JP6783094B2 - Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system - Google Patents

Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP6783094B2
JP6783094B2 JP2016161318A JP2016161318A JP6783094B2 JP 6783094 B2 JP6783094 B2 JP 6783094B2 JP 2016161318 A JP2016161318 A JP 2016161318A JP 2016161318 A JP2016161318 A JP 2016161318A JP 6783094 B2 JP6783094 B2 JP 6783094B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
abnormality
load
cause
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016161318A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018029038A (en
Inventor
弘毅 入江
弘毅 入江
直樹 ▲高▼村
直樹 ▲高▼村
大澤 弘行
弘行 大澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Power Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Power Ltd filed Critical Mitsubishi Power Ltd
Priority to JP2016161318A priority Critical patent/JP6783094B2/en
Publication of JP2018029038A publication Critical patent/JP2018029038A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6783094B2 publication Critical patent/JP6783094B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池の制御装置及び燃料電池の保護制御方法並びに発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell control device, a fuel cell protection control method, and a power generation system.

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、燃料側の電極である燃料極と、空気(酸化剤ガス)側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電池の形状や構成材料によって様々な形式が開発されている。 A fuel cell is a power generation device that uses a power generation method based on an electrochemical reaction. It has a fuel electrode, which is an electrode on the fuel side, an air electrode, which is an electrode on the air (oxidizing agent gas) side, and only ions between them. It is composed of an electrolyte that allows it to pass through, and various types have been developed depending on the shape of the battery and the constituent materials.

このうち、例えば、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」と呼ぶ)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、炭素質原料をガス化設備により製造した石炭ガス化ガス等のガス、水素、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール等を燃料として運転される燃料電池である。このSOFCは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、高効率な高温型燃料電池として知られている。 Of these, for example, solid oxide fuel cells (Solid Oxide Fuel Cell: hereinafter referred to as "SOFC") use ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, and carbonaceous raw materials are converted into coal gas produced by a gasification facility. It is a fuel cell operated by using gas such as gas, hydrogen, city gas, natural gas, oil, methanol, etc. as fuel. This SOFC has a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity, and is known as a highly efficient high-temperature fuel cell.

このようなSOFCを例えば、マイクロガスタービン(以下「MGT」という。)等の内燃機関と組み合わせた複合発電システムが開発されている。MGTでは、圧縮機から吐出される圧縮空気をSOFCの空気極に供給するとともに、SOFCから排出される高温の排燃料ガスをMGTの燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した燃焼ガスを断熱膨張することでMGTのタービンを回転駆動させる。そして、タービンの回転駆動を発電機に伝達させることで発電機を発電させることにより、発電効率の高い発電が可能とされている。 A combined cycle system has been developed in which such an SOFC is combined with an internal combustion engine such as a micro gas turbine (hereinafter referred to as "MGT"). In the MGT, the compressed air discharged from the compressor is supplied to the air electrode of the SOFC, and the high-temperature exhaust fuel gas discharged from the SOFC is supplied to the combustor of the MGT for combustion, and the combustion gas generated in the combustor is used. The MGT turbine is driven to rotate by adiabatic expansion. Then, by transmitting the rotational drive of the turbine to the generator to generate electricity, it is possible to generate electricity with high power generation efficiency.

このようなSOFCは、例えば、セル電圧の大きな低下、発電セルの急速な温度上昇などの何らかの異常が検知されると、より安全な側とする観点から緊急停止するように設計されている。例えば、特許文献1には、SOFCの停止を必要とする異常が発生した場合に、運転状態(例えば、ブロワ運転、不活性ガス供給の可否)に応じた適切な停止動作を行うことが開示されている。
また、例えば、特許文献2には、異常が検知された場合に、発電停止後、リスクレベルに応じて自動的にSOFCを再起動させ、発電を再開させるシステムが開示されている。
また、特許文献3には、SOFC出力と燃料電池モジュールの電圧低下量とに基づいてSOFCの運転を停止するか否かを判定するが開示されている。
Such SOFCs are designed to make an emergency stop from the viewpoint of making it safer when some abnormality such as a large drop in cell voltage or a rapid temperature rise in a power generation cell is detected. For example, Patent Document 1 discloses that when an abnormality requiring the stop of SOFC occurs, an appropriate stop operation is performed according to an operating state (for example, blower operation and whether or not an inert gas can be supplied). ing.
Further, for example, Patent Document 2 discloses a system in which, when an abnormality is detected, SOFC is automatically restarted according to a risk level after power generation is stopped, and power generation is restarted.
Further, Patent Document 3 discloses that it is determined whether or not to stop the operation of the SOFC based on the SOFC output and the voltage drop amount of the fuel cell module.

特開2014−146476号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-146476 特許第5112107号公報Japanese Patent No. 5112107 特許第4924910号公報Japanese Patent No. 4924910

従来のSOFCでは、異常が検知された場合に、その異常の要因によらずに、SOFCの運転を停止させ冷却していたため、SOFCを再起動して発電を再開するまでに相当な時間を要していた。すなわち、SOFCは起動時において、発電室温度を発電が可能な温度まで上昇させる温度上昇工程が必要であり、発電室温度が発電可能な温度に到達した後に発電を開始する必要がある。異常発生による運転停止からの経過時間が長いほど、発電室温度は低下するため、温度上昇工程に要する時間も長時間化する。とりわけ、発電室の温度が常温レベルまで冷却された後のコールドスタートから再起動させる場合には、起動完了までに1日以上を要する場合もあった。 In the conventional SOFC, when an abnormality is detected, the operation of the SOFC is stopped and cooled regardless of the cause of the abnormality, so it takes a considerable amount of time to restart the SOFC and restart the power generation. Was. That is, SOFC requires a temperature raising step of raising the temperature of the power generation chamber to a temperature at which power generation is possible at the time of starting, and it is necessary to start power generation after the temperature of the power generation chamber reaches a temperature at which power generation is possible. The longer the elapsed time from the operation stop due to the occurrence of an abnormality, the lower the temperature of the power generation room, and therefore the longer the time required for the temperature raising process. In particular, when restarting from a cold start after the temperature of the power generation chamber has been cooled to a room temperature level, it may take one day or more to complete the start-up.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、異常が発生した場合でも、燃料電池の発電出力低減や運転停止をする時間を短縮して、燃料電池の発電出力を増加することのできる燃料電池の制御装置及び燃料電池の保護制御方法並びに発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when an abnormality occurs, the power generation output of the fuel cell is reduced, the time for stopping the operation is shortened, and the power generation output of the fuel cell is increased. It is an object of the present invention to provide a fuel cell control device, a fuel cell protection control method, and a power generation system that can be used.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、前記制御装置に取り込まれた前記燃料電池に係る複数の計測データに基づいて、前記燃料電池の負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生したか否かを判定する異常判定部と、前記異常判定部によって、前記特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した前記特定の異常の要因に応じて、前記燃料電池の負荷を低下または上昇させる出力制御部と、前記燃料電池の負荷を低下または上昇させたことにより、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する異常解消判定部と、前記特定の異常に関する情報と該特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を記憶する記憶部と、前記異常判定部によって前記特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した前記特定の異常に該当する前記原因特定情報を前記記憶部から抽出する抽出部と、前記抽出部によって抽出された前記原因特定情報を用いて、前記特定の異常を引き起こした原因を特定する原因特定部とを具備する燃料電池の制御装置を提供する。 The present invention is a fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and the fuel cell incorporated in the control device. Based on the plurality of measurement data, the abnormality determination unit determines whether or not a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load of the fuel cell has occurred, and the abnormality determination unit identifies the abnormality. When it is determined that the abnormality has occurred, the output control unit that reduces or increases the load of the fuel cell and the load of the fuel cell are reduced or increased according to the cause of the specific abnormality that has occurred. As a result, an abnormality resolution determination unit that determines whether or not the specific abnormality has been resolved, a storage unit that stores cause identification information that associates information on the specific abnormality with the cause of the specific abnormality, and the above-mentioned storage unit. When the abnormality determination unit determines that the specific abnormality has occurred, the extraction unit that extracts the cause identification information corresponding to the specific abnormality that has occurred from the storage unit, and the extraction unit that is extracted by the extraction unit. Provided is a fuel cell control device including a cause identification unit for identifying the cause of causing the specific abnormality by using the cause identification information .

上記燃料電池の制御装置において、「特定の異常」は、例えば、発電室の温度の上昇または下降に関する異常である。
上記燃料電池の制御装置において、「燃料電池の負荷」とは燃料電池の発電出力のことである。
上記燃料電池の制御装置において、前記出力制御部は、前記異常解消判定部によって前記特定の異常が解消されたと判定された場合に、前記特定の異常が解消されたときの負荷を維持する制御を行うこととしてもよい。
In the fuel cell control device, the "specific abnormality" is, for example, an abnormality relating to an increase or decrease in the temperature of the power generation chamber.
In the fuel cell control device, the "fuel cell load" is the power generation output of the fuel cell.
In the fuel cell control device, the output control unit controls to maintain the load when the specific abnormality is resolved when the abnormality resolution determination unit determines that the specific abnormality has been resolved. You may do it.

上記燃料電池の制御装置によれば、出力制御部は、異常判定部によって特定の異常が発生したと判定された場合に、負荷を低下または上昇させる。ここで、「特定の異常」は、負荷を増減させることにより解消する可能性のある異常であるため、負荷の低下または上昇によって異常が解消される可能性がある。そして、異常が解消された場合には、異常が解消されたときの負荷で運転を継続して行うので、異常の要因によらずに異常発生の場合に運転を停止させていた従来の発電システムに比べて、発電電力量を増加させることが可能となる。
上記燃料電池の制御装置によれば、特定の異常に関する情報と特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を用いて、発生した特定の異常の原因を特定するので、異常の原因解明までに要する時間を短縮することができるとともに、原因解明に要する労力を軽減することが可能となる。
According to the fuel cell control device, the output control unit reduces or increases the load when the abnormality determination unit determines that a specific abnormality has occurred. Here, since the "specific abnormality" is an abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load, the abnormality may be resolved by reducing or increasing the load. Then, when the abnormality is resolved, the operation is continued with the load at the time when the abnormality is resolved. Therefore, the conventional power generation system that stops the operation when the abnormality occurs regardless of the cause of the abnormality. It is possible to increase the amount of power generated.
According to the fuel cell control device, the cause of the specific abnormality that has occurred is identified by using the cause identification information that associates the information about the specific abnormality with the cause of the specific abnormality. The time required can be shortened, and the labor required to clarify the cause can be reduced.

上記燃料電池の制御装置において、前記異常解消判定部は、前記出力制御部によって前記燃料電池の負荷が低下または上昇させられ、低下または上昇後の前記燃料電池の負荷が予め設定された所定期間保持された後に、前記特定の異常が解消されたか否かを判定することとしてもよい。 In the fuel cell control device, the abnormality resolution determination unit holds the load of the fuel cell after the decrease or increase for a predetermined period of time, which is set in advance by reducing or increasing the load of the fuel cell by the output control unit. After that, it may be determined whether or not the specific abnormality has been resolved.

例えば、発電室温度は熱容量が大きいため、発電室温度の変化は負荷変化に対して応答遅れがある。上記燃料電池の制御装置によれば、低下または上昇後の燃料電池の負荷が予め設定された所定期間保持された後に、特定の異常が解消されたか否かを判定するので、変化後の負荷に対して異常が解消されたか否かを確実に判定することが可能となる。 For example, since the power generation room temperature has a large heat capacity, a change in the power generation room temperature has a delay in responding to a load change. According to the fuel cell control device, it is determined whether or not a specific abnormality has been resolved after the load of the fuel cell after the decrease or increase is held for a preset predetermined period, so that the load after the change can be determined. On the other hand, it is possible to reliably determine whether or not the abnormality has been resolved.

上記燃料電池の制御装置において、前記出力制御部は、目標負荷を所定の保護下限値または所定の保護上限値を限度として、前記異常解消判定部によって前記特定の異常が解消されたと判定されるまで、前記目標負荷を所定量ずつ段階的に低下または上昇させてもよい。 In the fuel cell control device, the output control unit limits the target load to a predetermined protection lower limit value or a predetermined protection upper limit value until the abnormality resolution determination unit determines that the specific abnormality has been resolved. , The target load may be gradually decreased or increased by a predetermined amount.

上記燃料電池の制御装置によれば、異常が解消されたか否かを確認しながら、所定の保護下限値または所定の保護上限値まで、目標負荷を段階的に低下または上昇させることが可能となる。これにより、負荷を保護下限値または保護上限値まで変化させる途中で異常が解消された場合には、異常が解消されたときの負荷を維持することが可能となり、目標負荷を一気に保護下限値まで低下または保護上限値まで上昇させる場合と比べて、より高い出力を維持することが可能となる。
上記「目標負荷を段階的に低下または上昇」とは、例えば、目標負荷を所定量低下または上昇させ、その状態を所定期間保持し、その後、さらに負荷を所定量低下または上昇させるという動作を繰り返すことを意味する。
また、目標負荷を変化させる場合の上記「所定量」は、発電室温度に変化を生じさせる負荷変化幅よりも大きな値に設定されている。
According to the fuel cell control device, the target load can be gradually lowered or increased to a predetermined protection lower limit value or a predetermined protection upper limit value while confirming whether or not the abnormality has been resolved. .. As a result, if the abnormality is resolved while changing the load to the protection lower limit value or protection upper limit value, the load at the time when the abnormality is resolved can be maintained, and the target load can be increased to the protection lower limit value at once. It is possible to maintain a higher output than when it is lowered or raised to the upper limit of protection.
The above-mentioned "gradual decrease or increase of the target load" means, for example, repeating an operation of decreasing or increasing the target load by a predetermined amount, holding the state for a predetermined period, and then further decreasing or increasing the load by a predetermined amount. Means that.
Further, the above-mentioned "predetermined amount" when changing the target load is set to a value larger than the load change width that causes a change in the temperature of the power generation chamber.

上記燃料電池の制御装置において、前記出力制御部は、目標負荷を所定の保護下限値または所定の保護上限値まで低下または上昇させ、前記異常解消判定部は、前記目標負荷が前記保護下限値または前記保護上限値に到達し前記所定期間を保持した後に、前記特定の異常が解消されたか否かを判定することとしてもよい。 In the fuel cell control device, the output control unit lowers or raises the target load to a predetermined protection lower limit value or a predetermined protection upper limit value, and the abnormality elimination determination unit indicates that the target load is the protection lower limit value or After reaching the protection upper limit value and holding the predetermined period, it may be determined whether or not the specific abnormality has been resolved.

特定の異常の中には、上述のように負荷を段階的に変化させても異常の解消が見込めない要因も存在する。このような異常の要因の場合には、目標負荷を保護下限値または保護上限値まで一気に連続して変化させた後に、特定の異常が解消されたか否かを判定する。このように、負荷の要因によっては、負荷を所定の保護下限値または保護上限値まで段階的に変化させる過程を省略することで、負荷変化によって異常が解消可能か否かをより短い時間で確認することが可能となる。 Among the specific abnormalities, there are some factors that cannot be expected to be resolved even if the load is changed stepwise as described above. In the case of the cause of such an abnormality, it is determined whether or not the specific abnormality has been resolved after the target load is continuously changed to the protection lower limit value or the protection upper limit value at once. In this way, depending on the cause of the load, by omitting the process of gradually changing the load to the predetermined protection lower limit value or protection upper limit value, it is confirmed in a shorter time whether or not the abnormality can be resolved by the load change. It becomes possible to do.

上記燃料電池の制御装置において、前記保護下限値は、例えば、改質用水の供給が必要とされる前記燃料電池の負荷よりも大きな値に設定されている。 In the fuel cell control device, the protection lower limit value is set to, for example, a value larger than the load of the fuel cell in which the supply of reforming water is required.

燃料電池に供給する燃料ガスを改質するのに改質用水が必要になる。燃料電池から排出される排燃料ガスは燃料電池に再循環されているが、排燃料ガスに含まれる水蒸気の流量は燃料電池の運転状況によって異なるため、燃料電池の運転状況によっては排燃料ガスに含まれる水蒸気のみでは改質用水が不足する場合がある。また、改質用水の供給開始時には少なからず圧力変動や流動変動等の何らかの外乱が生ずる。保護下限値を改質用水の供給が必要とされる負荷よりも大きな値に設定することで、改質用水の供給による圧力変動や流動変動等の影響を受けることなく、安定した状態で異常が解消されたか否かを判定することが可能となる。 Aqueduct for reforming is required to reform the fuel gas supplied to the fuel cell. The exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is recirculated to the fuel cell, but since the flow rate of water vapor contained in the exhaust fuel gas differs depending on the operating condition of the fuel cell, it becomes the exhaust fuel gas depending on the operating condition of the fuel cell. The water for reforming may be insufficient only with the contained water vapor. In addition, at the start of supply of reforming water, some disturbances such as pressure fluctuations and flow fluctuations occur. By setting the lower limit of protection to a value larger than the load that requires the supply of reforming water, abnormalities will occur in a stable state without being affected by pressure fluctuations and flow fluctuations due to the supply of reforming water. It is possible to determine whether or not the problem has been resolved.

上記燃料電池の制御装置において、前記出力制御部は、前記特定の異常が解消され、かつ、前記特定の異常が再発しないと判定した場合に、前記燃料電池の負荷を要求負荷まで回復させる制御を行うこととしてもよい。 In the fuel cell control device, the output control unit controls to recover the load of the fuel cell to the required load when it is determined that the specific abnormality is resolved and the specific abnormality does not recur. You may do it.

上記燃料電池の制御装置によれば、特定の異常が解消され、更に、特定の異常が再発しないと判定した場合には、現在維持している負荷から所定の負荷(例えば、定格負荷)まで負荷を回復させるので、例えば、負荷がゼロの状態から所定の負荷まで回復させる場合に比べて、負荷回復に要する時間を短縮することができる。 According to the fuel cell control device, when it is determined that the specific abnormality is resolved and the specific abnormality does not recur, the load is from the currently maintained load to a predetermined load (for example, rated load). Therefore, for example, the time required for load recovery can be shortened as compared with the case of recovering from a state where the load is zero to a predetermined load.

上記燃料電池の制御装置は、前記原因特定部によって特定された前記原因を表示する表示部を更に備えていてもよい。 The fuel cell control device may further include a display unit that displays the cause identified by the cause identification unit.

上記燃料電池の制御装置によれば、異常の原因を表示部に表示させることで、異常の原因をオペレータに通知することが可能となる。これにより、オペレータはその原因を確認することで、自らが異常の解明を行う必要なく、速やかに発生した異常に対して適切な措置を講じることが可能となる。 According to the fuel cell control device, it is possible to notify the operator of the cause of the abnormality by displaying the cause of the abnormality on the display unit. As a result, the operator can confirm the cause and take appropriate measures for the abnormality that has occurred promptly without having to clarify the abnormality by himself / herself.

上記燃料電池の制御装置は、前記原因特定部によって特定された前記原因を排除する原因排除部を更に備えていてもよい。 The fuel cell control device may further include a cause elimination unit that eliminates the cause identified by the cause identification unit.

上記燃料電池の制御装置によれば、発生した異常の原因を自動的に排除することが可能となる。これにより、自動的に負荷を回復させることが可能となる。 According to the fuel cell control device, it is possible to automatically eliminate the cause of the abnormalities that have occurred. This makes it possible to automatically recover the load.

本発明は、マイクロガスタービンと、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池と、上記いずれかの燃料電池の制御装置とを具備する発電システムを提供する。 The present invention comprises a micro gas turbine, a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and a control device for any of the above fuel cells. Provide a power generation system to be equipped.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の保護制御方法であって、前記燃料電池に係る複数の計測データに基づいて、前記燃料電池の負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生したか否かを判定する工程と、前記特定の異常が発生したと判定した場合に、発生した前記特定の異常の要因に応じて、前記燃料電池の負荷を上昇または低下させる工程と、前記燃料電池の負荷を上昇または低下させたことにより、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する工程と、前記特定の異常に関する情報と該特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を記憶する工程と、前記特定の異常が発生したと判定された場合に、前記原因特定情報から、発生した前記特定の異常に該当する前記原因特定情報を抽出する工程と、抽出された前記原因特定情報を用いて、前記特定の異常を引き起こした原因を特定する工程とを含む燃料電池の保護制御方法を提供する。 The present invention is a protection control method for a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and can be applied to a plurality of measurement data related to the fuel cell. Based on this, a step of determining whether or not a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load of the fuel cell has occurred, and a step that occurs when it is determined that the specific abnormality has occurred. A step of increasing or decreasing the load of the fuel cell according to the cause of the specific abnormality, and a step of determining whether or not the specific abnormality has been resolved by increasing or decreasing the load of the fuel cell. And the step of storing the cause identification information in which the information about the specific abnormality is associated with the cause of the specific abnormality, and when it is determined that the specific abnormality has occurred, it is generated from the cause identification information. A fuel cell protection control method including a step of extracting the cause identification information corresponding to the specific abnormality and a step of identifying the cause causing the specific abnormality by using the extracted cause identification information. provide.

上記燃料電池の保護制御方法は、前記特定の異常が解消されたと判定された場合に、前記特定の異常が解消されたときの前記燃料電池の負荷を維持する工程をさらに備えていてもよい。 The fuel cell protection control method may further include a step of maintaining the load of the fuel cell when the specific abnormality is resolved when it is determined that the specific abnormality has been resolved.

本発明によれば、燃料電池もしくは燃料電池を備えた発電システムに異常が発生した場合でも、燃料電池の発電出力低減や運転停止をする時間を短縮して、燃料電池の発電出力を増加することができるという効果を奏する。 According to the present invention, even if an abnormality occurs in a fuel cell or a power generation system including a fuel cell, the power generation output of the fuel cell can be reduced or the time for stopping operation can be shortened to increase the power generation output of the fuel cell. It has the effect of being able to.

本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the schematic structure of the power generation system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るSOFCのセルスタックの一態様を示した図である。It is a figure which showed one aspect of the cell stack of SOFC which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るSOFCモジュールの一態様を示した図である。It is a figure which showed one aspect of the SOFC module which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るSOFCカートリッジの一態様の断面図である。It is sectional drawing of one aspect of the SOFC cartridge which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るSOFCの制御装置が備える機能のうち、保護制御に関する機能を展開して示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram which expanded and showed the function related to protection control among the functions provided in the SOFC control device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るSOFCの制御装置によって実行される保護制御の手順を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the procedure of protection control executed by the control device of SOFC which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るSOFC制御装置において、特定の異常が発生した場合の出力電流指令の時間的推移の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the temporal transition of the output current command when a specific abnormality occurs in the SOFC control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るSOFCの制御装置が備える機能のうち、保護制御に関する機能を展開して示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram which expanded and showed the function related to protection control among the functions provided in the SOFC control device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る異常原因特定部の概略構成を示した図である。It is a figure which showed the schematic structure of the abnormality cause identification part which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るSOFCの制御装置によって実行される異常原因特定制御の手順を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the procedure of the abnormality cause identification control executed by the control device of SOFC which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

〔発電システムの構成〕
まず、本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る発電システム10の概略構成を示した概略構成図である。図1に示すように、発電システム10は、マイクロガスタービン(以下「MGT」という。)11、発電機12、SOFC13を備えている。この発電システム10は、MGT11による発電と、SOFC13による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成されている。
[Power generation system configuration]
First, a schematic configuration of a power generation system according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a power generation system 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power generation system 10 includes a micro gas turbine (hereinafter referred to as “MGT”) 11, a generator 12, and SOFC 13. The power generation system 10 is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the MGT 11 and power generation by the SOFC 13.

MGT11は、圧縮機21、燃焼器22、タービン23を有しており、圧縮機21とタービン23とは回転軸24により一体回転可能に連結されている。後述するタービン23が回転することで圧縮機21が回転駆動する。圧縮機21は、空気取り込みライン25から取り込んだ空気Aを圧縮する。
燃焼器22には、第1空気供給ライン26を介して圧縮機21からの圧縮空気(以下、単に「空気」という。)Aの一部が供給されるとともに、第1燃料ガス供給ライン27を介して燃料ガスL1が供給される。第1空気供給ライン26には、燃焼器22へ供給する空気量を調整するための制御弁65が設けられ、第1燃料ガス供給ライン27には、燃焼器22へ供給する燃料ガス流量を調整するための制御弁70が設けられている。更に、燃焼器22には、後述するSOFC13の燃料ガス再循環ライン49を循環する排燃料ガスL3の一部が排燃料ガス供給ライン45を通じて供給される。排燃料ガス供給ライン45には、燃焼器22に供給する排燃料ガス量を調整するための制御弁47が設けられている。更に、燃焼器22には、後述する排空気供給ライン36を通じてSOFC13の空気極13Bで用いられた排空気A2の一部が供給される。
The MGT 11 has a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23, and the compressor 21 and the turbine 23 are integrally rotatably connected by a rotating shaft 24. The compressor 21 is rotationally driven by the rotation of the turbine 23, which will be described later. The compressor 21 compresses the air A taken in from the air take-in line 25.
A part of compressed air (hereinafter, simply referred to as “air”) A from the compressor 21 is supplied to the combustor 22 via the first air supply line 26, and the first fuel gas supply line 27 is provided. The fuel gas L1 is supplied through the fuel gas L1. The first air supply line 26 is provided with a control valve 65 for adjusting the amount of air supplied to the combustor 22, and the first fuel gas supply line 27 adjusts the flow rate of fuel gas supplied to the combustor 22. A control valve 70 is provided for this purpose. Further, a part of the exhaust fuel gas L3 circulating in the fuel gas recirculation line 49 of the SOFC 13 described later is supplied to the combustor 22 through the exhaust fuel gas supply line 45. The exhaust fuel gas supply line 45 is provided with a control valve 47 for adjusting the amount of exhaust fuel gas supplied to the combustor 22. Further, a part of the exhaust air A2 used in the air electrode 13B of the SOFC 13 is supplied to the combustor 22 through the exhaust air supply line 36 described later.

燃焼器22は、燃料ガスL1、空気Aの一部、排燃料ガスL3、及び排空気A2を混合して燃焼させ、燃焼ガスGを生成する。燃焼ガスGは燃焼ガス供給ライン28を通じてタービン23に供給される。タービン23は、燃焼ガスGが断熱膨張することにより回転し、排ガスが燃焼排ガスライン55から排出される。発電機12は、タービン23と同軸上に設けられており、タービン23が回転駆動することで発電する。 The combustor 22 mixes and burns the fuel gas L1, a part of the air A, the exhaust fuel gas L3, and the exhaust air A2 to generate the combustion gas G. The combustion gas G is supplied to the turbine 23 through the combustion gas supply line 28. The turbine 23 rotates due to the adiabatic expansion of the combustion gas G, and the exhaust gas is discharged from the combustion exhaust gas line 55. The generator 12 is provided coaxially with the turbine 23, and generates electricity by rotationally driving the turbine 23.

燃焼器22に供給する燃料ガスL1及び後述する燃料ガスL2は可燃性ガスであり、例えば、炭素質原料をガス化設備により製造した石炭ガス化ガス等のガス、一酸化炭素(CO)やメタン(CH)等の炭化水素ガス、液化天然ガス(LNG)、都市ガス、水素(H)、メタノール、石油等が用いられる。本実施形態での燃料ガスL1、L2は例えば都市ガスを使用し、メタンを主成分とする燃料ガスを用いている。燃料ガスL1、L2は必ずしも同じガスを使用する必要はなく、それぞれ異なるガスを使用してもよい。 The fuel gas L1 supplied to the combustor 22 and the fuel gas L2 described later are flammable gases, for example, gas such as coal gas produced by gasifying a carbonaceous raw material, carbon monoxide (CO) and methane. Hydrocarbon gas such as (CH 4 ), liquefied natural gas (LNG), city gas, hydrogen (H 2 ), methanol, petroleum and the like are used. As the fuel gases L1 and L2 in the present embodiment, for example, city gas is used, and fuel gas containing methane as a main component is used. The fuel gases L1 and L2 do not necessarily have to be the same gas, and different gases may be used.

SOFC13は、圧力容器内に燃料極13Aと空気極13Bと固体電解質111(図2参照)とが収容されて構成される。なお、SOFC13の詳細な構成については後述する。
SOFC13は、空気極13Bに酸化剤ガスが供給され、燃料極13Aに燃料ガス(還元剤ガス)が供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行う。
酸化剤ガスは、例えば、酸素を略15%から30%含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。本実施形態では、SOFC13に供給される酸化剤ガスとして、圧縮機21によって圧縮された空気Aの少なくとも一部を採用する場合を例示して説明する。
The SOFC 13 is configured by accommodating a fuel electrode 13A, an air electrode 13B, and a solid electrolyte 111 (see FIG. 2) in a pressure vessel. The detailed configuration of SOFC 13 will be described later.
The SOFC 13 reacts at a predetermined operating temperature to generate electricity by supplying an oxidizing agent gas to the air electrode 13B and supplying a fuel gas (reducing agent gas) to the fuel electrode 13A.
The oxidant gas is, for example, a gas containing approximately 15% to 30% of oxygen, and air is typically preferable. However, in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air or a mixed gas of oxygen and air is used. Etc. can be used. In the present embodiment, a case where at least a part of the air A compressed by the compressor 21 is adopted as the oxidant gas supplied to the SOFC 13 will be illustrated and described.

SOFC13には、第1空気供給ライン26から分岐した第2空気供給ライン31を通じて酸化剤ガスとして空気(酸化剤ガス)A1が空気極13Bの導入部である空気供給部に供給される。この第2空気供給ライン31には、供給する空気A1の流量を調整するための制御弁64が設けられている。また、第1空気供給ライン26において、第2空気供給ライン31の分岐点よりも空気A1の上流側(換言すると、圧縮機21側)には、熱交換器58が設けられている。熱交換器58において、空気Aは、燃焼排ガスライン55から排出される排ガスとの間で熱交換されて昇温される。更に、第2空気供給ライン31には、熱交換器58をバイパスするバイパスライン62が設けられている。バイパスライン62には、制御弁66が設けられ、空気Aのバイパス流量が調整可能とされている。制御弁64、66の開度が後述する制御装置60によって制御されることで、熱交換器58を通過する空気Aと熱交換器58をバイパスする空気Aとの流量割合が調整され、第2空気供給ライン31を通じてSOFC13に供給される空気A1の温度が調整される。
SOFC13に供給される空気A1の温度は、SOFC13を構成するSOFCカートリッジ203(図3参照)に空気A1を導入する空気供給部や空気供給枝管をはじめSOFCカートリッジ203の構成材料に損傷を与えないよう温度の上限が制限されている。
Air (oxidizer gas) A1 is supplied to the SOFC 13 as an oxidant gas through the second air supply line 31 branched from the first air supply line 26 to the air supply unit which is the introduction portion of the air electrode 13B. The second air supply line 31 is provided with a control valve 64 for adjusting the flow rate of the supplied air A1. Further, in the first air supply line 26, a heat exchanger 58 is provided on the upstream side (in other words, the compressor 21 side) of the air A1 from the branch point of the second air supply line 31. In the heat exchanger 58, the air A is heat-exchanged with the exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas line 55 to raise the temperature. Further, the second air supply line 31 is provided with a bypass line 62 that bypasses the heat exchanger 58. The bypass line 62 is provided with a control valve 66 so that the bypass flow rate of the air A can be adjusted. By controlling the opening degree of the control valves 64 and 66 by the control device 60 described later, the flow rate ratio of the air A passing through the heat exchanger 58 and the air A bypassing the heat exchanger 58 is adjusted, and the second The temperature of the air A1 supplied to the SOFC 13 through the air supply line 31 is adjusted.
The temperature of the air A1 supplied to the SOFC 13 does not damage the constituent materials of the SOFC cartridge 203, including the air supply section for introducing the air A1 into the SOFC cartridge 203 (see FIG. 3) constituting the SOFC 13 and the air supply branch pipe. The upper limit of temperature is limited.

更に、第2空気供給ライン31には、可燃性ガスとして燃料ガスL2を供給する空気極燃料供給ライン80が接続されている。空気極燃料供給ライン80には、第2空気供給ライン31へ供給する燃料ガス量を調整するための制御弁82が設けられている。制御弁82の弁開度が後述する制御装置60によって制御されることにより、空気A1に添加される燃料ガスL2の供給量が調整される。空気A1に添加される燃料ガスL2の量は、可燃限界濃度以下で供給され、より好ましくは3体積%以下で供給される。 Further, an air electrode fuel supply line 80 that supplies the fuel gas L2 as a flammable gas is connected to the second air supply line 31. The air electrode fuel supply line 80 is provided with a control valve 82 for adjusting the amount of fuel gas supplied to the second air supply line 31. By controlling the valve opening degree of the control valve 82 by the control device 60 described later, the supply amount of the fuel gas L2 added to the air A1 is adjusted. The amount of the fuel gas L2 added to the air A1 is supplied at a flammable limit concentration or less, and more preferably at 3% by volume or less.

SOFC13には、空気極13Bで用いられた排空気A2を排出する排空気排出ライン34が接続されている。この排空気排出ライン34には、燃焼器22に排空気A2を供給するための排空気供給ライン36が接続されている。排空気供給ライン36には、SOFC13とMGT11との間の系統を切り離すための遮断弁38が設けられている。
また、排空気排出ライン34には、外部へ排出する排空気量を調整するための制御弁(もしくは遮断弁)37が設けられている。
An exhaust air discharge line 34 for discharging the exhaust air A2 used in the air electrode 13B is connected to the SOFC 13. An exhaust air supply line 36 for supplying the exhaust air A2 to the combustor 22 is connected to the exhaust air discharge line 34. The exhaust air supply line 36 is provided with a shutoff valve 38 for disconnecting the system between the SOFC 13 and the MGT 11.
Further, the exhaust air discharge line 34 is provided with a control valve (or shutoff valve) 37 for adjusting the amount of exhaust air discharged to the outside.

SOFC13には、更に、燃料ガスL2を燃料極13Aの導入部である燃料ガス供給部207(図3参照)に供給する第2燃料ガス供給ライン41と、燃料極13Aで反応に用いられた後の排燃料ガスL3を排出する排燃料ガスライン43とが接続されている。第2燃料ガス供給ライン41には、燃料極13Aに供給する燃料ガスL2の流量を調整するための制御弁42が設けられ、排燃料ガスライン43には外部に排出する排燃料ガス量を調整するための制御弁(もしくは遮断弁)46が設けられている。排燃料ガスライン43の制御弁(もしくは遮断弁)46と、排空気排出ライン34の制御弁(もしくは遮断弁)37とにより過剰になった圧力を素早く調整することができる。また、SOFC13の燃料極13Aと空気極13Bの燃料空気差圧は、燃料極13A側が所定の圧力範囲で高くなるように制御弁47により制御する。また、排燃料ガスライン43には、排燃料ガスL3をSOFC13の燃料極13Aの入口へと再循環させるための燃料ガス再循環ライン49が接続されている。燃料ガス再循環ライン49には、排燃料ガスL3を再循環させるための再循環ブロワ50が設けられている。 The SOFC 13 is further subjected to a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the fuel gas supply unit 207 (see FIG. 3) which is an introduction unit of the fuel electrode 13A, and after being used for the reaction at the fuel electrode 13A. It is connected to the exhaust fuel gas line 43 that discharges the exhaust fuel gas L3. The second fuel gas supply line 41 is provided with a control valve 42 for adjusting the flow rate of the fuel gas L2 supplied to the fuel electrode 13A, and the exhaust fuel gas line 43 adjusts the amount of exhaust fuel gas discharged to the outside. A control valve (or shutoff valve) 46 is provided for this purpose. The excess pressure can be quickly adjusted by the control valve (or shutoff valve) 46 of the exhaust fuel gas line 43 and the control valve (or shutoff valve) 37 of the exhaust air discharge line 34. Further, the fuel air differential pressure between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B of the SOFC 13 is controlled by the control valve 47 so that the fuel electrode 13A side becomes higher in a predetermined pressure range. Further, a fuel gas recirculation line 49 for recirculating the exhaust fuel gas L3 to the inlet of the fuel electrode 13A of the SOFC 13 is connected to the exhaust fuel gas line 43. The fuel gas recirculation line 49 is provided with a recirculation blower 50 for recirculating the exhaust fuel gas L3.

更に、燃料ガス再循環ライン49には、燃料極13Aに燃料ガスL2を改質するための純水を供給する純水供給ライン44が設けられている。純水供給ライン44にはポンプ48が設けられている。ポンプ48の吐出流量が制御装置60によって制御されることにより、燃料極13Aに供給される純水流量が調整される。 Further, the fuel gas recirculation line 49 is provided with a pure water supply line 44 for supplying pure water for reforming the fuel gas L2 to the fuel electrode 13A. A pump 48 is provided on the pure water supply line 44. By controlling the discharge flow rate of the pump 48 by the control device 60, the pure water flow rate supplied to the fuel electrode 13A is adjusted.

〔SOFCの構成〕
次に、図2から図4を参照してSOFC13の構成について説明する。
まず、本実施形態に係るSOFC複合発電システム(燃料電池複合発電システム)のSOFCに用いる円筒形セルスタックについて図2を参照して説明する。図2は、本実施形態に係るセルスタック101の一態様を示した図である。セルスタック101は、円筒形状の基体管103と、基体管103の外周面に複数形成された燃料電池セル105と、隣り合う燃料電池セル105の間に形成されたインターコネクタ107とを備える。燃料電池セル105は、燃料極13Aと固体電解質111と空気極13Bとが積層して形成されている。また、セルスタック101は、基体管103の外周面に形成された複数の燃料電池セル105の内、基体管103の長手軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル105の空気極13Bに、インターコネクタ107を介して電気的に接続されたリード膜115を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル105の燃料極13Aに電気的に接続されたリード膜(不図示)を備える。
[SOFC configuration]
Next, the configuration of the SOFC 13 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
First, a cylindrical cell stack used for SOFC of the SOFC combined cycle power generation system (fuel cell combined cycle power generation system) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing one aspect of the cell stack 101 according to the present embodiment. The cell stack 101 includes a cylindrical base tube 103, a plurality of fuel cell 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103, and an interconnector 107 formed between adjacent fuel cell 105. The fuel cell 105 is formed by laminating a fuel electrode 13A, a solid electrolyte 111, and an air electrode 13B. Further, the cell stack 101 is an air electrode 13B of the fuel cell 105 formed at one end of the plurality of fuel cell 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103 in the longitudinal axis direction of the base tube 103. The lead film 115 is electrically connected to the fuel cell 105 at the other end of the fuel cell 105, and is electrically connected to the fuel pole 13A of the fuel cell 105 (not shown). To be equipped.

基体管103は、多孔質材料からなり、例えば、CaO安定化ZrO(CSZ)、CSZと酸化ニッケル(NiO)との混合物(CSZ+NiO)、又はY安定化ZrO2(YSZ)、又はMgAlなどを主成分とされる。この基体管103は、燃料電池セル105とインターコネクタ107とリード膜115とを支持すると共に、基体管103の内周面に供給される燃料ガスを基体管103の細孔を介して基体管103の外周面に形成される燃料極13Aに拡散させる。 Substrate tube 103 is made of a porous material, for example, CaO-stabilized ZrO 2 (CSZ), a mixture of CSZ and nickel oxide (NiO) (CSZ + NiO) , or Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YSZ), or The main component is MgAl 2 O 4 and the like. The base tube 103 supports the fuel cell 105, the interconnector 107, and the lead film 115, and the fuel gas supplied to the inner peripheral surface of the base tube 103 is supplied to the inner peripheral surface of the base tube 103 through the pores of the base tube 103. It is diffused into the fuel electrode 13A formed on the outer peripheral surface of the fuel cell.

燃料極13Aは、Niとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ni/YSZが用いられる。燃料極13Aの厚さは50〜250μmである。この場合、燃料極13Aは、燃料極13Aの成分であるNiが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管103を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン(CH)と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素(H)と一酸化炭素(CO)に改質する。また、燃料極13Aは、改質により得られる水素(H)及び一酸化炭素(CO)と、固体電解質111を介して供給される酸素イオン(O2−)とを固体電解質111との界面付近において電気化学的に反応させて水(HO)及び二酸化炭素(CO)を生成する。なお、燃料電池セル105は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。 The fuel electrode 13A is composed of an oxide of a composite material of Ni and a zirconia-based electrolyte material, and for example, Ni / YSZ is used. The thickness of the fuel electrode 13A is 50 to 250 μm. In this case, in the fuel electrode 13A, Ni, which is a component of the fuel electrode 13A, has a catalytic action on the fuel gas. This catalytic action reacts a fuel gas supplied via the substrate tube 103, for example, a mixed gas of methane (CH 4 ) and water vapor, and reforms it into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). .. Further, the fuel electrode 13A is an interface between hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) obtained by reforming and oxygen ions (O 2- ) supplied via the solid electrolyte 111 with the solid electrolyte 111. It reacts electrochemically in the vicinity to produce water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). At this time, the fuel cell 105 generates electricity by the electrons emitted from the oxygen ions.

固体電解質111は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるYSZとが主に用いられて構成されている。固体電解質111は、空気極13Bで生成される酸素イオン(O2−)を燃料極に移動させる。燃料極13Aの表面上に位置する固体電解質111の膜厚は10〜100μmである。 The solid electrolyte 111 is mainly composed of YSZ having airtightness that does not allow gas to pass through and high oxygen ion conductivity at high temperature. The solid electrolyte 111 moves oxygen ions (O 2- ) generated at the air electrode 13B to the fuel electrode. The film thickness of the solid electrolyte 111 located on the surface of the fuel electrode 13A is 10 to 100 μm.

空気極13Bは、例えば、LaSrMnO系酸化物、又はLaCoO系酸化物で構成される。この空気極13Bは、固体電解質111との界面付近において、供給される空気等の酸化剤ガス中の酸素を解離させて酸素イオン(O2−)を生成する。空気極13Bは2層構成とすることもできる。この場合、固体電解質111側の空気極層(空気極中間層)は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層(空気極導電層)は、Sr及びCaドープLaMnOで表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。 The air electrode 13B is composed of, for example, a LaSrMnO 3- based oxide or a LaCoO 3- based oxide. The air electrode 13B dissociates oxygen in the supplied oxidant gas such as air in the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111 to generate oxygen ions (O 2- ). The air electrode 13B may have a two-layer structure. In this case, the air electrode layer (air electrode intermediate layer) on the solid electrolyte 111 side is made of a material having high ionic conductivity and excellent catalytic activity. The air electrode layer (air electrode conductive layer) on the air electrode intermediate layer may be composed of a perovskite-type oxide represented by Sr and Ca-doped LaMnO 3 . By doing so, the power generation performance can be further improved.

インターコネクタ107は、SrTiO系などのM1−xTiO(Mはアルカリ土類金属元素、Lはランタノイド元素)で表される導電性ペロブスカイト型酸化物などから構成される。インターコネクタ107は、燃料ガスと空気とが混合しないように緻密な膜となっていて、酸化ガス雰囲気と還元ガス雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ107は、隣り合う燃料電池セル105において、一方の燃料電池セル105の空気極13Bと他方の燃料電池セル105の燃料極13Aとを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル105同士を直列に接続する。リード膜115は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック101を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ni/YSZ等のNiとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜115は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル105で発電された直流電力をセルスタック101の端部付近まで導出する。 The interconnector 107 is composed of a conductive perovskite-type oxide represented by M 1-x L x TiO 3 (M is an alkaline earth metal element and L is a lanthanoid element) such as SrTiO 3 system. The interconnector 107 has a dense film so that the fuel gas and air do not mix with each other, and has stable durability and electrical conductivity in both an oxidizing gas atmosphere and a reducing gas atmosphere. In the adjacent fuel cell 105, the interconnector 107 electrically connects the air electrode 13B of one fuel cell 105 and the fuel electrode 13A of the other fuel cell 105, and the adjacent fuel cell 105 are connected to each other. Are connected in series. Since the lead film 115 needs to have electron conductivity and a coefficient of thermal expansion close to that of other materials constituting the cell stack 101, Ni such as Ni / YSZ and a zirconia-based electrolyte material are used. It is composed of a composite material. The lead film 115 derives the DC power generated by the plurality of fuel cell 105s connected in series by the interconnector to the vicinity of the end of the cell stack 101.

次に、図3及び図4を参照して本実施形態に係るSOFCモジュール及びSOFCカートリッジについて説明する。図3は、本実施形態に係るSOFCモジュールの一態様を示した図、図4は、本実施形態に係るSOFCカートリッジの一態様の断面図である。 Next, the SOFC module and the SOFC cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a view showing one aspect of the SOFC module according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of one aspect of the SOFC cartridge according to the present embodiment.

SOFCモジュール201は、図3に示すように、例えば、複数のSOFCカートリッジ203と、複数のSOFCカートリッジ203を収納する圧力容器205とを備える。なお、図3には円筒形のSOFCのセルスタックを例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。圧力容器205は、内部の圧力が0.1MPa〜約1MPa、内部の温度が大気温度〜約550℃で運用されるので、耐力性と酸化剤ガス中に含まれる酸素などの酸化剤ガスに対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばSUS304などのステンレス系材が好適である。 As shown in FIG. 3, the SOFC module 201 includes, for example, a plurality of SOFC cartridges 203 and a pressure vessel 205 for accommodating the plurality of SOFC cartridges 203. Although FIG. 3 illustrates a cylindrical SOFC cell stack, this does not necessarily have to be the case, and for example, a flat cell stack may be used. Since the pressure vessel 205 is operated at an internal pressure of 0.1 MPa to about 1 MPa and an internal temperature of atmospheric temperature to about 550 ° C., it has resistance and corrosion resistance to an oxidant gas such as oxygen contained in the oxidant gas. The material that owns is used. For example, a stainless steel material such as SUS304 is suitable.

SOFCモジュール201は、燃料ガス供給部207と複数の燃料ガス供給枝管207a及び燃料ガス排出部209と複数の燃料ガス排出枝管209aとを備える。更に、SOFCモジュール201は、空気供給部(不図示)と空気供給枝管(不図示)及び空気排出部(不図示)と複数の空気排出枝管(不図示)とを備える。 The SOFC module 201 includes a fuel gas supply unit 207 and a plurality of fuel gas supply branch pipes 207a, and a fuel gas discharge unit 209 and a plurality of fuel gas discharge branch pipes 209a. Further, the SOFC module 201 includes an air supply unit (not shown), an air supply branch pipe (not shown), an air discharge unit (not shown), and a plurality of air discharge branch pipes (not shown).

第2燃料ガス供給ライン41(図1参照)からの燃料ガスL2は、燃料ガス供給部207、複数の燃料ガス供給枝管207aを通じて複数のSOFCカートリッジ203に供給される。燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給部207を通じて供給される燃料ガスL2を複数のSOFCカートリッジ203に略均等の流量で導き、複数のSOFCカートリッジ203の発電性能を略均一化させる。 The fuel gas L2 from the second fuel gas supply line 41 (see FIG. 1) is supplied to the plurality of SOFC cartridges 203 through the fuel gas supply unit 207 and the plurality of fuel gas supply branch pipes 207a. The fuel gas supply branch pipe 207a guides the fuel gas L2 supplied through the fuel gas supply unit 207 to the plurality of SOFC cartridges 203 at a substantially equal flow rate, and substantially equalizes the power generation performance of the plurality of SOFC cartridges 203.

SOFCカートリッジ203から排出される排燃料ガスL3は、燃料ガス排出枝管209a及び燃料ガス排出部209を通じることにより、略均等の流量で排燃料ガスライン43(図1参照)に導かれる。 The exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC cartridge 203 is guided to the exhaust fuel gas line 43 (see FIG. 1) at a substantially equal flow rate by passing through the fuel gas discharge branch pipe 209a and the fuel gas discharge unit 209.

本実施形態においては、複数のSOFCカートリッジ203が集合化されて圧力容器205に収納される態様について説明しているが、これに限られず、例えば、SOFCカートリッジ203が集合化されずに圧力容器205内に収納される態様としてもよい。 In the present embodiment, a mode in which a plurality of SOFC cartridges 203 are assembled and stored in the pressure vessel 205 is described, but the present invention is not limited to this, and for example, the SOFC cartridge 203 is not assembled and is stored in the pressure vessel 205. It may be stored inside.

SOFCカートリッジ203は、図4に示すように、複数のセルスタック101と、発電室215と、燃料ガス供給室217と、燃料ガス排出室219と、空気供給室221と、空気排出室223とを備えている。更に、SOFCカートリッジ203は、上部管板225aと、下部管板225bと、上部断熱体227aと、下部断熱体227bとを備えている。なお、本実施形態においては、SOFCカートリッジ203は、燃料ガス供給室217と燃料ガス排出室219と空気供給室221と空気排出室223とが図4のように配置されることで、燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気とがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れる構造とされているが、その態様は必ずしもこの例に限られず、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または空気がセルスタックの長手軸方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。 As shown in FIG. 4, the SOFC cartridge 203 includes a plurality of cell stacks 101, a power generation chamber 215, a fuel gas supply chamber 217, a fuel gas discharge chamber 219, an air supply chamber 221 and an air discharge chamber 223. I have. Further, the SOFC cartridge 203 includes an upper tube plate 225a, a lower tube plate 225b, an upper heat insulating body 227a, and a lower heat insulating body 227b. In the present embodiment, the SOFC cartridge 203 is provided with the fuel gas by arranging the fuel gas supply chamber 217, the fuel gas discharge chamber 219, the air supply chamber 221 and the air discharge chamber 223 as shown in FIG. The structure is such that air as an oxidant gas flows opposite to the inside and outside of the cell stack 101, but the embodiment is not necessarily limited to this example, and for example, the inside and outside of the cell stack are parallel to each other. Or the air may flow in a direction orthogonal to the longitudinal axis direction of the cell stack.

発電室215は、上部断熱体227aと下部断熱体227bとの間に形成された領域である。発電室215は、セルスタック101の燃料電池セル105が配置された領域であり、燃料ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。例えば、発電室215のセルスタック101の長手方向の中央部付近の温度は、後述する温度センサ92などで監視され、SOFCモジュール201の定常運転時に、約700℃から1000℃の高温雰囲気となる。 The power generation chamber 215 is a region formed between the upper heat insulating body 227a and the lower heat insulating body 227b. The power generation chamber 215 is an area in which the fuel cell 105 of the cell stack 101 is arranged, and is an area in which fuel gas and air are electrochemically reacted to generate electricity. For example, the temperature near the central portion of the cell stack 101 in the power generation chamber 215 in the longitudinal direction is monitored by a temperature sensor 92 or the like, which will be described later, and becomes a high temperature atmosphere of about 700 ° C. to 1000 ° C. during steady operation of the SOFC module 201.

燃料ガス供給室217は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと上部管板225aとに囲まれた領域であり、上部ケーシング229aの上部に設けられた燃料ガス供給孔231aによって、燃料ガス供給枝管207aと連通されている。複数のセルスタック101は、上部管板225aとシール部材237aにより接合されており、燃料ガス供給室217は、燃料ガス供給枝管207aから燃料ガス供給孔231aを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック101の基体管103の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック101の発電性能を略均一化させる。 The fuel gas supply chamber 217 is an area surrounded by the upper casing 229a and the upper pipe plate 225a of the SOFC cartridge 203, and the fuel gas supply branch pipe 207a is provided by the fuel gas supply hole 231a provided in the upper part of the upper casing 229a. Is communicated with. The plurality of cell stacks 101 are joined to the upper pipe plate 225a by the seal member 237a, and the fuel gas supply chamber 217 receives the fuel gas supplied from the fuel gas supply branch pipe 207a through the fuel gas supply hole 231a. It is guided inside the base tubes 103 of the plurality of cell stacks 101 at a substantially uniform flow rate, and the power generation performance of the plurality of cell stacks 101 is substantially made uniform.

燃料ガス排出室219は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと下部管板225bとに囲まれた領域であり、下部ケーシング229bの下部に備えられた燃料ガス排出孔231bによって、燃料ガス排出枝管209aと連通されている。複数のセルスタック101は、下部管板225bとシール部材237bにより接合されており、燃料ガス排出室219は、複数のセルスタック101の基体管103の内部を通過して燃料ガス排出室219に供給される排燃料ガスL3を集約して、燃料ガス排出孔231bを介して燃料ガス排出枝管209aに導くことができる。 The fuel gas discharge chamber 219 is an area surrounded by the lower casing 229b and the lower pipe plate 225b of the SOFC cartridge 203, and the fuel gas discharge branch pipe 209a is provided by the fuel gas discharge hole 231b provided in the lower part of the lower casing 229b. Is communicated with. The plurality of cell stacks 101 are joined by a lower pipe plate 225b and a sealing member 237b, and the fuel gas discharge chamber 219 passes through the inside of the base pipe 103 of the plurality of cell stacks 101 and is supplied to the fuel gas discharge chamber 219. The exhaust fuel gas L3 to be generated can be aggregated and led to the fuel gas discharge branch pipe 209a through the fuel gas discharge hole 231b.

空気供給室221は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと、下部管板225bと、下部断熱体227bとに囲まれた領域であり、下部ケーシング229bの側面に設けられた空気供給孔233aによって、図示しない空気供給枝管と連通されている。この空気供給室221は、図示しない空気供給枝管から空気供給孔233aを介して供給される所定流量の空気を、空気供給隙間235aを介して発電室215に略均一流量で導くことができる。 The air supply chamber 221 is an area surrounded by the lower casing 229b, the lower pipe plate 225b, and the lower heat insulating body 227b of the SOFC cartridge 203, and is illustrated by the air supply hole 233a provided on the side surface of the lower casing 229b. Not communicated with the air supply branch pipe. The air supply chamber 221 can guide a predetermined flow rate of air supplied from an air supply branch pipe (not shown) through the air supply hole 233a to the power generation chamber 215 through the air supply gap 235a at a substantially uniform flow rate.

空気排出室223は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと、上部管板225aと、上部断熱体227aとに囲まれた領域であり、上部ケーシング229aの側面に設けられた空気排出孔233bによって、図示しない空気排出枝管と連通されている。この空気排出室223は、発電室215から、空気排出隙間235bを介して空気排出室223に供給される排空気を、空気排出孔233bを介して図示しない空気排出枝管に導くことができる。 The air discharge chamber 223 is an area surrounded by the upper casing 229a of the SOFC cartridge 203, the upper pipe plate 225a, and the upper heat insulating body 227a, and is illustrated by the air discharge holes 233b provided on the side surface of the upper casing 229a. It is communicated with the air discharge branch pipe. The air discharge chamber 223 can guide the exhaust air supplied from the power generation chamber 215 to the air discharge chamber 223 through the air discharge gap 235b to an air discharge branch pipe (not shown) through the air discharge hole 233b.

発電室215で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル105に設けられたNi/YSZ等からなるリード膜115(図2参照)によりセルスタック101の端部付近まで導出した後に、SOFCカートリッジ203の集電棒(不図示)に集電板(不図示)を介して集電して、各SOFCカートリッジ203の外部へと取り出される。SOFCカートリッジ203の外部に導出された電力は、SOFCモジュール201の外部へと導出されて、パワーコンディショナ等の電力変換装置によって交流電力へ変換されて、電力供給先(例えば、負荷設備や電力系統)へと供給される。 The DC power generated in the power generation chamber 215 is led out to the vicinity of the end of the cell stack 101 by a lead film 115 (see FIG. 2) made of Ni / YSZ or the like provided in the plurality of fuel cell 105, and then the SOFC cartridge. The current is collected by the current collecting rod (not shown) of 203 via the current collecting plate (not shown), and is taken out to the outside of each SOFC cartridge 203. The electric power led out to the outside of the SOFC cartridge 203 is led out to the outside of the SOFC module 201, converted into AC power by a power conversion device such as a power conditioner, and is converted into AC power to a power supply destination (for example, load equipment or power system). ) Is supplied.

上述したように、本実施形態に係るSOFC13では、燃料ガスL2と空気A1とがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。これにより、排空気A2は、基体管103の内部を通って発電室215に供給される燃料ガスL2との間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板225a等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて空気排出室223に供給される。また、燃料ガスL2は、発電室215から排出される排空気A2との熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスL2を発電室215に供給することができる。更に、基体管103の内部を通って発電室215を通過した排燃料ガスL3は、発電室215に供給される空気A1との間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板225b等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室219に供給される。また、空気A1は排燃料ガスL3との熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された空気を発電室215に供給することができる。 As described above, in the SOFC 13 according to the present embodiment, the fuel gas L2 and the air A1 flow so as to face the inside and the outside of the cell stack 101. As a result, the exhaust air A2 exchanges heat with the fuel gas L2 supplied to the power generation chamber 215 through the inside of the base pipe 103, and the upper pipe plate 225a and the like made of a metal material are deformed such as buckling. It is cooled to a temperature that does not allow it to be supplied to the air discharge chamber 223. Further, the fuel gas L2 is heated by heat exchange with the exhaust air A2 discharged from the power generation chamber 215 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, the fuel gas L2 preheated to a temperature suitable for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like. Further, the exhaust fuel gas L3 that has passed through the inside of the base pipe 103 and passed through the power generation chamber 215 is heat-exchanged with the air A1 supplied to the power generation chamber 215, and the lower pipe plate 225b and the like made of a metal material are formed. It is cooled to a temperature at which it does not deform such as buckling and is supplied to the fuel gas discharge chamber 219. Further, the air A1 is heated by heat exchange with the exhaust fuel gas L3 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, air heated to a temperature required for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like.

発電システム10には、図1に示すように、各箇所に各種センサが設けられている。例えば、発電システム10には、差圧センサ90及び温度センサ92〜97が設けられている。差圧センサ90は、燃料極13Aと空気極13Bとの差圧を計測する。温度センサ92は、発電室温度を計測する。温度センサ93は、再循環ブロワ50に設けられ、再循環ブロワ50の軸受温度を計測する。温度センサ94は、MGT11の圧縮機21の吸入口付近に設けられ、圧縮機21に吸引される空気Aの温度である外気温度を計測する。温度センサ95は、排燃料ガスライン43に設けられ、排燃料出口温度を計測する。温度センサ96は、排空気排出ライン34に設けられ、排空気出口温度を計測する。温度センサ97は、第2空気供給ライン31に設けられ、入口空気温度を計測する。また、発電システム10が備える各種制御弁には、各種制御弁の弁開度を検出する弁開度検出部(図示略)が設けられている。 As shown in FIG. 1, the power generation system 10 is provided with various sensors at each location. For example, the power generation system 10 is provided with a differential pressure sensor 90 and temperature sensors 92 to 97. The differential pressure sensor 90 measures the differential pressure between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B. The temperature sensor 92 measures the temperature of the power generation room. The temperature sensor 93 is provided on the recirculation blower 50 and measures the bearing temperature of the recirculation blower 50. The temperature sensor 94 is provided near the suction port of the compressor 21 of the MGT 11 and measures the outside air temperature, which is the temperature of the air A sucked by the compressor 21. The temperature sensor 95 is provided in the exhaust fuel gas line 43 and measures the exhaust fuel outlet temperature. The temperature sensor 96 is provided on the exhaust air discharge line 34 and measures the exhaust air outlet temperature. The temperature sensor 97 is provided in the second air supply line 31 and measures the inlet air temperature. Further, the various control valves included in the power generation system 10 are provided with a valve opening degree detecting unit (not shown) for detecting the valve opening degree of the various control valves.

また、上記各種センサは一例であり、発電システム10には、発電システム10を正常に運用するために必要な各種データを取得するための各種センサや、異常を検知するための各種センサ等が設けられている。これらの各種センサによって計測された計測データは制御装置60に送信される。 Further, the above-mentioned various sensors are an example, and the power generation system 10 is provided with various sensors for acquiring various data necessary for normal operation of the power generation system 10, various sensors for detecting an abnormality, and the like. Has been done. The measurement data measured by these various sensors is transmitted to the control device 60.

制御装置60は、上記計測データに基づいて演算処理を行い、SOFC13に必要とされる発電負荷である要求負荷を満足するように発電システム10の各部の動作を制御する。また、制御装置60は、計測データに基づいて、SOFC13に異常が発生したか否かを監視しており、異常を検知した場合には、以下に説明する保護制御を実行する。 The control device 60 performs arithmetic processing based on the measurement data, and controls the operation of each part of the power generation system 10 so as to satisfy the required load, which is the power generation load required for the SOFC 13. Further, the control device 60 monitors whether or not an abnormality has occurred in the SOFC 13 based on the measurement data, and when the abnormality is detected, executes the protection control described below.

〔発電システムの保護制御〕
〔第1実施形態〕
次に、上記構成を備える発電システム10の制御装置60によって実行される保護制御の第1実施形態について説明する。
制御装置60は、例えば、コンピュータやシーケンサーであり、CPUと、CPUが実行するプログラム等を記憶するためのROM(Read Only Memory)と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するRAM(Random Access Memory)等を備えている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
[Protective control of power generation system]
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of protection control executed by the control device 60 of the power generation system 10 having the above configuration will be described.
The control device 60 is, for example, a computer or a sequencer, and has a CPU, a ROM (Read Only Memory) for storing a program executed by the CPU, and a RAM (Random Access Memory) that functions as a work area when each program is executed. ) Etc. are provided. A series of processing processes for realizing various functions described later is recorded in a recording medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions described later are realized.

図5は、制御装置60が備える各種機能のうち、保護制御に関する機能を主に展開して示した機能ブロック図である。図5に示すように、制御装置60は、異常判定部141、出力制御部142、及び異常解消判定部143を備えている。 FIG. 5 is a functional block diagram showing mainly the functions related to protection control among various functions included in the control device 60. As shown in FIG. 5, the control device 60 includes an abnormality determination unit 141, an output control unit 142, and an abnormality elimination determination unit 143.

異常判定部141は、上述した計測データに基づいて発電システム10に特定の異常が発生したか否かを判定する。ここで、「特定の異常」とは、SOFC13の負荷を増減させることにより解消する可能性のある異常であり、より具体的には、発電室215の温度の上昇または低下に関する異常である。ここで、「負荷」とはSOFC13の発電出力のことであり、本実施形態ではSOFC13の出力電流に相当する。
異常判定部141は、例えば、特定の異常が発生したことを判定するための判定基準が記述された異常判定情報を備えており、各種センサから受信した計測データと異常判定情報とを用いて、特定の異常が発生しているか否かを判定する。
The abnormality determination unit 141 determines whether or not a specific abnormality has occurred in the power generation system 10 based on the above-mentioned measurement data. Here, the "specific abnormality" is an abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load of the SOFC 13, and more specifically, an abnormality relating to an increase or decrease in the temperature of the power generation chamber 215. Here, the “load” is the power generation output of the SOFC 13, and corresponds to the output current of the SOFC 13 in the present embodiment.
The abnormality determination unit 141 includes, for example, abnormality determination information in which determination criteria for determining that a specific abnormality has occurred are described, and the measurement data received from various sensors and the abnormality determination information are used. Determine if a particular anomaly has occurred.

本実施形態では、例えば、異常判定情報には、特定の異常発生と判定するための複数の条件(1)〜(9)が記述されている。異常判定部141は、異常判定情報に記述された複数の条件のうち、一つでも該当する場合に、特定の異常が発生したと判定する。なお、以下に示した条件は一例であり、特定の異常と判定するための判定基準はこの例に限定されない。 In the present embodiment, for example, the abnormality determination information describes a plurality of conditions (1) to (9) for determining that a specific abnormality has occurred. The abnormality determination unit 141 determines that a specific abnormality has occurred when any one of the plurality of conditions described in the abnormality determination information is met. The conditions shown below are an example, and the judgment criteria for determining a specific abnormality are not limited to this example.

(1)発電室温度が第1閾値以上の状態が第1所定期間維持された場合
(2)再循環ブロワ50の内部温度が第2閾値以上の状態が第2所定期間維持された場合
(3)排燃料出口温度が第3閾値以上の状態が第3所定期間維持された場合
(4)排空気出口温度が第4閾値以上の状態が第4所定期間維持された場合
(5)空気利用率が第5閾値以上である状態が第5所定期間維持された場合
(6)外気温度が第6閾値以上の状態が第6所定期間維持された場合
(7)制御弁47の弁開度が第7閾値以上の状態が第7所定期間維持された場合
(8)制御弁47の弁開度が第8閾値以下の状態が第8所定期間維持された場合
(9)発電室温度が第9閾値以下の状態が第9所定期間維持された場合
(1) When the state where the temperature of the power generation room is equal to or higher than the first threshold is maintained for the first predetermined period (2) When the state where the internal temperature of the recirculation blower 50 is equal to or higher than the second threshold is maintained for the second predetermined period (3) ) When the exhaust fuel outlet temperature is maintained above the third threshold value for the third predetermined period (4) When the exhaust air outlet temperature is maintained above the fourth threshold value for the fourth predetermined period (5) Air utilization rate When the state where is above the fifth threshold value is maintained for the fifth predetermined period (6) When the state where the outside air temperature is above the sixth threshold value is maintained for the sixth predetermined period (7) The valve opening degree of the control valve 47 is the third When the state of 7 thresholds or more is maintained for the 7th predetermined period (8) When the valve opening degree of the control valve 47 is maintained for the 8th predetermined period of the 8th threshold or less (9) The power generation room temperature is the 9th threshold When the following conditions are maintained for the 9th predetermined period

本実施形態での、(1)〜(9)の条件に関する各閾値と、各所定期間につき、例として次に示す。
第1閾値は、例えば、定格負荷時の発電室温度の101%以上105%以下の温度範囲で設定されている。
第1所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
第2閾値は、例えば、定格負荷時の再循環ブロワ内部温度の101%以上120%以下の温度範囲で設定されている。
第2所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
第3閾値は、例えば、定格負荷時の排燃料出口温度の101%以上120以下の温度範囲で設定されている。
第3所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
The threshold values for the conditions (1) to (9) and each predetermined period in the present embodiment are shown below as examples.
The first threshold value is set, for example, in a temperature range of 101% or more and 105% or less of the power generation room temperature at the rated load.
The first predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.
The second threshold value is set, for example, in a temperature range of 101% or more and 120% or less of the internal temperature of the recirculation blower at the rated load.
The second predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.
The third threshold value is set, for example, in a temperature range of 101% or more and 120 or less of the exhaust fuel outlet temperature at the rated load.
The third predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.

第4閾値は、例えば、定格負荷時の排空気出口温度の101%以上120%以下の温度範囲で設定されている。
第4所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
第5閾値は、例えば、定格負荷時の空気利用率の101%以上120%以下の空気利用率範囲で設定されている。
第5所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
第6閾値は、例えば、40℃以上50℃以下の温度範囲で設定されている。
第6所定期間は、例えば、60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
The fourth threshold value is set, for example, in a temperature range of 101% or more and 120% or less of the exhaust air outlet temperature at the rated load.
The fourth predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.
The fifth threshold value is set, for example, in the air utilization rate range of 101% or more and 120% or less of the air utilization rate at the rated load.
The fifth predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.
The sixth threshold value is set, for example, in a temperature range of 40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
The sixth predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 400 seconds or less.

第7閾値は、例えば、90%以上100%以下の弁開度範囲で設定されている。
第7所定期間は、例えば、30秒以上200秒以下の範囲で設定されている。
第8閾値は、例えば、1%以上10%以下の弁開度範囲で設定されている。
第8所定期間は、例えば、30秒以上200秒以下の範囲で設定されている。
第9閾値は、例えば、定格負荷時の発電室温度の80%以上90%以下の温度範囲で設定されている。
第9所定期間は、例えば、60秒以上200秒以下の範囲で設定されている。
The seventh threshold value is set, for example, in a valve opening range of 90% or more and 100% or less.
The seventh predetermined period is set, for example, in the range of 30 seconds or more and 200 seconds or less.
The eighth threshold value is set, for example, in a valve opening range of 1% or more and 10% or less.
The eighth predetermined period is set, for example, in the range of 30 seconds or more and 200 seconds or less.
The ninth threshold value is set, for example, in a temperature range of 80% or more and 90% or less of the temperature of the power generation room at the rated load.
The ninth predetermined period is set, for example, in the range of 60 seconds or more and 200 seconds or less.

出力制御部142は、異常判定部141によって特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した異常の要因に応じて、負荷を所定量上昇または低下させる。具体的には、上記条件のうち、(1)〜(8)の条件に関しては、発電室温度上昇が要因と考えられ、(9)の条件に関しては発電室温度低下が要因と考えられる。 When the abnormality determination unit 141 determines that a specific abnormality has occurred, the output control unit 142 increases or decreases the load by a predetermined amount according to the cause of the occurrence of the abnormality. Specifically, among the above conditions, the conditions (1) to (8) are considered to be due to the increase in the temperature of the power generation room, and the conditions (9) are considered to be due to the decrease in the temperature of the power generation room.

例えば、(1)〜(4)の条件については、発電室温度が上昇することに起因して生じる現象であると考えられる。SOFC13の負荷を低下させることで、発電反応を低下させ、発電反応による発熱量を低下させることができる。これにより、発電室温度を低下させることができる。このように、負荷を低下させて発電室温度を低下させることで、(1)〜(4)に関する異常の解消が期待できる。 For example, the conditions (1) to (4) are considered to be phenomena caused by an increase in the temperature of the power generation chamber. By reducing the load of the SOFC 13, the power generation reaction can be lowered and the amount of heat generated by the power generation reaction can be reduced. As a result, the temperature of the power generation room can be lowered. By lowering the load and lowering the temperature of the power generation chamber in this way, it can be expected that the abnormalities related to (1) to (4) will be eliminated.

また、(5)、(6)の条件については、空気極13Bに供給される空気A1の供給量が相対的に低下することにより、発電室温度が上昇していると考えられる。すなわち、空気極13Bに供給される空気A1は冷却材として作用することから、空気A1の供給量が低下することにより発電室温度が上昇する。また、外気温度センサ94で計測される外気温度が上昇すると空気密度が低下して空気A1の供給量が低下することにより、発電室温度が上昇する。このような場合でも、負荷を低下させることで、発電に必要な酸化剤ガス(空気中の酸素)が減少するため発電室温度の冷却に寄与する空気量を実質的に増加させることができ、発電室温度を低下させることができる。このように、(5)、(6)の条件についても、負荷を低下させて発電室温度を低下させることで、異常の解消が期待できる。 Further, regarding the conditions (5) and (6), it is considered that the temperature of the power generation chamber rises due to the relative decrease in the supply amount of the air A1 supplied to the air electrode 13B. That is, since the air A1 supplied to the air electrode 13B acts as a coolant, the temperature of the power generation chamber rises as the supply amount of the air A1 decreases. Further, when the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor 94 rises, the air density decreases and the supply amount of the air A1 decreases, so that the power generation room temperature rises. Even in such a case, by reducing the load, the oxidant gas (oxygen in the air) required for power generation is reduced, so that the amount of air that contributes to cooling the temperature of the power generation room can be substantially increased. The temperature of the power generation room can be lowered. As described above, with respect to the conditions (5) and (6), the abnormality can be expected to be eliminated by lowering the load and lowering the temperature of the power generation chamber.

ここで、空気利用率は、発電による酸素消費量を空気極への酸素供給量つまり空気極13Bに供給される空気A1に含まれる酸素の供給量で除算した値である。
発電による酸素消費量は、例えば、空気極13Bに供給される空気A1の流量及び酸素濃度を用いて算出される酸素流量と、排空気A2の流量及び酸素濃度を用いて算出される酸素流量との差分によって得ることができる。また、発電による酸素消費量の他の算出例として、例えば、燃料極13Aに供給される燃料流量及びガス組成と、排燃料ガスL3の流量及びガス組成とを用いることにより、反応した燃料成分を得、この量論反応量から算出する手法や、電流値、空気A1の流量及び酸素濃度、及び量論反応量を用いて算出する手法などが挙げられる。
また、空気極13Bへの酸素供給量は、例えば、空気極13Bに供給される空気A1の流量及び酸素濃度を用いて算出することができる。
Here, the air utilization rate is a value obtained by dividing the amount of oxygen consumed by power generation by the amount of oxygen supplied to the air electrode, that is, the amount of oxygen supplied in the air A1 supplied to the air electrode 13B.
The oxygen consumption due to power generation includes, for example, an oxygen flow rate calculated using the flow rate and oxygen concentration of air A1 supplied to the air electrode 13B, and an oxygen flow rate calculated using the flow rate and oxygen concentration of exhaust air A2. It can be obtained by the difference of. Further, as another calculation example of the oxygen consumption by power generation, for example, by using the fuel flow rate and gas composition supplied to the fuel electrode 13A and the flow rate and gas composition of the exhaust fuel gas L3, the reacted fuel component can be obtained. Examples thereof include a method of calculating from this quantitative reaction amount, a method of calculating using the current value, the flow rate and oxygen concentration of air A1, and the quantitative reaction amount.
The amount of oxygen supplied to the air electrode 13B can be calculated using, for example, the flow rate and oxygen concentration of the air A1 supplied to the air electrode 13B.

また、(7)の条件については、SOFC13の燃料極13Aと空気極13Bの燃料空気差圧は、燃料極13A側が所定の圧力範囲で高くなるように制御弁47により制御するにあたり、配管閉塞等が要因の一つとして考えられる。SOFC13の負荷低下により発電反応が低下すれば、排燃料ガスライン43に排出される排燃料ガスの流量が低下する。これにより、配管閉塞等による圧力損失が緩和されることとなり、制御弁47の開度を減少させることができ、条件(7)に係る異常の解消が期待できる。
また、(8)の条件については、燃料極13Aと空気極13Bとの気密性が低下したことが要因の一つとして考えられる。このため、(8)の条件に関しては、セルやセルの支持部分の一部が破損に至った場合は差圧が回復しない可能性もあるが、例えばシール部材237a,237bのシール位置ずれなどによる場合は、負荷を低下させて発電室の状態を変化させることにより、異常の解消が見込める可能性がある。
条件(9)については、例えば、燃料極13Aに供給する改質用水である純水を供給したことの影響によって燃料入口温度が低下したこと等が要因となって、発電室温度が低下していると考えられる。したがって、上述の(1)〜(8)の場合とは逆に、負荷を上昇させることにより、発電反応による発熱量を増加させ、発電室温度を上昇させることで、異常の解消が期待できる。
Regarding the condition (7), the fuel air differential pressure between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B of the SOFC 13 is controlled by the control valve 47 so that the fuel electrode 13A side becomes higher in a predetermined pressure range, such as pipe blockage. Is considered as one of the factors. If the power generation reaction decreases due to the decrease in the load of the SOFC 13, the flow rate of the exhaust fuel gas discharged to the exhaust fuel gas line 43 decreases. As a result, the pressure loss due to the pipe blockage or the like is alleviated, the opening degree of the control valve 47 can be reduced, and the abnormality related to the condition (7) can be expected to be eliminated.
Further, regarding the condition (8), it is considered that one of the factors is that the airtightness between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B is lowered. Therefore, regarding the condition (8), if the cell or a part of the support portion of the cell is damaged, the differential pressure may not be recovered, but due to, for example, the seal position deviation of the seal members 237a and 237b. In that case, it is possible that the abnormality can be resolved by reducing the load and changing the state of the power generation chamber.
Regarding the condition (9), for example, the temperature of the power generation chamber is lowered due to the fact that the fuel inlet temperature is lowered due to the influence of supplying pure water which is the reforming water to be supplied to the fuel electrode 13A. It is thought that there is. Therefore, contrary to the cases (1) to (8) described above, by increasing the load, the amount of heat generated by the power generation reaction is increased, and by raising the temperature of the power generation chamber, the abnormality can be expected to be resolved.

出力制御部142は、上述のように、(1)〜(7)のいずれかの条件に該当する場合には、負荷を段階的に所定量ずつ低下させる。例えば、目標負荷を所定量低下させ、その状態を所定期間保持した後に、更に、目標負荷を所定量低下させるという処理を目標負荷が所定の保護下限値に到達するまで繰り返し行う。また、負荷を保護下限値まで低下させる過程において、後述する異常解消判定部143によって異常が解消されたと判定された場合には、出力制御部142は異常が解消されたと判定されたときの負荷を維持する。 As described above, the output control unit 142 gradually reduces the load by a predetermined amount when any of the conditions (1) to (7) is met. For example, after reducing the target load by a predetermined amount and holding the state for a predetermined period, the process of further reducing the target load by a predetermined amount is repeated until the target load reaches a predetermined protection lower limit value. Further, in the process of lowering the load to the lower limit of protection, when the abnormality elimination determination unit 143, which will be described later, determines that the abnormality has been eliminated, the output control unit 142 determines that the abnormality has been eliminated. maintain.

ここで、目標負荷を変化させる場合の上記「所定量」とは、異常解消に寄与する程度の発電室温度の低下が望まれる変化幅以上に設定されている。本実施形態において、「所定量」は、例えば、定格負荷に対して5%以上15%以下の範囲で設定されている。
また、保持する「所定期間」とは、後述するように、発電システム10の温度や圧力などの追従応答への時間遅れに対して、異常解消を確認できる時間以上に設定されるとともに、変更後の目標負荷を保持することで発電システム10が故障に至らない時間以下の範囲に設定されている。
なお、「所定量」は負荷変化の各段階で必ずしも同じ値でなくてもよい。各段階が進み目標負荷に応じた発電システム10の応答性を考慮して、所定量を少しずつ増加させてもよいし、少しずつ減少させてもよい。
また、「保護下限値」は、例えば、燃料極13Aに改質用水である純水を供給する必要のない負荷以上に設定されていてもよい。例えば、負荷が所定値以上の負荷領域では、発電反応で発生する水蒸気量が多いため、SOFC13の排燃料ガスに含まれる水蒸気量が多くなる。そのため、燃料ガス再循環ライン49を通じて燃料極13Aに再投入される排燃料ガスに含まれる水蒸気によって、改質に必要な改質用水を賄うことができる。しかしながら、SOFC13の負荷が低下すると、発電反応によって生成される水蒸気の量が低下するため、燃料ガス再循環ライン49を循環する水蒸気量が減少し、改質に必要な水蒸気量を賄いきれなくなる。そのため、負荷が所定値以下の場合には、外部から純水供給ライン44を経由して純水を供給し、水蒸気の不足分を補充する。ここで、純水供給ライン44から純水を供給するときの負荷は、例えば、定格負荷の40%以上50%以下の範囲で所定の値に設定されている。ここで、純水の供給が必要となる負荷では、純水の投入によって発電システム10の各系統における圧力変動や流量変動等が生じるおそれがあるため、本実施形態では、保護下限値を純水の供給が不要な負荷以上に設定している。すなわち、本実施形態では、「保護下限値」を、例えば、定格負荷の40%以上50%以下の範囲の所定の値以上の負荷に設定し、発電システム10の各系統が安定した状態で異常が解消されたか否かを判定できるようにしている。
Here, the above-mentioned "predetermined amount" when changing the target load is set to be equal to or larger than the desired change range in which the temperature of the power generation chamber is lowered to the extent that it contributes to the elimination of the abnormality. In the present embodiment, the "predetermined amount" is set in the range of 5% or more and 15% or less with respect to the rated load, for example.
Further, the "predetermined period" to be retained is set to be longer than the time during which the abnormality can be confirmed with respect to the time delay to the follow-up response such as the temperature and pressure of the power generation system 10, as will be described later, and after the change. By maintaining the target load of, the power generation system 10 is set within the time range that does not lead to failure.
The "predetermined amount" does not necessarily have to be the same value at each stage of the load change. The predetermined amount may be increased little by little or decreased little by little in consideration of the responsiveness of the power generation system 10 according to each step and the target load.
Further, the "protection lower limit value" may be set to, for example, a load that does not need to supply pure water, which is reforming water, to the fuel electrode 13A. For example, in a load region where the load is equal to or higher than a predetermined value, the amount of water vapor generated in the power generation reaction is large, so that the amount of water vapor contained in the exhaust fuel gas of SOFC 13 is large. Therefore, the water vapor contained in the exhaust fuel gas re-injected into the fuel electrode 13A through the fuel gas recirculation line 49 can supply the reforming water required for reforming. However, when the load of the SOFC 13 decreases, the amount of water vapor generated by the power generation reaction decreases, so that the amount of water vapor circulating in the fuel gas recirculation line 49 decreases, and the amount of water vapor required for reforming cannot be covered. Therefore, when the load is equal to or less than a predetermined value, pure water is supplied from the outside via the pure water supply line 44 to supplement the shortage of water vapor. Here, the load when pure water is supplied from the pure water supply line 44 is set to a predetermined value in the range of, for example, 40% or more and 50% or less of the rated load. Here, in a load that requires the supply of pure water, the input of pure water may cause pressure fluctuations, flow rate fluctuations, etc. in each system of the power generation system 10. Therefore, in the present embodiment, the lower limit of protection is set to pure water. Is set to more than the unnecessary load. That is, in the present embodiment, the "protection lower limit value" is set to, for example, a load of a predetermined value or more in the range of 40% or more and 50% or less of the rated load, and each system of the power generation system 10 is abnormal in a stable state. It is possible to judge whether or not the problem has been resolved.

また、異常判定部141によって、上記(8)の条件に該当すると判定された場合には、出力制御部142は、負荷を段階的に所定量ずつ低下させるのではなく、保護下限値まで一度に低下させる。すなわち、(8)の条件に該当する場合には、上述したように、燃料極13Aと空気極13Bとの気密性が確保されていない状態の場合があると考えられるため、負荷を段階的に低下させても、負荷を一度に負荷下限値まで低下させても、異常が解消されるか否かの結果は変わらない可能性が高い。したがって、(8)の条件に該当する場合には、条件(1)〜(7)の場合と異なり、例えば、負荷を保護下限値まで所定の変化率で連続的に低下させ、目標負荷が保護下限値に到達してから所定期間経過したときに、異常解消判定部143によって異常解消の判定を行う。 Further, when the abnormality determination unit 141 determines that the condition (8) is satisfied, the output control unit 142 does not gradually reduce the load by a predetermined amount, but at once to the lower limit of protection. Decrease. That is, when the condition (8) is satisfied, it is considered that the airtightness between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B may not be ensured as described above, so that the load is gradually applied. Even if the load is lowered or the load is lowered to the lower limit of the load at one time, it is highly possible that the result of whether or not the abnormality is resolved does not change. Therefore, when the condition (8) is met, unlike the cases (1) to (7), for example, the load is continuously reduced to the lower limit of protection at a predetermined rate of change, and the target load is protected. When a predetermined period has elapsed after reaching the lower limit value, the abnormality resolution determination unit 143 determines the abnormality resolution.

また、異常判定部141によって、上記(9)の条件に該当すると判定された場合には、出力制御部142は、負荷を保護上限値まで段階的に所定量ずつ上昇させる。ここでの「段階的」、「所定量」は上述した通りである。
ここで、「保護上限値」とは、燃料極13Aに供給する改質用水である純水の供給が不要となり、燃料入口温度の低下が生じなくなり、発電室温度が低下しない負荷以上に設定されるとともに、定格負荷以下の範囲で設定されている。本実施形態では、定格負荷の40%から50%の間の値以上で定格負荷の100%以下の範囲に設定される。
Further, when the abnormality determination unit 141 determines that the condition (9) is satisfied, the output control unit 142 raises the load stepwise by a predetermined amount up to the protection upper limit value. The "stepwise" and "predetermined amount" here are as described above.
Here, the "protection upper limit value" is set to be equal to or higher than the load in which the supply of pure water, which is the reforming water to be supplied to the fuel electrode 13A, is not required, the fuel inlet temperature does not decrease, and the power generation room temperature does not decrease. At the same time, it is set within the range below the rated load. In the present embodiment, the value is set in the range of 100% or less of the rated load at a value between 40% and 50% of the rated load.

異常解消判定部143は、出力制御部142によって負荷が所定量変化させられた場合に、変化後の負荷が所定期間保持された後に、異常が解消されているか否かを判定する。「所定期間」とは、発電システム10の温度や圧力などの追従応答への時間遅れに対して、異常解消を確認できる時間以上に設定されるとともに、変更後の負荷を保持することで発電システム10が故障に至らない時間以下の範囲に設定されている。
この「所定期間」は、例えば、発電室温度の場合は、目標負荷を低下または上昇させてから発電室温度がその負荷変化に追従して変化し安定するまでに要する時間以上に設定されている。発電室温度は熱容量が多いため、負荷の変化に対する応答遅れがある。この応答遅れを加味して上記所定期間が設定されていて、本実施形態では例えば60秒以上400秒以下の範囲で設定されている。
When the load is changed by a predetermined amount by the output control unit 142, the abnormality elimination determination unit 143 determines whether or not the abnormality has been resolved after the changed load is held for a predetermined period. The "predetermined period" is set to be longer than the time during which abnormality resolution can be confirmed with respect to the time delay to the follow-up response such as temperature and pressure of the power generation system 10, and the power generation system is maintained by holding the changed load. 10 is set in the range of time or less that does not lead to failure.
For example, in the case of the power generation room temperature, this "predetermined period" is set to be longer than the time required for the power generation room temperature to change and stabilize in accordance with the load change after the target load is lowered or raised. .. Since the power generation room temperature has a large heat capacity, there is a delay in responding to changes in the load. The predetermined period is set in consideration of this response delay, and in the present embodiment, it is set in the range of, for example, 60 seconds or more and 400 seconds or less.

次に、本実施形態に係る発電システムの保護制御方法について図6を参照して説明する。
まず、上記計測データが入力され(ステップSA1)、これら計測データに基づいて特定の異常が発生したか否かを判定する(ステップSA2)。この結果、特定の異常が発生していないと判定した場合には(ステップSA2で「NO」)、監視を継続する。一方、ステップSA2において、特定の異常が発生していると判定した場合には(ステップSA2において「YES」)、その異常の要因に応じた負荷低下または負荷上昇を行う(ステップSA3)。具体的には、上記条件(1)〜(8)に該当した場合には、発電室温度の上昇が要因として考えられるので、目標負荷を所定量低下させ、条件(9)に該当した場合には、発電室温度の低下が要因として考えられるので、目標負荷を所定量上昇させる。また、条件(8)に該当した場合には、保護下限値まで目標負荷を低下させる。
Next, the protection control method of the power generation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the above measurement data is input (step SA1), and it is determined whether or not a specific abnormality has occurred based on these measurement data (step SA2). As a result, if it is determined that no specific abnormality has occurred (“NO” in step SA2), monitoring is continued. On the other hand, when it is determined in step SA2 that a specific abnormality has occurred (“YES” in step SA2), the load is reduced or increased according to the cause of the abnormality (step SA3). Specifically, when the above conditions (1) to (8) are met, an increase in the temperature of the power generation chamber is considered to be a factor. Therefore, when the target load is reduced by a predetermined amount and the condition (9) is met. Is considered to be due to a decrease in the temperature of the power generation room, so the target load is increased by a predetermined amount. If the condition (8) is met, the target load is reduced to the lower limit of protection.

続いて、目標負荷を低下または上昇させてから、その状態が所定期間保持されると(ステップSA4)、異常が解消されたか否かを判定する(ステップSA5)。ここで、ステップSA4における「所定期間」は、発生した異常の要因に応じて設定されており、上記条件(1)〜(9)に応じてそれぞれ異ならせてもよい。 Subsequently, when the target load is lowered or raised and the state is maintained for a predetermined period (step SA4), it is determined whether or not the abnormality has been resolved (step SA5). Here, the "predetermined period" in step SA4 is set according to the cause of the abnormality that has occurred, and may be different depending on the above conditions (1) to (9).

ステップSA5において、異常が解消されていなければ(ステップSA5において「NO」)、負荷が保護下限値または保護上限値であるか否かを判定する(ステップSA6)。この結果、負荷が保護下限値または保護上限値でない場合には(ステップSA6において「NO」)、ステップSA3に戻り、以降の処理を繰り返し行う。一方、ステップSA6において、負荷が保護下限値または保護上限値である場合には、異常の解消が困難として判断して、SOFC13の運転を停止させる措置へと進める(ステップSA7)。 If the abnormality is not resolved in step SA5 (“NO” in step SA5), it is determined whether or not the load is the protection lower limit value or the protection upper limit value (step SA6). As a result, if the load is not the protection lower limit value or the protection upper limit value (“NO” in step SA6), the process returns to step SA3, and the subsequent processing is repeated. On the other hand, in step SA6, when the load is the protection lower limit value or the protection upper limit value, it is determined that it is difficult to resolve the abnormality, and the operation of the SOFC 13 is stopped (step SA7).

他方、ステップSA5において、異常が解消されていると判定した場合には、現在の負荷を維持する運転を行う(ステップSA8)。続いて、負荷が維持されている状態で、今回発生した異常が再発しないか、換言すると、今回発生した特定の異常の根本的な原因が排除されたか否かを判定する(ステップSA9)。例えば、今回発生した異常がオペレータにより排除された場合等(例えば、温度センサの故障が原因で計測値が異常値を示していた場合に、この温度センサの計測値を設計値に置き換えるなどの処理が行われた場合等)には、今回発生した異常が再発しないと判定し(ステップSA9において「YES」)、SOFCの負荷を、SOFC13に必要とされる発電負荷である要求負荷に応じて上昇または下降させ、通常運転に移行する(ステップSA10)。
一方、ステップSA9において、今回発生した特定の異常が再発しないと判定されなかった場合には(ステップSA9において「NO」)、今回発生した特定の異常が再発しないと判定されるまで、現在の負荷が維持される。
On the other hand, if it is determined in step SA5 that the abnormality has been resolved, an operation for maintaining the current load is performed (step SA8). Subsequently, it is determined whether or not the abnormality that occurred this time does not recur while the load is maintained, in other words, whether or not the root cause of the specific abnormality that has occurred this time is eliminated (step SA9). For example, when the abnormality that occurred this time is eliminated by the operator (for example, when the measured value shows an abnormal value due to a failure of the temperature sensor, the measured value of this temperature sensor is replaced with the design value. Is performed, etc.), it is determined that the abnormality that occurred this time does not recur (“YES” in step SA9), and the SOFC load is increased according to the required load, which is the power generation load required for the SOFC 13. Alternatively, the temperature is lowered to shift to normal operation (step SA10).
On the other hand, if it is not determined in step SA9 that the specific abnormality that occurred this time does not recur (“NO” in step SA9), the current load is until it is determined that the specific abnormality that occurred this time does not recur. Is maintained.

図7は、上記条件(1)〜(9)のうち、条件(1)〜(7)のいずれかに該当する異常が発生した場合の目標負荷の時間的推移の一例について示した図である。
例えば、図7の時刻t1において、条件(1)〜(7)のいずれかを満たすことにより、特定の異常が発生したと判定すると、目標負荷の所定量(例えば、定格負荷に対して10%とした場合を示す)を所定の負荷変化率(例えば定格負荷の数%/分)で低下させる。所定の負荷変化率は、発電システム10の負荷変化制御への応答性を考慮して適宜に設定されている。そして、時刻t2において、目標負荷が所定量低下すると、この状態を所定期間保持する。そして、所定期間の保持が経過した時刻t3において、異常が解消されているか否かを判定する。この結果、異常が解消されていなければ、更に目標負荷を所定量低下させる。そして、時刻t4において、目標負荷が所定量低下すると、この状態を所定期間保持する。そして、所定期間の保持が経過した時刻t5において、異常が解消されているか否かを判定する。この結果、異常が解消されていた場合には、現在の目標負荷を維持する。そして、時刻t6において、例えば、オペレータにより、今回の異常原因が排除された旨の入力がされると、出力制御部142は、今回発生した異常が再発しないと判定し、目標負荷を要求負荷に応じた値(例えば、定格負荷)に設定し、定格負荷に向けて所定の負荷変化率で目標負荷を上昇させる。そして、時刻t7において目標負荷が要求負荷に到達すると、この要求負荷が変化するまで、その状態を維持する。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a temporal transition of the target load when an abnormality corresponding to any of the conditions (1) to (7) occurs among the above conditions (1) to (9). ..
For example, at time t1 in FIG. 7, when it is determined that a specific abnormality has occurred by satisfying any of the conditions (1) to (7), a predetermined amount of the target load (for example, 10% with respect to the rated load) is determined. Is shown) is reduced by a predetermined load change rate (for example, several% / minute of the rated load). The predetermined load change rate is appropriately set in consideration of the responsiveness of the power generation system 10 to the load change control. Then, when the target load drops by a predetermined amount at time t2, this state is maintained for a predetermined period. Then, at the time t3 when the holding for the predetermined period has elapsed, it is determined whether or not the abnormality has been resolved. As a result, if the abnormality is not resolved, the target load is further reduced by a predetermined amount. Then, when the target load drops by a predetermined amount at time t4, this state is maintained for a predetermined period. Then, at time t5 when the holding for a predetermined period has elapsed, it is determined whether or not the abnormality has been resolved. As a result, if the abnormality is resolved, the current target load is maintained. Then, at time t6, for example, when the operator inputs that the cause of this abnormality has been eliminated, the output control unit 142 determines that the abnormality that has occurred this time does not recur, and sets the target load as the required load. Set the value according to the value (for example, rated load), and increase the target load at a predetermined load change rate toward the rated load. Then, when the target load reaches the required load at time t7, the state is maintained until the required load changes.

なお、上記例において、所定期間(例えば、時刻t2〜t3の期間、時刻t4〜t5の期間)は、必ずしも毎回同じ期間でなくてもよい。例えば、目標負荷に応じて所定期間を変化させてもよい。
また、同じ目標負荷において、異常解消判定部143による異常解消の判定を所定期間中に複数回に渡って実施することとしてもよい。これにより、異常が解消されたか否かの判定結果の信頼性を向上させることができる。
In the above example, the predetermined period (for example, the period of time t2 to t3 and the period of time t4 to t5) does not necessarily have to be the same period every time. For example, the predetermined period may be changed according to the target load.
Further, under the same target load, the abnormality resolution determination unit 143 may determine the abnormality resolution a plurality of times during a predetermined period. As a result, the reliability of the determination result as to whether or not the abnormality has been resolved can be improved.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る燃料電池の制御装置、燃料電池の保護制御方法、及び発電システムによれば、負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生した場合に、発生した特定の異常の要因に応じて、負荷を上昇または低下させる。そして、この負荷の増減によって異常が解消された場合には、異常が解消されたときの負荷で運転を継続して行う。このため、異常の要因によらずに異常発生の場合に運転を停止させていた従来の発電システムに比べて、運転停止をする時間を短縮して、発電電力量を増加させることが可能となる。 As described above, according to the fuel cell control device, the fuel cell protection control method, and the power generation system according to the present embodiment, a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load occurs. If so, the load is increased or decreased depending on the cause of the specific abnormality that has occurred. Then, when the abnormality is resolved by increasing or decreasing the load, the operation is continued with the load when the abnormality is resolved. Therefore, as compared with the conventional power generation system in which the operation is stopped in the event of an abnormality regardless of the cause of the abnormality, it is possible to shorten the operation stop time and increase the amount of generated power. ..

また、本実施形態によれば、負荷を低下または上昇させる場合において、特定の異常の要因に応じた負荷低下または負荷上昇の制御を行う。例えば、特定の異常が解消されるまで、または、目標負荷が所定の保護上限値または所定の保護下限値に達するまで、目標負荷を段階的に上昇または低下させる。このように、異常が解消されたか否かを判断しながら、負荷を段階的に徐々に低下または上昇させることで、異常が解消される負荷付近で運転を維持することができ、目標負荷を保護下限値まで一度に低下させて異常が解消されたか否かを判定する場合に比べて、発電出力を低減する時間を短縮して、出力可能な電力を増加させることが可能となる。 Further, according to the present embodiment, when the load is reduced or increased, the load decrease or load increase is controlled according to the cause of a specific abnormality. For example, the target load is gradually increased or decreased until a specific abnormality is resolved or the target load reaches a predetermined protection upper limit value or a predetermined protection lower limit value. In this way, by gradually reducing or increasing the load while determining whether or not the abnormality has been resolved, it is possible to maintain operation near the load where the abnormality is resolved and protect the target load. It is possible to shorten the time for reducing the power generation output and increase the power that can be output, as compared with the case of determining whether or not the abnormality has been resolved by lowering the value all at once to the lower limit value.

また、発生している異常の要因によっては、異常が解消されるか否かを確認しながら徐々に目標負荷を下げても結果が変わらないものも存在する。このような場合には、目標負荷を保護下限値まで一度に下げることにより、負荷を所定の保護下限値または保護上限値まで段階的に変化させる過程を省略することで時間的な無駄を省略することができ、負荷変化によって異常が解消可能か否かをより短い時間で確認することが可能となる。これにより、発電出力低減や運転停止をする時間を短縮して、発電電力量を増加させることができる。 In addition, depending on the cause of the abnormality that has occurred, there are some that the result does not change even if the target load is gradually lowered while confirming whether or not the abnormality is resolved. In such a case, the target load is lowered to the lower limit of protection at once, and the process of gradually changing the load to the predetermined lower limit of protection or the upper limit of protection is omitted to save time. It is possible to confirm in a shorter time whether or not the abnormality can be resolved by the load change. As a result, the amount of generated power can be increased by reducing the power generation output and shortening the time for stopping the operation.

更に、本実施形態によれば、特定の異常を引き起こしている原因が排除されることにより、特定の異常が排除されたときの負荷が維持されている状態において、その特定の異常が再発しないと判定された場合には、現在維持している負荷から所定の負荷(例えば、定格負荷)まで負荷を回復させるので、例えば、負荷がゼロとなり発電室温度が低下した状態から所定の負荷まで回復させる場合に比べて、負荷回復に要する時間を短縮することができ、発電出力をゼロもしくは低減する時間を短縮して、発電電力量を増加させることが可能となる。 Further, according to the present embodiment, by eliminating the cause causing the specific abnormality, the specific abnormality does not recur while the load is maintained when the specific abnormality is eliminated. When it is determined, the load is recovered from the currently maintained load to a predetermined load (for example, the rated load). Therefore, for example, the load is reduced to zero and the power generation room temperature is lowered to the predetermined load. Compared with the case, the time required for load recovery can be shortened, and the time for zeroing or reducing the power generation output can be shortened to increase the amount of power generated.

〔第2実施形態〕
次に、上記構成を備える発電システム10の制御装置60によって実行される保護制御の第2実施形態について説明する。第2実施形態においては、第1実施形態と同様に、負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生した場合に、発生した特定の異常の要因に応じて、負荷を上昇または低下させ、この負荷の増減によって異常が解消された場合には、異常が解消されたときの負荷で運転を継続して行うが、異常原因を特定する部分(第1実施形態でのステップSA9以降)が主に異なる。なお、上述した第1実施形態に係る制御装置60と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of protection control executed by the control device 60 of the power generation system 10 having the above configuration will be described. In the second embodiment, as in the first embodiment, when a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load occurs, the load is increased according to the cause of the specific abnormality that has occurred. Alternatively, if the abnormality is resolved by increasing or decreasing this load, the operation is continued with the load when the abnormality is resolved, but the part for identifying the cause of the abnormality (step SA9 in the first embodiment). After that) is mainly different. The same configuration as that of the control device 60 according to the first embodiment described above will be designated by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described.

図8は、本発明の第2実施形態に係る制御装置60’の機能ブロック図である。図8に示すように、制御装置60’は、上述した異常判定部141、出力制御部142、及び異常解消判定部143に加えて、異常原因特定部144を備えている。異常原因特定部144は、異常判定部141によって特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した異常を引き起こしている原因を特定する。
異常原因特定部144は、図9に示すように、記憶部151、抽出部152、原因特定部153、原因排除部154、表示部155を備えている。
FIG. 8 is a functional block diagram of the control device 60'according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the control device 60'includes the abnormality cause identification unit 144 in addition to the abnormality determination unit 141, the output control unit 142, and the abnormality elimination determination unit 143 described above. When the abnormality determination unit 141 determines that a specific abnormality has occurred, the abnormality cause identification unit 144 identifies the cause of the occurrence of the abnormality.
As shown in FIG. 9, the abnormality cause identification unit 144 includes a storage unit 151, an extraction unit 152, a cause identification unit 153, a cause elimination unit 154, and a display unit 155.

記憶部151には、特定の異常に関する情報と該特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報が格納されている。特定の異常に関する情報とは、例えば、異常判定部141によって用いられる異常判定情報の条件(1)〜(9)や、異常が発生した前後所定期間における計測データ等が一例として挙げられる。
特定の異常の原因としては、例えば、センサ故障、断線、配管損傷、再循環ブロワ50や制御弁47等の補機故障等が挙げられる。
The storage unit 151 stores cause identification information in which information on a specific abnormality is associated with the cause of the specific abnormality. Examples of the information related to the specific abnormality include conditions (1) to (9) of the abnormality determination information used by the abnormality determination unit 141, measurement data in a predetermined period before and after the occurrence of the abnormality, and the like.
Examples of the cause of the specific abnormality include sensor failure, disconnection, pipe damage, auxiliary equipment failure of the recirculation blower 50, control valve 47, and the like.

この原因特定情報は、例えば、過去の経験に基づいて作成された情報であり、例えば、過去において、特定の異常が発生し、更に、その特定の異常を引き起こした原因を解明したときに、その特定の異常に関する情報と解明した原因とを関連付けることで作成される。
例えば、特定の異常が発生し、かつ、その異常を引き起こしている原因が解明される度に、原因特定情報を作成して記憶部に蓄積して、データベースとすることで、同じような異常が発生した場合には、過去の履歴を参照することにより、容易に原因を特定することが可能となる。
This cause-specific information is, for example, information created based on past experience. For example, when a specific abnormality has occurred in the past and the cause of the specific abnormality has been clarified, the cause-identifying information is found. It is created by associating information about a specific anomaly with the elucidated cause.
For example, every time a specific abnormality occurs and the cause causing the abnormality is clarified, the cause identification information is created, stored in the storage unit, and stored in a database to generate a similar abnormality. When it occurs, it is possible to easily identify the cause by referring to the past history.

抽出部152は、異常判定部141によって特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した特定の異常に該当する原因特定情報を記憶部151から抽出する。
原因特定部153は、抽出部152によって抽出された原因特定情報を用いて、特定の異常を引き起こした原因を特定する。
When the abnormality determination unit 141 determines that a specific abnormality has occurred, the extraction unit 152 extracts the cause identification information corresponding to the generated specific abnormality from the storage unit 151.
The cause identification unit 153 identifies the cause that caused the specific abnormality by using the cause identification information extracted by the extraction unit 152.

原因排除部154は、原因特定部153によって特定された原因が排除可能な場合に、その原因を排除する。例えば、センサ故障や断線に関する原因の場合には、ソフトウェア的に処理を行うことで原因の排除が可能であり、例えば、故障または断線しているセンサによって計測された計測データを設計値やシミュレーションによる値などに置き換える処理を行うことで、原因を排除することができる。
一方、再循環ブロワの故障や制御弁の故障等のように、ソフトウェア的にその故障要因を排除できない原因の場合には、原因排除部154による原因排除は行われない。
The cause elimination unit 154 eliminates the cause when the cause identified by the cause identification unit 153 can be eliminated. For example, in the case of a cause related to a sensor failure or disconnection, it is possible to eliminate the cause by performing software processing. For example, measurement data measured by a sensor that has a failure or disconnection is based on design values or simulations. The cause can be eliminated by performing a process of replacing with a value or the like.
On the other hand, in the case of a cause that cannot be eliminated by software, such as a failure of the recirculation blower or a failure of the control valve, the cause elimination unit 154 does not eliminate the cause.

表示部155は、原因特定部153によって特定された原因を表示することで、オペレータに対して今回の異常の原因を通知する。 The display unit 155 notifies the operator of the cause of the current abnormality by displaying the cause identified by the cause identification unit 153.

次に、本実施形態に係る発電システムの保護制御、主に、原因特定について図10を参照して説明する。以下に説明する原因特定は、例えば、図6に示したフローチャートのステップSA8において、異常が解消したときの負荷を維持する制御が行われているときに実行される処理である。 Next, the protection control of the power generation system according to the present embodiment, mainly the identification of the cause, will be described with reference to FIG. The cause identification described below is, for example, a process executed when the control for maintaining the load when the abnormality is resolved is performed in step SA8 of the flowchart shown in FIG.

まず、発生した異常に関連する情報をキーとして記憶部151内の原因特定情報を検索し、該当する原因特定情報を記憶部151から抽出する(ステップSB1)。なお、該当する原因特定情報が記憶部151にない場合には、その旨を表示部155に表示させてオペレータに通知する等の対応を取ることが可能である。
次に、抽出した原因特定情報に記述されている原因を参照することにより、今回の異常の原因を特定する(ステップSB2)。
次に、特定した異常が自動排除可能か否かを判定し(ステップSB3)、ソフトウェア的な処理によって原因を排除できる場合には、自動排除可能と判断して(ステップSB3において「YES」)、異常を排除する処理を実行する(ステップSB4)。例えば、センサ故障、断線等に関連するものであれば、故障したセンサによって計測された計測値を設計値やシミュレーションによる値などに置き換える処理や、故障したセンサの計測値を無効とする処理等を行うことにより、原因を排除する。
このようにして、異常が排除された場合には、負荷を要求負荷に応じて上昇または下降させることにより、負荷を回復させる(ステップSB5)。
First, the cause identification information in the storage unit 151 is searched using the information related to the generated abnormality as a key, and the corresponding cause identification information is extracted from the storage unit 151 (step SB1). If the corresponding cause identification information is not stored in the storage unit 151, it is possible to take measures such as displaying the fact on the display unit 155 and notifying the operator.
Next, the cause of this abnormality is identified by referring to the cause described in the extracted cause identification information (step SB2).
Next, it is determined whether or not the identified abnormality can be automatically eliminated (step SB3), and if the cause can be eliminated by software processing, it is determined that the identified abnormality can be automatically eliminated (“YES” in step SB3). The process of eliminating the abnormality is executed (step SB4). For example, if it is related to sensor failure, disconnection, etc., processing to replace the measured value measured by the failed sensor with a design value or a value by simulation, processing to invalidate the measured value of the failed sensor, etc. By doing so, the cause is eliminated.
When the abnormality is eliminated in this way, the load is recovered by increasing or decreasing the load according to the required load (step SB5).

一方、ステップSB3において、特定した異常が自動排除可能でないと判定した場合(ステップSB3において「NO」)、例えば、再循環ブロワ50や各種制御弁の機械的な故障である場合には、自動排除は不可能であると判定される。この場合は、異常の原因を表示部155に表示し、オペレータに通知する(ステップSB6)。
オペレータは表示部155に表示された異常の原因を確認し、手動で原因を排除できるものであれば、オペレータが手動で対応措置を行うことにより、原因を排除する(ステップSB7)。原因が排除された場合には、上記ステップSB5と同様に、負荷を回復させる。また、表示された異常の原因が手動でも排除できないような場合には、その異常の重要度に応じて、運転を現在の負荷で維持するのか、あるいは、運転を停止するのかがオペレータによって決定されることとなる。なお、オペレータが決定せずに時間が経過した場合でも、発電システム10から取り込まれた別の計測データにより異常の有無を感知しているので、別の事象の異常が発生した場合には発電システム10が故障に至る前に運転停止の措置が行われて、安全に停止する。
On the other hand, when it is determined in step SB3 that the specified abnormality cannot be automatically eliminated (“NO” in step SB3), for example, when the recirculation blower 50 or various control valves are mechanically failed, the automatic elimination Is determined to be impossible. In this case, the cause of the abnormality is displayed on the display unit 155 and the operator is notified (step SB6).
The operator confirms the cause of the abnormality displayed on the display unit 155, and if the cause can be manually eliminated, the operator manually takes countermeasures to eliminate the cause (step SB7). When the cause is eliminated, the load is recovered in the same manner as in step SB5. If the cause of the displayed abnormality cannot be eliminated manually, the operator decides whether to maintain the operation with the current load or stop the operation according to the importance of the abnormality. The Rukoto. Even if time elapses without the operator making a decision, the presence or absence of an abnormality is detected by another measurement data taken from the power generation system 10. Therefore, if an abnormality occurs in another event, the power generation system Before 10 fails, the operation is stopped and the operation is stopped safely.

以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池の制御装置及び燃料電池の保護制御方法並びに発電システムによれば、特定の異常に関する情報と特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を予め記憶部151に蓄積しておき、特定の異常が発生した場合には、その特定の異常に関する情報をキーとして記憶部151を検索し、該当する異常特定情報を抽出し、抽出した原因特定情報を用いて異常の原因を特定するので、異常の原因解明と措置までに要する時間を短縮することができるとともに、原因解明に費やす労力を軽減することができる。 As described above, according to the fuel cell control device, the fuel cell protection control method, and the power generation system according to the present embodiment, the cause identification information in which the information on the specific abnormality is associated with the cause of the specific abnormality is previously provided. It is stored in the storage unit 151, and when a specific abnormality occurs, the storage unit 151 is searched using the information related to the specific abnormality as a key, the corresponding abnormality identification information is extracted, and the extracted cause identification information is used. Since the cause of the abnormality is identified by using it, the time required for elucidating the cause of the abnormality and taking measures can be shortened, and the labor required for elucidating the cause can be reduced.

また、異常の原因がソフトウェア的な措置を講じることにより排除できる原因であった場合には、原因排除部154によって原因が自動的に排除される。これにより、異常が検知された場合でも、その異常の原因を自動的に排除して、自動的に負荷を復旧させることが可能となり、発電出力を低減する時間を短縮して、発電電力量を増加させることが可能となる。 If the cause of the abnormality is a cause that can be eliminated by taking software-like measures, the cause elimination unit 154 automatically eliminates the cause. As a result, even if an abnormality is detected, the cause of the abnormality can be automatically eliminated and the load can be automatically restored, the time for reducing the power generation output can be shortened, and the amount of power generated can be reduced. It is possible to increase it.

また、異常の原因が特定された場合には、その原因が表示部155に表示されるので、オペレータも異常の原因を確認することができる。これにより、オペレータ自らが異常の解明を行う必要がなく、発生した異常に対して適切な措置を講じることが可能となり、発電出力低減や運転停止をする時間を短縮して、発電電力量を増加させることが可能となる。 Further, when the cause of the abnormality is identified, the cause is displayed on the display unit 155, so that the operator can also confirm the cause of the abnormality. This makes it possible for the operator to take appropriate measures against the abnormalities that have occurred without having to clarify the abnormalities themselves, reduce the power generation output, shorten the time to stop operation, and increase the amount of power generated. It becomes possible to make it.

10 :発電システム
11 :MGT(マイクロガスタービン)
12 :発電機
13 :SOFC(燃料電池)
13A :燃料極
13B :空気極
60、60’ :制御装置
105 :燃料電池セル
111 :固体電解質
141 :異常判定部
142 :出力制御部
143 :異常解消判定部
144 :異常原因特定部
151 :記憶部
152 :抽出部
153 :原因特定部
154 :原因排除部
155 :表示部
215 :発電室
10: Power generation system 11: MGT (micro gas turbine)
12: Generator 13: SOFC (fuel cell)
13A: Fuel pole 13B: Air pole 60, 60': Control device 105: Fuel cell cell 111: Solid electrolyte 141: Abnormality determination unit 142: Output control unit 143: Abnormality resolution determination unit 144: Abnormality cause identification unit 151: Storage unit 152: Extraction unit 153: Cause identification unit 154: Cause elimination unit 155: Display unit 215: Power generation room

Claims (13)

燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、
前記制御装置に取り込まれた前記燃料電池に係る複数の計測データに基づいて、前記燃料電池の負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生したか否かを判定する異常判定部と、
前記異常判定部によって、前記特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した前記特定の異常の要因に応じて、前記燃料電池の負荷を低下または上昇させる出力制御部と、
前記燃料電池の負荷を低下または上昇させたことにより、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する異常解消判定部と
前記特定の異常に関する情報と該特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を記憶する記憶部と、
前記異常判定部によって前記特定の異常が発生したと判定された場合に、発生した前記特定の異常に該当する前記原因特定情報を前記記憶部から抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記原因特定情報を用いて、前記特定の異常を引き起こした原因を特定する原因特定部と
を具備する燃料電池の制御装置。
A fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
Abnormality determination for determining whether or not a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load of the fuel cell has occurred based on a plurality of measurement data related to the fuel cell taken into the control device. Department and
When the abnormality determination unit determines that the specific abnormality has occurred, the output control unit that reduces or increases the load on the fuel cell according to the cause of the specific abnormality that has occurred.
An abnormality resolution determination unit that determines whether or not the specific abnormality has been resolved by reducing or increasing the load on the fuel cell .
A storage unit that stores cause-specific information that associates information on the specific abnormality with the cause of the specific abnormality.
When the abnormality determination unit determines that the specific abnormality has occurred, an extraction unit that extracts the cause identification information corresponding to the generated specific abnormality from the storage unit, and an extraction unit.
A fuel cell control device including a cause identification unit that identifies the cause that caused the specific abnormality by using the cause identification information extracted by the extraction unit.
前記特定の異常は、前記発電室の温度の上昇または低下に関する異常である請求項1に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 1, wherein the specific abnormality is an abnormality relating to an increase or decrease in the temperature of the power generation chamber. 前記出力制御部は、前記異常解消判定部によって前記特定の異常が解消されたと判定された場合に、前記特定の異常が解消されたときの前記燃料電池の負荷を維持する制御を行う請求項1または請求項2に記載の燃料電池の制御装置。 The output control unit controls to maintain the load of the fuel cell when the specific abnormality is resolved when the abnormality resolution determination unit determines that the specific abnormality has been resolved. Alternatively, the fuel cell control device according to claim 2. 前記異常解消判定部は、前記出力制御部によって前記燃料電池の負荷が低下または上昇させられ、低下または上昇後の前記燃料電池の負荷が予め設定された所定期間保持された後に、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 In the abnormality resolution determination unit, the load of the fuel cell is reduced or increased by the output control unit, and the load of the fuel cell after the decrease or increase is held for a preset predetermined period, and then the specific abnormality is determined. The fuel cell control device according to any one of claims 1 to 3, which determines whether or not the problem has been resolved. 前記出力制御部は、目標負荷を所定の保護下限値または所定の保護上限値を限度として、前記異常解消判定部によって前記特定の異常が解消されたと判定されるまで、前記目標負荷を所定量ずつ段階的に低下または上昇させる請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 The output control unit limits the target load to a predetermined protection lower limit value or a predetermined protection upper limit value, and sets the target load by a predetermined amount until the abnormality resolution determination unit determines that the specific abnormality has been resolved. The fuel cell control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is gradually lowered or raised. 前記出力制御部は、目標負荷を所定の保護下限値または所定の保護上限値まで低下または上昇させ、
前記異常解消判定部は、前記目標負荷が前記保護下限値または前記保護上限値に到達し所定期間を保持した後に、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。
The output control unit lowers or raises the target load to a predetermined protection lower limit value or a predetermined protection upper limit value.
The abnormality dissolution decider may claim after the target load is held between reached office periodically to the protective lower limit value or the protection upper limit value, whether the particular abnormality is eliminated from the determination section determines 1 4. The fuel cell control device according to any one of 4.
前記保護下限値は、改質用水の供給が必要とされる前記燃料電池の負荷よりも大きな値に設定されている請求項5または請求項6に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 5 or 6, wherein the protection lower limit value is set to a value larger than the load of the fuel cell in which the supply of reforming water is required. 前記出力制御部は、前記特定の異常が解消され、かつ、前記特定の異常が再発しないと判定した場合に、前記燃料電池の負荷を要求負荷まで回復させる制御を行う請求項1から請求項7のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 Claims 1 to 7 are such that the output control unit controls to recover the load of the fuel cell to the required load when it is determined that the specific abnormality is resolved and the specific abnormality does not recur. The fuel cell control device according to any one of. 前記原因特定部によって特定された前記原因を表示する表示部を備える請求項に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 1 , further comprising a display unit that displays the cause identified by the cause identification unit. 前記原因特定部によって特定された前記原因を排除する原因排除部を備える請求項または請求項に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 1 or 9 , further comprising a cause elimination unit that eliminates the cause identified by the cause identification unit. マイクロガスタービンと、
燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池と、
請求項1から請求項10のいずれかに記載の燃料電池の制御装置と
を具備する発電システム。
With a micro gas turbine
A fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
A power generation system including the fuel cell control device according to any one of claims 1 to 10 .
燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を
備える燃料電池の保護制御方法であって、
前記燃料電池に係る複数の計測データに基づいて、前記燃料電池の負荷を増減させることにより解消する可能性のある特定の異常が発生したか否かを判定する工程と、
前記特定の異常が発生したと判定した場合に、発生した前記特定の異常の要因に応じて、前記燃料電池の負荷を上昇または低下させる工程と、
前記燃料電池の負荷を上昇または低下させたことにより、前記特定の異常が解消されたか否かを判定する工程と
前記特定の異常に関する情報と該特定の異常の原因とを関連付けた原因特定情報を記憶する工程と、
前記特定の異常が発生したと判定された場合に、前記原因特定情報から、発生した前記特定の異常に該当する前記原因特定情報を抽出する工程と、
抽出された前記原因特定情報を用いて、前記特定の異常を引き起こした原因を特定する工程と
を含む燃料電池の保護制御方法。
A method for protecting and controlling a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
A step of determining whether or not a specific abnormality that may be resolved by increasing or decreasing the load of the fuel cell has occurred based on a plurality of measurement data related to the fuel cell.
A step of increasing or decreasing the load of the fuel cell according to the cause of the specific abnormality when it is determined that the specific abnormality has occurred.
By the increase or decrease of the load of the fuel cell, and determining whether the particular error is eliminated,
A step of storing cause-specific information in which information on the specific abnormality is associated with the cause of the specific abnormality, and
A step of extracting the cause identification information corresponding to the generated specific abnormality from the cause identification information when it is determined that the specific abnormality has occurred.
A method for protecting and controlling a fuel cell, which comprises a step of identifying the cause of causing the specific abnormality by using the extracted cause identification information .
前記特定の異常が解消されたと判定された場合に、前記特定の異常が解消されたときの前記燃料電池の負荷を維持する工程をさらに備える請求項12に記載の燃料電池の保護制御方法。 The fuel cell protection control method according to claim 12 , further comprising a step of maintaining the load of the fuel cell when the specific abnormality is resolved when it is determined that the specific abnormality has been resolved.
JP2016161318A 2016-08-19 2016-08-19 Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system Active JP6783094B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016161318A JP6783094B2 (en) 2016-08-19 2016-08-19 Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016161318A JP6783094B2 (en) 2016-08-19 2016-08-19 Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018029038A JP2018029038A (en) 2018-02-22
JP6783094B2 true JP6783094B2 (en) 2020-11-11

Family

ID=61249143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016161318A Active JP6783094B2 (en) 2016-08-19 2016-08-19 Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6783094B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022211111A1 (en) * 2021-04-01 2022-10-06 株式会社堀場製作所 System for measuring amount of consumed hydrogen

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018029038A (en) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6616054B1 (en) Fuel cell system, combined power generation system, and control method for fuel cell system
JP6472638B2 (en) Combined power generation system, control device and method thereof, and program
EP3719903B1 (en) Fuel cell temperature distribution control system, fuel cell, and temperature distribution control method
JP6817729B2 (en) Fuel cell control device and control method and power generation system
JP6352147B2 (en) Combined power generation system and control method of combined power generation system
JP6821356B2 (en) Fuel cell system and its control method, and power generation system and its control method
JP2018006003A (en) Fuel cell control device and control method, and power generating system
JP6783094B2 (en) Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system
JP6804232B2 (en) Power generation system and its protection control method
JP7043288B2 (en) Combined power generation system, combined cycle system operation switching method, and combined cycle system operation switching program
JP2017147124A (en) Control device for fuel battery power generation system, power generation system and control method for fuel battery power generation system
JP6165609B2 (en) Fuel cell and operation method thereof
JP7066797B2 (en) Fuel cell system and its control method, and power generation system and its control method
JP6749799B2 (en) Fuel cell control device, control method, and power generation system
KR20220034189A (en) Fuel cell system and method for starting the same
JP6771962B2 (en) Fuel cell control device and control method and power generation system
US20220407096A1 (en) Fuel cell system and method for controlling same
US20230395832A1 (en) Fuel cell power generation system and control method of fuel cell power generation system
US20230378493A1 (en) Hydrogen powered fuel cell system including condenser and method of operating the same using pressure control
JP6843531B2 (en) Fuel cell control device and control method and power generation system
JP6632911B2 (en) Fuel cell, fuel cell combined power generation system, and method of stopping fuel cell
JP2016091816A (en) Control device and method, and program for hybrid power generation system, and hybrid power generation system with the same

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20190719

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200519

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200923

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6783094

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150