つ、判定期間の間に燃焼部の温度が設定温度値以上にならない場合、ホットモジュールに異常が発生しているか、又は、改質器へ供給されている原燃料の熱量と燃料電池装置で使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していないと判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置に関する。

特許文献１（特開２０１６－１８４３１９号公報）には、発電システムの故障部位を診断及び特定でき、故障時の誤診断を抑えられるシステムが記載されている。
具体的には、特許文献１に記載のシステムでは、発電システムが故障した場合、発電装置の各部位に設けられた複数の検出手段それぞれでの検出信号履歴を含む故障データが生成される。そして、データベースに記録された過去故障時データの中から、今回の故障時の故障データと相関関係が強い相関故障時データが選択される。更に、選択された相関故障時データに対応付けられた故障診断結果及び故障対応記録が出力される。このように、特許文献１に記載のシステムでは、今回の故障が発生した場合に検出される検出信号履歴を含む故障時データと相関関係が強い過去故障時データを特定し、今回の故障も、その相関関係が強い過去故障時データと同様の故障原因によって発生したものと見なしている。

特開２０１６－１８４３１９号公報

相関関係の強さという統計的な手法によらずに、燃料電池装置の動作状態を診断する手法も求められている。

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、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断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診断装置の特徴構成は、施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて前記燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置であって、
前記燃料電池装置は、
原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器、及び、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部、及び、前記オフガスに点火させる点火器、及び、前記燃焼部の温度を測定する燃焼部温度測定器を内側容器の内部空間に有し、前記内側容器には外部から前記内部空間への空気の供給に用いられる給気口と前記内部空間から外部への排気に用いられる排気口とが設けられているホットモジュールと、
前記内部空間の外部から前記改質器へ原燃料を供給する原燃料供給路と、
前記給気口を介して前記内部空間に空気を供給する空気供給器と、を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記点火器を用いて前記オフガスに点火させる点火処理が開始された後に前記燃焼部温度測定器で測定される前記燃焼部の温度を参照して、前記点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に前記燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされ、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が設定温度値以上にならない場合、前記ホットモジュールに異常が発生しているか、又は、前記改質器へ供給されている原燃料の熱量と前記燃料電池装置で使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していないと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、異常診断装置は、点火処理が開始された後の所定の判定期間の間に燃焼部の温度が設定温度値以上にならないという異常が発生している場合において、その判定期間の間に燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされていれば、ホットモジュールに異常が発生しているか、又は、前記改質器へ供給されている原燃料の熱量と前記燃料電池装置で使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していないと判定する。つまり、異常診断装置は、燃焼部温度測定器の測定結果に現れる異常についての診断結果を自動で決定できる。

例えば、燃料電池装置が有する複数の測定器のうちの少なくとも一つの測定器の測定結果に異常が現れたという事実のみに基づいてメンテナンス担当者などが出動した場合、その場でメンテナンス担当者がその異常の診断結果を下す必要がある。ところが本特徴構成では、異常診断装置がその異常についての診断結果の特定を自動で行うため、メンテナンス担当者などはその診断結果に応じた準備を事前に行った上で出動できる。
従って、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置を提供できる。

本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、前記点火器に異常が発生していると判定する点にある。
ここで、前記燃料電池装置と地理的に所定範囲内にある場所に設置された、原燃料を燃焼する原燃料燃焼装置で原燃料の燃焼不良が発生している場合、前記第２判定条件が満たされると判定してもよい。

上記特徴構成によれば、異常診断装置は、点火処理が開始された後の所定の判定期間の間に燃焼部の温度が設定温度値以上にならないという異常が発生している場合において、その判定期間の間に燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされず、且つ、燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、点火器に異常が発生していると判定する。つまり、異常診断装置は、燃焼部温度測定器の測定結果に現れる異常について、点火器に異常が発生しているという診断を自動で行うことができる。

本発明に係る異常診断装置の更に別の特徴構成は、前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、前記点火器の交換が必要であると判定する点にある。

上記特徴構成によれば、異常診断装置は、点火処理が開始された後の所定の判定期間の間に燃焼部の温度が設定温度値以上にならないという異常が発生している場合において、その判定期間の間に燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされず、且つ、燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、点火器の交換が必要であると判定する。つまり、異常診断装置は、燃焼部温度測定器の測定結果に現れる異常について、点火器の交換が必要であるという診断を自動で行うことができる。

本発明に係る異常診断装置の更に別の特徴構成は、前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされる場合、前記燃料電池装置に異常は発生していないと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、異常診断装置は、点火処理が開始された後の所定の判定期間の間に燃焼部の温度が設定温度値以上にならないという異常が発生している場合において、その判定期間の間に燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされず、且つ、燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされる場合、燃料電池装置に異常は発生していないと判定する。つまり、異常診断装置は、燃焼部温度測定器の測定結果に現れる異常について、燃料電池装置に異常は発生していないという診断を自動で行うことができる。

異常診断装置を備える診断システムの構成を示す図である。 燃料電池装置の構成を示す図である。 異常診断処理の例を説明するフローチャートである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る異常診断装置４について説明する。
図１は、異常診断装置４を備える診断システムの構成を示す図である。図示するように、住戸及び事業者などの施設１に燃料電池装置１０が設けられている。また、施設１には、電力消費装置５、ガス消費装置６、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）７も設けられている。ＨＥＭＳ７は、電力消費装置５、燃料電池装置１０、ガス消費装置６などの制御対象装置の動作を制御する装置であり、制御対象装置との間で通信線を介して情報通信を行って、各装置からの情報を受信すると共に、各装置への情報の伝達を行うことができる。また、ＨＥＭＳ７は、各装置から受信した情報を、情報通信回線２を介して異常診断装置４などに送信することもできる。

電力消費装置５及び燃料電池装置１０は、電力系統に連系される電力線８に接続されて、電力系統からの電力供給を受けることができる。また、燃料電池装置１０の発電電力を、電力線８を介して電力系統に供給することもできる。ガス消費装置６及び燃料電池装置１０は、ガス供給管９から供給される例えば都市ガスなどのガスの供給を受けることができる。図１では２つの施設１を描いているが、その数は適宜変更可能である。
ガス供給管９から供給される例えば都市ガスなどのガスは本発明の「原燃料」に相当し、以下の説明でも原燃料と記載することがある。

燃料電池装置１０は、ＨＥＭＳ７を介して、或いは、ＨＥＭＳ７を介さずに、情報通信回線２にアクセスできる。そして、燃料電池装置１０は、情報通信回線２に接続されている異常診断装置４、情報提供サーバ装置３、メンテナンス担当者端末装置６０、製造関係者端末装置６１、管理者端末装置６２などとの間で情報通信を行うことができる。

図２は、燃料電池装置１０の構成を示す図である。燃料電池装置１０は、外側容器１１の内部に各種部品を備えている。以下に、燃料電池装置１０の構成を、ホットモジュール１３、原燃料供給系、空気供給系、還流ガス供給系、水回収系、改質用水供給系、排熱回収系に分けて説明する。

〔ホットモジュール１３〕
外側容器１１の内部には、高温環境下で動作するセルスタック１８等などの機器を収容するホットモジュール１３が設けられる。具体的には、ホットモジュール１３の内部には、気化器１４、改質器１５、マニホールド１６、セルスタック１８などが設けられる。気化器１４は、改質用水を気化させて改質器１５に供給する。改質器１５は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する。改質器１５には、改質器１５の例えば改質触媒（図示せず）の温度を測定する改質器温度測定器としての温度測定器Ｔ１が設けられている。

セルスタック１８は、燃料ガス供給路Ｌ２によって供給される、改質器１５で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セル１７を有する。例えば、改質器１５で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路Ｌ２を通ってマニホールド１６に至り、マニホールド１６で、燃料ガスは各燃料電池セル１７に分配される。

セルスタック１８の上方の空間は、セルスタック１８から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部１９となる。この燃焼熱は、その上方の気化器１４及び改質器１５に伝達される。燃焼部１９の温度は、燃焼部温度測定器としての温度測定器Ｔ２で測定される。点火器２０は、オフガスに点火させる。

ホットモジュール１３の給気口２１には空気供給路Ｌ１０が接続され、ホットモジュール１３の内部に空気が供給される。ホットモジュール１３の排気口２２から、ホットモジュール１３の内部に存在するガスがホットモジュール１３の外部に排出される。排気口２２には、排出されるガスに含まれる水素、一酸化炭素などを、酸素を用いて触媒燃焼させる燃焼触媒部２３が設けられている。

燃焼触媒部２３を通過した排出ガスは、排熱回収用熱交換器３４に供給される。排熱回収用熱交換器３４では、排出ガスと、湯水循環路Ｌ７を流れる排熱回収用熱媒としての湯水との熱交換、即ち、排出ガスの冷却が行われ、排出ガスに含まれていた水分が凝縮する。

排熱回収用熱交換器３４の下流側には、排出ガスに含まれる凝縮水を分離する気液分離部３５が設けられる。そして、排出ガス中の気相成分は排出ガス流路Ｌ４を通って外側容器１１の外部に排出され、排出ガス中の液相成分は水回収路Ｌ５を通って水精製器３７に供給される。また、外側容器１１には、換気口５５も設けられている。外側容器１１の内部の、換気口５５の近傍には温度測定器Ｔ３が設けられている。この温度測定器Ｔ３によって、例えば外気の温度が測定される。

〔原燃料供給系〕
原燃料供給系は、原燃料供給路Ｌ１を介して、改質器１５に原燃料を供給する系統である。具体的には、原燃料供給系は、遮断弁２６、圧力測定器２７、原燃料流量測定器２８、ゼロガバナ２９、原燃料供給器３０、脱硫器３１を備える。

遮断弁２６は、原燃料供給路Ｌ１への原燃料の流入を許可する状態又は遮断する状態に切り替える。圧力測定器２７は、原燃料供給路Ｌ１に流入する原燃料の圧力を測定する。原燃料供給器３０は、改質器１５に原燃料を供給する。具体的には、原燃料供給器３０は、改質器１５に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する。原燃料流量測定器２８は、原燃料供給器３０によって改質器１５に供給される原燃料の単位時間当たりの流量を測定する。例えば、原燃料供給器３０は、原燃料流量測定器２８で測定される原燃料の流量が目標流量になるように原燃料供給器３０を動作させる。ゼロガバナ２９は、原燃料供給路Ｌ１を流れる原燃料の圧力を大気圧と同じに調節する。脱硫器３１は、原燃料に含まれる硫黄化合物などを除去する。

〔空気供給系〕
空気供給系は、空気供給路Ｌ１０を介して、ホットモジュール１３に空気を供給する系統である。空気供給器４１は、内側容器１２の内部に空気を供給する。具体的には、空気供給器４１は、内側容器１２の内部に供給する空気の単位時間当たりの流量を調節する。空気流量測定器４２は、空気供給器４１によって内側容器１２の内部に供給される空気の単位時間当たりの流量を測定する。異物除去フィルタ４０は、空気供給器４１によって内側容器１２の内部に供給される空気に含まれる異物を捕捉する。

〔還流ガス供給系〕
還流ガス供給系は、還流ガス供給路Ｌ３を介して、改質器１５で生成された燃料ガスの一部を原燃料供給路Ｌ１に供給する系統である。還流ガス供給路Ｌ３は、燃料ガス供給路Ｌ２の途中の分岐部２４から分岐して、脱硫器３１よりも上流側の原燃料供給路Ｌ１の途中の合流部２５に合流し、燃料ガス供給路Ｌ２を流れる燃料ガスの一部を原燃料供給路Ｌ１に供給する。それにより、脱硫器３１に水素を供給できる。還流ガス供給路Ｌ３は、ホットモジュール１３の内部から外部に引き出される。オリフィス３３は、還流ガス供給路Ｌ３の途中に設けられ、還流ガス供給路Ｌ３を流れる燃料ガスの単位時間当たりの流量を調節する。温度調節部材３２は、還流ガス供給路Ｌ３を流れる改質ガスの温度を保つために還流ガス供給路Ｌ３の少なくとも一部分の周囲に設けられる。凝縮水回収器３６は、還流ガス供給路Ｌ３で発生した凝縮水を回収する。温度測定器Ｔ４は、温度調節部材３２が設けられている部位での還流ガス供給路Ｌ３の温度を測定する。例えば、温度測定器Ｔ４は、還流ガス供給路Ｌ３を構成する配管の外表面の温度を測定する機器、還流ガス供給路Ｌ３を構成する配管の内部の温度を測定する機器などである。

〔水回収系〕
水回収系は、燃料電池装置１０で生成された水を回収する系統である。水回収路Ｌ５を用いて回収した凝縮水は改質用水タンク３８に供給される。図示する例では、水回収路Ｌ５は、気液分離部３５から水を回収する第１回収路Ｌ５ａと、凝縮水回収器３６から水を回収する第２回収路Ｌ５ｂとを有する。第１回収路Ｌ５ａ及び第２回収路Ｌ５ｂによって回収された凝縮水は、水精製器３７を経由して、改質用水タンク３８に供給される。水精製器３７は、回収した凝縮水に含まれる不純物を除去するための機器である。例えば、水精製器３７は、イオン交換樹脂等を充填しており、回収した凝縮水に含まれる電解質のイオン（例えば、イオン化して溶存している塩類やアンモニアなど）を例えばＨ^＋、ＯＨ^－と交換することで、回収水した凝縮水に含まれる電解質の濃度を相対的に低くさせる（即ち、電気伝導度を低くさせる）機能を果たす。

〔改質用水供給系〕
改質用水供給系は、改質用水供給路Ｌ６を介して、改質器１５に改質用水を供給する系統である。尚、本実施形態では、改質用水タンク３８に貯えられている改質用水は気化器１４に供給され、気化器１４から改質器１５に供給される。改質用水供給系は、改質用水供給路Ｌ６、改質用水タンク３８、改質用水供給器３９などを備える。改質用水タンク３８は、改質用水を貯える。改質用水供給器３９は、改質器１５に向けて改質用水を供給する。具体的には、改質用水供給器３９は、改質用水供給路Ｌ６の途中に設けられ、改質用水供給路Ｌ６を流れる改質用水の単位時間当たりの流量を調節する。

〔排熱回収系〕
排熱回収系は、燃料電池装置１０で発生する熱を回収する系統である。排熱回収系は、貯湯タンク４５、給水路Ｌ８、出湯路Ｌ９、湯水循環路Ｌ７、循環ポンプ４４などを備える。貯湯タンク４５には、湯水が貯えられる。湯水循環路Ｌ７は、貯湯タンク４５と排熱回収用熱交換器３４との間で湯水を循環させる。貯湯タンク４５には、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように、即ち、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。具体的に説明すると、湯水循環路Ｌ７は、貯湯タンク４５から排熱回収用熱交換器３４へ湯水を移送する往路と、排熱回収用熱交換器３４から貯湯タンク４５へ湯水を移送する復路とで構成され、往路の途中に設けられる循環ポンプ４４とを有する。

このような構成により、貯湯タンク４５の下部から湯水循環路Ｌ７の往路を介して排熱回収用熱交換器３４に供給される湯水はその排熱回収用熱交換器３４で加熱され、加熱後の湯水は湯水循環路Ｌ７の復路を介して貯湯タンク４５の上部に供給される。復路の途中に、排熱回収用熱交換器３４から貯湯タンク４５へ移送される湯水の温度を測定する温度測定器Ｔ５が設けられる。本実施形態では、燃料電池制御部４９は、復路を流れて貯湯タンク４５に流入する湯水の温度（温度測定器Ｔ５で測定される湯水の温度）が所定の貯湯目標温度（例えば６５℃など）になるように循環ポンプ４４の動作を制御する。このようにして、貯湯タンク４５に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯、即ち、蓄熱される。

貯湯タンク４５の下部には、貯湯タンク４５に上水を供給するための給水路Ｌ８が接続され、貯湯タンク４５の上部には、貯湯タンク４５で貯えている湯水を排出するための出湯路Ｌ９が接続される。貯湯タンク４５が貯えている湯水には、給水路Ｌ８の内部に加わっている給水圧が加わっている。このような構成により、貯湯タンク４５では、例えば出湯路Ｌ９に接続される水栓（図示せず）が開かれることで出湯路Ｌ９へ貯湯タンク４５から湯水が排出されるのに伴って、給水路Ｌ８から貯湯タンク４５に上水が供給される。

燃料電池装置１０のセルスタック１８は、電力変換回路部４６を介して電力線８に接続される。図２には、電力変換回路部４６が昇圧回路４７とインバータ４８とを備える例を記載している。

燃料電池装置１０は、燃料電池制御部４９と、燃料電池装置１０で取り扱われる情報を記憶する記憶部５０と、通信部５１とを備える。燃料電池制御部４９には、燃料電池装置１０が備える測定器の測定結果が伝達され、その測定結果は記憶部５０に記憶される。例えば、燃料電池制御部４９には、「測定器」としての、上述した圧力測定器２７、原燃料流量測定器２８、空気流量測定器４２、ガス測定器４３、温度測定器Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の測定結果が伝達される。そして、燃料電池制御部４９は、それらの測定結果を所定タイミングで通信部５１から異常診断装置４に送信する。また、燃料電池制御部４９は、それらの測定結果に現れる異常も、測定結果の一部として通信部５１から異常診断装置４に送信する。

燃料電池制御部４９は、上述した点火器２０、遮断弁２６、原燃料供給器３０、改質用水供給器３９、空気供給器４１、循環ポンプ４４、電力変換回路部４６などの各種機器の動作を制御する。

次に、異常診断装置４が、施設１に設置される燃料電池装置１０から情報通信回線２を介して受信した情報に基づいて燃料電池装置１０で発生する異常の内容を診断する手法について説明する。異常診断装置４は、記憶部４ａと診断処理部４ｂとを備える。

異常診断装置４の記憶部４ａは、燃料電池装置１０が有する複数の測定器のうちの少なくとも一つの測定器の測定結果に現れる異常と、異常の発生要因及び異常への対処法の少なくとも一方を含むその異常について考えられる複数の診断結果のうちの一つを特定するための異常診断処理とを関連付けて、複数の異常毎に記憶する。具体的には、異常診断処理は、燃料電池装置１０の測定器の測定結果及び燃料電池装置１０の動作環境の少なくとも一方が所定の判定条件を満たしているか否かを判定する判定処理が複数個組み合わされて構成される。判定条件を満たしているか否かに応じて定まる判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合と、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合との少なくとも一種類を含む。

そして、異常診断装置４の診断処理部４ｂは、燃料電池装置１０から情報通信回線２を介して受信した測定結果に異常が現れる場合、記憶部４ａに記憶している、当該異常に対応する異常診断処理の内容と、燃料電池装置１０の測定器の測定結果及び燃料電池装置１０の動作環境の少なくとも一方とに基づいて、受信した測定結果に現れる異常についての診断結果を特定する。

〔異常診断処理〕
図３は、点火不良異常という異常が現れた場合に診断処理部４ｂが行う異常診断処理の内容を示すフローチャートである。
燃料電池装置１０の燃料電池制御部４９は、燃料電池装置１０の起動時において、原燃料流量測定器２８で測定される原燃料の流量が起動時の目標流量になるように原燃料供給器３０を動作させると共に、点火器２０に対して点火指令を行う。そして、燃料電池制御部４９は、点火器２０に対して点火指令を行った後での温度測定器（燃焼部温度測定器）Ｔ２の測定結果を監視している。そして、燃料電池制御部４９は、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に、温度測定器Ｔ２で測定される燃焼部１９の温度が設定燃焼部温度以上にならない場合、即ち、正常な燃焼が行われていないと想定される場合、点火不良異常という異常が発生したと判定する。そして、燃料電池制御部４９は、点火不良異常という異常が発生したという測定結果を、通信部５１から異常診断装置４に伝達する。

異常診断装置４は、燃料電池装置１０から点火不良異常という異常が発生したという測定結果の通知を受けた場合、記憶部４ａに記憶している情報を参照して、対応する異常診断処理を読み出す。そして、診断処理部４ｂがその異常診断処理を実行する。

図３に示すように、異常診断処理は、工程＃１０の判定処理、工程＃１１の判定処理、工程＃１２の判定処理という３個の判定処理を組み合わせて構成される。

工程＃１０の判定処理は、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に燃焼部１９の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件を満たしているか否かを判定するものである。つまり、工程＃１０では、燃焼部１９の温度を測定する温度測定器Ｔ２の測定結果が所定の判定条件を満たしているか否かを判定している。

工程＃１０の判定処理において診断処理部４ｂは、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に燃焼部１９の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされると判定した場合には工程＃１２の判定処理に移行する。つまり、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に燃焼部１９の温度が上昇傾向にある場合、想定通りの燃焼熱は発生していないものの、オフガスの燃焼は行われていると推測される。例えば、診断処理部４ｂは、温度測定器Ｔ２で測定された燃焼部１９の温度の上記判定期間内での移動平均が増加している場合、燃焼部１９の温度が上昇傾向にあると判定する。

それに対して、診断処理部４ｂは、第１判定条件が満たされないと判定した場合には工程＃１１の判定処理に移行する。つまり、点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に燃焼部１９の温度が上昇傾向にない場合、オフガスの燃焼がほぼ行われていない又は全く行われていないと推測される。このように、工程＃１０の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。

工程＃１１の判定処理は、燃料電池装置１０への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件を満たしているか否かを判定するものである。例えば、異常診断装置４は、複数の施設１の各装置及びＨＥＭＳ７との間で情報通信を行っている。そのため、異常診断装置４は、施設１に設けられる電力消費装置５、燃料電池装置１０、ガス消費装置６で異常が発生した場合には、どの施設１の装置でどのような異常が発生したのか示す情報を受信できる。また、異常診断装置４の記憶部４ａには、各施設１の住所や緯度及び経度などの位置情報も記憶されている。従って、異常診断装置４は、特定の燃料電池装置１０と地理的に所定範囲内にある場所に設置された、原燃料を使用（即ち、燃焼）する原燃料燃焼装置でも原燃料の燃焼不良が発生している場合、例えば、本例と同じ点火不良異常という異常が発生している場合、その特定の燃料電池装置１０でも、原燃料の供給不良が発生していると判定できる。例えば、特定の地域でガス供給管９を介して供給されるガス中の水分が多くなった場合、その地域のガス消費装置６ではそのガスの燃焼不良が発生する割合が高くなると考えられる。また、特定の地域でガス供給管９を介したガスの供給が停止している場合、その地域のガス消費装置６ではそのガスの燃焼不良（即ち、燃焼不能）が発生する。つまり、工程＃１１では、燃料電池装置１０の動作環境が所定の判定条件を満たしているか否かを判定している。

工程＃１１の判定処理において診断処理部４ｂは、燃料電池装置１０への原燃料の供給不良が発生していると判定した場合には、燃料電池装置１０に故障なしという診断結果Ａ２に至り、燃料電池装置１０への原燃料の供給不良が発生していないと判定した場合には、点火器２０の異常という診断結果Ａ１に至る。つまり、工程＃１１の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。

工程＃１２の判定処理は、原燃料供給器３０が設定通りの動作をしているか否かを判定するものである。例えば、工程＃１２の判定処理は、原燃料供給器３０としてのブロアの回転速度が起動時用の設定回転速度になっているか否かを判定するものである。上述のように、燃料電池制御部４９は、燃料電池装置１０の起動時において、原燃料流量測定器２８で測定される原燃料の流量が起動時の目標流量になるように原燃料供給器３０を動作させる。原燃料流量測定器２８が熱式流量計の場合、測定される原燃料の単位時間当たりの流量は、燃料電池装置１０で使用が想定される原燃料の比熱に応じて定まるコンバージョンファクターを用いて決定される。そのため、燃料電池装置１０に実際に供給される原燃料の熱量と、燃料電池装置１０で使用が想定される原燃料の熱量とが大きく異なっている場合、原燃料流量測定器２８で測定される原燃料の流量が起動時の目標流量に一致していたとしても、原燃料供給器３０としてのブロアの回転速度が起動時用の設定回転速度にはならない。

加えて、改質器１５に対して単位時間当たりに供給される例えば炭化水素の炭素量及び水素量は、起動時の目標量とは大きく異なることになる。そして、改質器１５で生成される単位時間当たりの水素量が異なってくる。そのため、オフガスに含まれる単位時間当たりの燃焼成分の量も異なり、結果的に燃焼部１９の温度が設定温度以上にならないという点火不良異常に至る可能性がある。つまり、原燃料流量測定器２８のコンバージョンファクターが不適切な値になっているという不具合が発生しているとも言える。また、オフガスに含まれる単位時間当たりの燃焼成分の量が異なるということは、空気供給器４１によって供給される単位時間当たりの空気の流量も不適切な値になっていることにもなる。

工程＃１２の判定処理において診断処理部４ｂは、原燃料供給器３０が設定通りの動作をしていないと判定した場合には、供給されている原燃料の熱量と使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していないという診断結果Ａ４に至る。また、工程＃１２の判定処理において診断処理部４ｂは、原燃料供給器３０が設定通りの動作をしていると判定した場合には、ホットモジュール１３の異常という診断結果Ａ３に至る。例えば、原燃料流量測定器２８と燃焼部１９との間でのガス漏洩が発生していた場合、即ち、燃焼部１９へ燃焼成分が十分に到達しないというようなホットモジュール１３の異常が発生していた場合、点火不良異常という異常が発生すると考えられる。つまり、工程＃１２の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。

以上のように、異常診断装置４は、異常の発生からその異常についての診断結果の特定までを、予め作成された異常診断処理の手順に従って自動で行うことができる。そして、特定された診断結果は、異常診断装置４の記憶部４ａに記憶される。また、異常診断装置４の記憶部４ａは、燃料電池装置１０の管理を行っている所有者等の管理者の連絡先及び燃料電池装置１０のメンテナンス担当者の連絡先及び燃料電池装置１０の組み立て者や部品製造者等の製造関係者の連絡先の少なくとも一つを記憶しており、診断処理部４ｂは、特定した診断結果を、管理者の連絡先及びメンテナンス担当者の連絡先及び製造関係者の連絡先の少なくとも一つに出力する。例えば、診断処理部４ｂは、燃料電池装置１０の管理者の電子メールアドレス及び燃料電池装置１０のメンテナンス担当者の電子メールアドレス及び燃料電池装置１０の製造関係者の電子メールアドレスなどに、診断結果を送信する。その結果、燃料電池装置１０の管理者はその管理者端末装置６２で診断結果を確認でき、燃料電池装置１０のメンテナンス担当者はそのメンテナンス担当者端末装置６０で診断結果を確認でき、燃料電池装置１０の製造関係者はその製造関係者端末装置６１で診断結果を確認できる。このように、異常診断装置４がその異常についての診断結果の特定を自動で行うため、メンテナンス担当者などはその診断結果に応じた準備を事前に行った上で出動できる。

例えば、燃料電池装置１０の修理などの現場に到着する前に、燃料電池装置１０のメンテナンス担当者は診断結果に応じた修理などの準備を行うことができ、燃料電池装置１０の製造関係者は診断結果に応じた修理などに必要な部品の準備を行うことができる。その結果、実際に修理などを行う現場で、修理を行う技能を持つ人員がいないといった問題や、修理に必要な部品を持参していなかったという問題などが発生することを回避できる。

上述した例では、異常診断処理の診断結果は、異常の発生要因として、「点火器２０の異常（診断結果Ａ１）」、「ホットモジュール１３の異常（診断結果Ａ３）」、「供給されている原燃料の熱量と使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していない（診断結果Ａ４）」というように、燃料電池装置１０の特定の部位で発生している不具合の内容を含む。燃料電池装置１０の管理者及びメンテナンス担当者及び製造関係者などは、異常の発生要因として、燃料電池装置１０の特定の部位で発生している不具合の内容が分かれば、その部位の部品修理や部品交換などの必要な作業を決定できる。

尚、診断結果は上述した例に限定されず、適宜変更可能である。
具体例を挙げると、診断結果は、異常への対処法として、燃料電池装置１０の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を含んでもよい。例えば、診断結果Ａ１は「点火器２０の交換又は修理」等であってもよい。診断結果Ａ３は「ホットモジュール１３の交換又は修理」等であってもよい。診断結果Ａ４は「原燃料流量測定器２８のコンバージョンファクターを適正値に変更」、「空気供給器４１によって供給される単位時間当たりの空気の流量を適正値に変更」等であってもよい。異常への対処法として、燃料電池装置１０の特定の構成部品の交換指示又は修理指示が含まれていれば、交換する構成部品を事前に用意することや、交換作業又は修理作業に必要な人員を事前に決定できる。

他にも、燃料電池装置１０の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を行う場合、その難易度が分かれば好ましい。そのため、記憶部４ａが、燃料電池装置１０の構成部品の修理作業又は交換作業の難易度を示す情報を複数の構成部品毎に記憶しており、診断結果は、異常への対処法として、その難易度を示す情報を含んでもよい。異常への対処法として、構成部品の修理作業又は交換作業の難易度を示す情報が含まれていれば、その難易度に応じた技能を持つ人員を派遣する準備を事前に行うことができる。

加えて、燃料電池装置１０の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を行う場合、その交換又は修理を実際に行うメンテナンス担当者にとっては、修理作業又は交換作業を説明する動画データを事前に又は現場で見ることができれば好ましい。そのため、記憶部４ａが、燃料電池装置１０の構成部品の修理作業又は交換作業を説明する動画データを複数の構成部品毎に記憶しており、診断結果は、異常への対処法として、動画データを含んでもよい。異常への対処法として、燃料電池装置１０の構成部品の修理作業又は交換作業を説明する動画データが含まれていれば、構成部品の修理作業又は交換作業の担当者はその動画データを確認して、修理作業又は交換作業を確実に実施できる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、燃料電池装置１０の構成について具体的に説明したが、その構成は適宜変更可能である。
また、診断結果の内容も適宜変更可能である。

＜２＞
上記実施形態では、点火不良異常という異常が発生したことを燃料電池制御部４９が判定し、燃料電池制御部４９が、点火不良異常という異常が発生したという測定結果を、通信部５１から異常診断装置４に伝達する例を説明したが、他の形態でもよい。例えば、異常診断装置４の診断処理部４ｂが、燃料電池装置１０から情報通信回線２を介して受信した燃焼部１９の温度を参照して、点火不良異常という異常が発生したと判定してもよい。

＜３＞
なお、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することが可能であり、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することが可能である。

本発明は、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置に利用できる。

１ ：施設
２ ：情報通信回線
４ ：異常診断装置
１０ ：燃料電池装置
１２ ：内側容器
１３ ：ホットモジュール
１５ ：改質器
１７ ：燃料電池セル
１８ ：セルスタック
１９ ：燃焼部
２０ ：点火器
２１ ：給気口
２２ ：排気口
２７ ：圧力測定器（測定器）
２８ ：原燃料流量測定器（測定器）
４１ ：空気供給器
４２ ：空気流量測定器（測定器）
４３ ：ガス測定器（測定器）
Ｌ１ ：原燃料供給路
Ｔ１ ：温度測定器（測定器、改質器温度測定器）
Ｔ２ ：温度測定器（測定器、燃焼部温度測定器）
Ｔ３ ：温度測定器（測定器、外気温測定器）
Ｔ４ ：温度測定器（測定器、還流ガス温度測定器）
Ｔ５ ：温度測定器（測定器）

Claims (5)

1. 施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて前記燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置であって、
   前記燃料電池装置は、
   原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器、及び、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部、及び、前記オフガスに点火させる点火器、及び、前記燃焼部の温度を測定する燃焼部温度測定器を内側容器の内部空間に有し、前記内側容器には外部から前記内部空間への空気の供給に用いられる給気口と前記内部空間から外部への排気に用いられる排気口とが設けられているホットモジュールと、
   前記内部空間の外部から前記改質器へ原燃料を供給する原燃料供給路と、
   前記給気口を介して前記内部空間に空気を供給する空気供給器と、を備え、
   前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記点火器を用いて前記オフガスに点火させる点火処理が開始された後に前記燃焼部温度測定器で測定される前記燃焼部の温度を参照して、前記点火処理が開始された後、所定の判定期間の間に前記燃焼部の温度が上昇傾向にあるという第１判定条件が満たされ、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が設定温度値以上にならない場合、前記ホットモジュールに異常が発生しているか、又は、前記改質器へ供給されている原燃料の熱量と前記燃料電池装置で使用が想定されている原燃料の熱量とが一致していないと判定する異常診断装置。
2. 前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、前記点火器に異常が発生していると判定する請求項１に記載の異常診断装置。
3. 前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされない場合、前記点火器の交換が必要であると判定する請求項１又は２に記載の異常診断装置。
4. 前記第１判定条件が満たされず、且つ、前記判定期間の間に前記燃焼部の温度が前記設定温度値以上にならず、且つ、前記燃料電池装置への原燃料の供給不良が発生しているという第２判定条件が満たされる場合、前記燃料電池装置に異常は発生していないと判定する請求項１～３の何れか一項に記載の異常診断装置。
5. 前記燃料電池装置と地理的に所定範囲内にある場所に設置された、原燃料を燃焼する原燃料燃焼装置で原燃料の燃焼不良が発生している場合、前記第２判定条件が満たされると判定する請求項２～４の何れか一項に記載の異常診断装置。

Images