(本開示の基礎となった知見)
燃料電池コジェネレーションシステムにおいて発電期間に熱の回収又は水の回収のために水経路に水が流れる。このため、外気温の低下等により水経路が凍結してしまうと、熱の回収又は水の回収を適切に行うことができなくなり、燃料電池コジェネレーションシステムの運転が困難になる。そこで、燃料電池コジェネレーションシステムが設置された環境の温度が低下したときに、水経路において水を循環させるポンプ又は水経路の水を加熱するためのヒータを作動させることが考えられる。これにより、水経路の凍結防止を図ることができる。この場合、筐体の内部において水経路の少なくとも一部、ポンプ、又はヒータが配置された空間の温度を特定するために使用される温度センサの検出結果を示す情報を参照して、ポンプ及びヒータの作動の要否を判断することが考えられる。
しかし、ポンプ、ヒータ、又は温度センサが故障していると、燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度が低下しても、水経路の凍結防止のための措置が適切になされない可能性がある。そこで、ポンプ、ヒータ、又は温度センサの故障情報を特定の宛先に通報して、これらのコンポーネントの修理を促すことが考えられる。しかし、通報の対象となるコンポーネントの故障は、水経路の凍結防止に必要なコンポーネントだけとは限らない。多くの故障情報の中から、ポンプ、ヒータ、又は温度センサの修理の緊急度を判断することは、容易なことではなく熟練を要する。また、ポンプ、ヒータ、又は温度センサが故障していても、燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度が水経路の凍結が発生するほどには低下しない場合もある。本発明者らは、日夜検討を重ねた結果、水経路の凍結防止に必要なコンポーネントの故障情報が存在するときに、コンポーネントの修理の緊急度を示す情報を生成するのに有用な情報を特定し、本開示の監視装置を案出した。
本開示の第1態様に係る監視装置は、
燃料電池コジェネレーションシステムを監視するものであって、
前記燃料電池コジェネレーションシステムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの発電期間に水が流れる水経路と、前記水経路に配置され前記水経路において水を循環させるポンプと、前記水経路の水を加熱するためのヒータと、前記燃料電池スタック、前記水経路、前記ポンプ、及び前記ヒータを収容する筐体と、前記筐体の内部において前記水経路の少なくとも一部、前記ポンプ、又は前記ヒータが配置された空間の温度を特定するために使用される第一温度センサと、を備え、
当該監視装置は、
前記ポンプ、前記ヒータ、及び前記第一温度センサの少なくとも1つのコンポーネントの故障を示す第一情報を取得したときに、前記燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と相関関係がある第二情報を参照して前記コンポーネントの修理の緊急度を示す第三情報を生成し、情報端末において表示可能に前記第一情報及び前記第三情報を提供する、又は、当該監視装置が実装された情報端末に前記第一情報及び前記第三情報を表示させるものである。
本開示の第1態様によれば、監視装置は、燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と相関関係がある情報を参照して、水経路の凍結防止に必要なコンポーネントの修理の緊急度を示す情報を生成できる。加えて、監視装置は、そのコンポーネントの故障を示す情報及び修理の緊急度を示す情報を、情報端末において表示可能に提供でき、又は、監視装置が実装された情報端末に表示させることができる。このため、情報端末の所持者は、情報端末に表示された故障情報の中から修理の緊急度が高い故障を直ちに知ることができる。
本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る監視装置は、前記第一温度センサによる検出結果を示す情報を前記第二情報として取得する。第一温度センサが正常に作動しているのであれば、第一温度センサによる検出結果を示す情報を燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と相関関係がある情報として利用できる。この場合、監視装置は燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と高い相関のある情報を取得しやすいので、高い信頼性を有する第三情報を生成できる。
本開示の第3態様において、例えば、前記燃料電池コジェネレーションシステムは、前記第一温度センサとは異なる位置で温度を検出する第二温度センサをさらに備え、第1又は第2態様に係る監視装置は、前記第二温度センサによる検出結果を示す情報を前記第二情報として取得する。第3態様によれば、第一温度センサが故障していても、第二温度センサによる検出結果を示す情報を第二情報として利用できる。燃料電池コジェネレーションシステムが第二温度センサを備えるので、監視装置は、燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と高い相関のある情報を取得しやすい。その結果、監視装置は、高い信頼性を有する第三情報を生成できる。
本開示の第4態様において、例えば、第1〜第3態様のいずれか1つに係る監視装置が参照する前記第二情報は、現在の日付、前記燃料電池コジェネレーションシステムの設置場所、前記燃料電池コジェネレーションシステムの管理者、及び前記燃料電池コジェネレーションシステムが設置された地域の気温の少なくとも1つを示す情報を含む。第4態様によれば、監視装置は、燃料電池コジェネレーションシステムに備え付けられた温度センサの検出結果を示す情報を取得できなかったとしても、これらの情報のいずれかを用いて第三情報を生成できる。
本開示の第5態様において、例えば、第4態様に係る監視装置は、前記第二情報である前記現在の日付が特定の期間に属するときに、前記コンポーネントの修理の緊急度を高めて前記第三情報を生成する。第5態様によれば、監視装置は、現在の日付が特定の期間(例えば、12月〜3月)に属するときに、コンポーネントの修理の緊急度を高めて、早急な修理を促すことができる。
本開示の第6態様において、例えば、第1〜第5態様のいずれか1つに係る監視装置は、前記第一情報が前記ポンプの故障を示すときに、前記ヒータ又は前記第一温度センサの修理と比べて、前記ポンプの修理の緊急度を高めて前記第三情報を生成する。ヒータ及び第一温度センサが故障していても、ポンプを正常に作動させることができれば、水経路の凍結のリスクを大幅に低減できる。一方、ポンプが故障していれば、ヒータ及び第一温度センサが正常に作動しても水経路の凍結のリスクを十分に低減することは難しい。このため、ポンプの故障は、ヒータ又は第一温度センサの故障と比べて水経路の凍結防止の観点から早急な対応を要する。第6態様によれば、監視装置が、このような事情を反映させて第三情報を生成できる。
本開示の第7態様において、例えば、第1〜第6態様のいずれか1つに係る監視装置は、前記コンポーネントの修理の対応状況を示す第四情報を前記情報端末において表示可能に提供する、又は、前記情報端末に前記第四情報を表示させる。第7態様によれば、情報端末の所持者がコンポーネントの修理の対応状況を直ちに知ることができる。
本開示の第8態様に係る監視システムは、
燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの発電期間に水が流れる水経路と、前記水経路に配置され前記水経路において水を循環させるポンプと、前記水経路の水を加熱するためのヒータと、前記燃料電池スタック、前記水経路、前記ポンプ、及び前記ヒータを収容する筐体と、前記筐体の内部において前記水経路の少なくとも一部、前記ポンプ、又は前記ヒータが配置された空間の温度を特定するために使用される第一温度センサと、を有する燃料電池コジェネレーションシステムと、
前記燃料電池コジェネレーションシステムと通信可能に接続され、前記燃料電池コジェネレーションシステムを監視する監視装置と、を備え、
前記監視装置は、前記ポンプ、前記ヒータ、及び前記第一温度センサの少なくとも1つのコンポーネントの故障を示す第一情報を取得したときに、前記燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と相関関係がある第二情報を参照して前記コンポーネントの修理の緊急度を示す第三情報を生成し、情報端末において表示可能に前記第一情報及び前記第三情報を提供する、又は、当該監視装置が実装された情報端末に前記第一情報及び前記第三情報を表示させるものである。
第8態様によれば、第1態様と同じ効果が得られる。
本開示の第9態様において、例えば、第8態様に係る監視システムの前記監視装置は、前記第一温度センサによる検出結果を示す情報を前記第二情報として取得する。第9態様によれば、第2態様と同じ効果が得られる。
本開示の第10態様において、例えば、第8又は第9態様に係る監視システムの前記燃料電池コジェネレーションシステムは、前記第一温度センサとは異なる位置で温度を検出する第二温度センサをさらに備え、第8又は第9態様に係る監視システムの前記監視装置は、前記第二温度センサによる検出結果を示す情報を前記第二情報として取得する。第10態様によれば、第3態様と同じ効果が得られる。
本開示の第11態様において、例えば、第8〜第10態様のいずれか1つに係る監視システムの前記監視装置が参照する前記第二情報は、現在の日付、前記燃料電池コジェネレーションシステムの設置場所、前記燃料電池コジェネレーションシステムの管理者、及び前記燃料電池コジェネレーションシステムが設置された地域の気温の少なくとも1つを示す情報を含む。第11態様によれば、第4態様と同じ効果が得られる。
本開示の第12態様において、例えば、第11態様に係る監視システムの前記監視装置は、前記第二情報である前記現在の日付が特定の期間に属するときに、前記コンポーネントの修理の緊急度を高めて前記第三情報を生成する。第12態様によれば、第5態様と同じ効果が得られる。
本開示の第13態様において、例えば、第8〜第12態様のいずれか1つに係る監視システムの前記監視装置は、前記第一情報が前記ポンプの故障を示すときに、前記ヒータ又は前記第一温度センサの修理と比べて、前記ポンプの修理の緊急度を高めて前記第三情報を生成する。第13態様によれば、第6態様と同じ効果が得られる。
本開示の第14態様において、例えば、第8〜第13態様のいずれか1つに係る監視システムは、前記第一情報及び前記第三情報を取得して表示する前記情報端末をさらに備える。第14態様によれば、情報端末を用いて第一情報及び第三情報を閲覧できる。
本開示の第15態様において、例えば、第8〜第14態様のいずれか1つに係る監視システムの前記監視装置は、前記コンポーネントの修理の対応状況を示す第四情報を前記情報端末において表示可能に提供する、又は、前記情報端末に前記第四情報を表示させる。第15態様によれば、第7態様と同じ効果が得られる。
本開示の第16態様において、例えば、第14態様に係る監視システムの前記監視装置は、前記コンポーネントの修理の対応状況を示す第四情報を前記情報端末において表示可能に提供し、第14態様に係る監視システムの前記情報端末は、前記第四情報を取得して表示する。第16態様によれば、情報端末を用いて第四情報を閲覧できる。
本開示の第17態様において、例えば、第8〜第16態様のいずれか1つに係る監視システムの前記燃料電池コジェネレーションシステムは、前記燃料電池スタックで発生する熱を利用して前記水経路を流れる水を加熱する熱交換器をさらに備え、前記水経路は、前記ポンプが配置され、かつ、前記熱交換器に接続された熱回収経路を含む。第17態様によれば、熱回収経路の凍結防止のために作動されるポンプの故障が発生した場合に、そのポンプの修理の緊急度を知らせることができる。これにより、ポンプの修理を促すことができ、熱回収経路の凍結により燃料電池スタックで発生する熱が回収されない事態を回避できる。
本開示の第18態様において、例えば、第8〜第17態様のいずれか1つに係る監視システムの前記水経路は、前記燃料電池スタックから排出されたガスに含まれる水分を回収する水回収経路を含む。第18態様によれば、水回収経路の凍結を防止するためのコンポーネントが故障したときに、その故障とそのコンポーネントの修理の緊急度とを知らせることができる。これにより、水回収経路の凍結を防止するためのコンポーネントの修理を促すことができ、水回収経路の凍結を防止できる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
(実施形態)
図1に示す通り、監視システム1aは、燃料電池コジェネレーションシステム100と、監視装置60とを備えている。図1及び図2に示す通り、燃料電池コジェネレーションシステム100は、燃料電池スタック13と、水経路36と、ポンプ39と、ヒータ49と、筐体10と、第一温度センサ45とを備えている。なお、水経路36は、水経路35及び水経路37を含む。以下の説明では、水経路36に関し主に水経路35に注目して説明する。燃料電池スタック13は、水素ガスと酸化剤ガスとの反応により発電を行う。水経路36において、燃料電池スタック13の発電期間に水が流れる。ポンプ39は、水経路36に配置され、水経路36において水を循環させる。ヒータ49は、水経路36の水を加熱するためのものである。筐体10は、燃料電池スタック13、水経路36、ポンプ39、及びヒータ49を収容する。第一温度センサ45は、筐体10の内部において水経路36の少なくとも一部、ポンプ39、又はヒータ49が配置された空間の温度を特定するために使用される。燃料電池コジェネレーションシステム100において、例えば、第一温度センサ45によって特定された空間の温度が閾値温度(例えば、0℃)以下である場合に、ポンプ39又はヒータ49が作動して水経路36の凍結を防止するための処理がなされる。第一温度センサ45は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。ヒータ49は、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータである。
監視装置60は、燃料電池コジェネレーションシステム100と通信可能に接続され、燃料電池コジェネレーションシステム100を監視する。監視装置60は、第一情報を取得したときに、第二情報を参照して第三情報を生成し、情報端末80において表示可能に第一情報及び第三情報を提供する。第一情報は、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45の少なくとも1つのコンポーネントの故障を示す情報である。第二情報は、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置環境の温度と相関関係がある情報である。第三情報は、そのコンポーネントの修理の緊急度を示す情報である。情報端末80は、例えば、パーソナルコンピュータ、PDA、又はスマートホンである。情報端末80の所持者は、典型的には、燃料電池コジェネレーションシステム100の保守サービスの提供者又は燃料電池コジェネレーションシステム100の利用者である。
図1に示す通り、監視システム1aは、例えば監視サーバー70を備えている。監視サーバー70は、ネットワークを介してポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45と接続されている。ネットワークは、例えば、インターネット、イントラネット、又はそれらの組み合わせである。監視装置60は、例えば、監視サーバー70に実装されている。監視サーバー70には、監視装置60の機能を実現するためのプログラムが実行可能に格納されている。監視サーバー70は、典型的には、ネットワークを介して複数の燃料電池コジェネレーションシステム100と通信可能に接続されている。換言すると、監視サーバー70は、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100を監視する。また、監視サーバー70は、ネットワークを介して情報端末80と通信可能に接続されている。
図3を参照しつつ、監視装置60の動作例を説明する。監視装置60は、ステップS1において第一情報を取得したか否かを判断する。例えば、監視装置60は、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45から、それらの動作状況を示す信号を取得する。監視装置60は、例えば、ポンプ39の回転数の異常値を示す信号を取得したときにポンプ39が故障していると判断し、この信号を第一情報とみなす。監視装置60は、例えば、ヒータ49の異常を示す信号を取得したときにヒータ49が故障していると判断し、この信号を第一情報とみなす。例えば、ヒータ49が電気ヒータである場合、ヒータ49の異常を示す信号はヒータ49を流れる電流値の異常を示す信号である。監視装置60は、第一温度センサ45の異常を示す信号を取得したときに第一温度センサ45が故障していると判断し、この信号を第一情報とみなす。例えば、第一温度センサ45がサーミスタを利用した温度センサである場合、第一温度センサ45の異常を示す信号は、第一温度センサ45における抵抗値の異常を示す信号である。場合によっては、監視装置60と、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45との間には、所定のコンピュータが配置されていてもよい。このコンピュータは、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45の動作状況を示す信号を取得して所定の演算を行って第一情報を生成し、監視装置60に向かって出力する。この場合、監視装置60は、このコンピュータから第一情報を取得する。このコンピュータは、例えば燃料電池コジェネレーションシステム100に配置されている。
ステップS1における判断結果が肯定的である場合、監視装置60は、ステップS2に進み、第二情報を参照して第三情報を生成する。第二情報は、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置環境の温度と相関関係がある情報である限り、特に制限されない。第二情報の出所は特に制限されず、第二情報は、監視装置60又は監視サーバー70に予め格納されていてもよいし、燃料電池コジェネレーションシステム100又はその近くに配置された温度センサから取得されてもよい。第二情報は、外部のサーバーから取得されてもよい。
監視装置60は、例えば、第一温度センサ45による検出結果を示す情報を第二情報として取得する。例えば、ステップS2において、第一温度センサ45による検出温度が0℃以下である場合に、監視装置60は、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。第一情報が第一温度センサ45の故障を示すものでなければ、第一温度センサ45による検出結果を示す情報は、燃料電池コジェネレーションシステムの設置環境の温度と高い相関を有する。このため、監視装置60は、高い信頼性を有する第三情報を生成できる。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、第一温度センサ45とは異なる位置で温度を検出する第二温度センサをさらに備える。監視装置60は、例えば、第二温度センサによる検出結果を示す情報を第二情報として取得する。これにより、監視装置60は、第一温度センサ45が故障していても、第二温度センサによる検出結果を示す情報を第二情報として利用できる。例えば、ステップS2において、第二温度センサによる検出温度が所定温度以下である場合、監視装置60は、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。この場合、所定温度は、例えば、燃料電池コジェネレーションシステム100において第二温度センサが示す温度と、第一温度センサ45が示す温度との関係に基づいて定められている。燃料電池コジェネレーションシステム100が第二温度センサを備えるので、監視装置60は、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置環境の温度と高い相関のある情報を第二情報として取得できる。その結果、監視装置60は、高い信頼性を有する第三情報を生成できる。
第二温度センサは、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。第二温度センサは、例えば、筐体10の内部の空間の温度、筐体10の内部の配管における液体の温度、又は外気温を検出する温度センサである。
監視装置60が参照する第二情報は、例えば、現在の日付、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置場所、燃料電池コジェネレーションシステム100の管理者、及び燃料電池コジェネレーションシステム100が設置された地域の気温の少なくとも1つを示す情報を含む。例えば、監視装置60は内蔵時計を備えており、この内蔵時計から現在の日付を示す情報が取得される。また、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置場所又は燃料電池コジェネレーションシステム100の管理者を示す情報は、例えば、監視サーバー70に予め格納されている。燃料電池コジェネレーションシステム100が設置された地域の気温を示す情報は、実際にその地域に設置された温度センサからネットワークを介して取得してもよいし、その地域の気象情報(気象予報を含む)を提供するWebサーバーからネットワークを介して取得してもよい。
ステップS2において、監視装置60は、例えば、現在の日付が特定の期間に属するときに、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。特定の期間は、凍結防止の要否の観点から定められており、例えば、12月〜3月である。
ステップS2において、監視装置60は、例えば、燃料電池コジェネレーションシステム100の設置場所が特定の地域に属する場合に、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。特定の地域は、例えば、北海道地方、東北地方、又は北陸地方である。また、監視装置60は、例えば、燃料電池コジェネレーションシステム100の管理者が特定の管理者である場合に、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。特定の管理者は、例えば、寒冷地に設置された燃料電池コジェネレーションシステム100を管理する管理者である。監視装置60は、例えば、燃料電池コジェネレーションシステム100が設置された地域の気温を示す情報が所定温度以下(例えば、0℃以下)である場合に、コンポーネントの修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。
ヒータ49及び第一温度センサ45が故障していても、ポンプ39を正常に作動させることができれば、水経路36の凍結のリスクを大幅に低減できる。一方、ポンプ39が故障していれば、ヒータ49及び第一温度センサ45が正常に作動しても水経路36の凍結のリスクを十分に低減することは難しい。このため、ポンプ39の故障は、ヒータ49又は第一温度センサ45の故障と比べて水経路36の凍結防止の観点から早急な対応を要する。このため、ステップS2において、監視装置60は、第一情報がポンプ39の故障を示すときに、ヒータ49又は第一温度センサ45の修理と比べて、ポンプ39の修理の緊急度を高めて第三情報を生成する。
ステップS2において、監視装置60は、複数種類の第二情報を参照してコンポーネントの修理の緊急度を決定してもよい。監視装置60は、例えば、図4に示すテーブルを参照してコンポーネントの修理の緊急度を決定し、第三情報を生成する。図4において、E1、E2、及びE3は、それぞれ、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45の故障を示す。また、テーブル中の数値が小さいほどコンポーネントの修理の緊急度が高いことを示す。この場合、監視装置60は、まず、第一温度センサ45又は第二温度センサによる現在の検出結果を示す情報を第二情報として参照する。この情報が所定温度以下であることを示す場合、監視装置60は、ポンプ39の修理の緊急度を「1」と決定し、ヒータ49の修理の緊急度及び第一温度センサ45の修理の緊急度を「2」と決定する。第一温度センサ45又は第二温度センサによる現在の検出結果を示す情報が所定温度を超えることを示す場合、監視装置60は、第一温度センサ45又は第二温度センサによる過去の検出結果を示す情報を第二情報として参照する。この情報は、例えば、現在から遡った所定期間における最低温度を示す。この情報が示す、現在から遡った所定期間における最低温度が所定温度以下である場合に、監視装置60は、ポンプ39の修理の緊急度を「2」と決定し、ヒータ49の修理の緊急度及び第一温度センサ45の修理の緊急度を「3」と決定する。現在から遡った所定期間における最低温度が所定温度を超える場合、監視装置60は、燃料電池コジェネレーションシステム100が設置された地域の気象予報を第二情報として参照する。この気象予報が低温注意報を含む場合、監視装置60は、ポンプ39の修理の緊急度、ヒータ49の修理の緊急度、及び第一温度センサ45の修理の緊急度を「3」と決定する。
監視装置60において第三情報の生成が完了すると、ステップS3に進み、監視装置60は、情報端末80において表示可能に第一情報及び第三情報を提供する。図1に示す通り、監視システム1aは、例えば、情報端末80をさらに備える。情報端末80は、ネットワークに接続されており、第一情報及び第三情報を取得して表示する。ネットワークは、例えば、インターネット、イントラネット、又はそれらの組み合わせである。情報端末80は、監視システム1aから、例えばHTML(Hyper Text Markup Language)ファイルとして情報を取得する。情報端末80は、監視サーバー70に格納されたHTMLファイルを取得する。監視装置60によって作成されたHTMLファイルが情報端末80に直接送信されてもよい。例えば、監視装置60は、第一情報及び第三情報を含むHTMLファイルを作成し、監視サーバー70の所定の保存先に格納する。これにより、情報端末80は、例えば、Webブラウザーを用いて監視サーバー70に格納されたHTMLファイルを取得して、Webブラウザー上で第一情報及び第三情報を表示する。この場合、監視サーバー70はWebサーバーとして機能し、情報端末80はWebクライアントとして機能する。監視装置60は、第一情報及び第三情報を含む電子メール又は第一情報及び第三情報を含むWebページへのリンクを含む電子メールを作成して情報端末80に送信する機能を有していてもよい。この場合、情報端末80は、監視装置60から送信された電子メールをメールサーバー(図示省略)から取得して、第一情報及び第三情報を表示できる。第一情報及び第三情報は、電子メールの件名に記載されてもよいし、本文に記載されてもよい。電子メールの件名には、情報端末80の所持者の注意を促すように、例えば、「!」、「*」、及び「緊急」等の記号又は文字が記載されている。
監視装置60は、情報端末80において表示可能に第一情報及び第三情報を提供すると、ステップS4に進み、第四情報を取得したか否か判断する。第四情報は、コンポーネントの修理の対応状況を示すものである。ステップS4における判断結果が肯定的である場合、監視装置60は、ステップS5に進み、第四情報を情報端末において表示可能に提供する。例えば、監視装置60は、第四情報を含むHTMLファイルを作成し、監視サーバー70の所定の保存先に格納する。監視装置60は、第四情報を含む電子メール又は第一情報及び第四情報を含むWebページへのリンクを含む電子メールを作成して情報端末80に送信する機能を有していてもよい。第四情報の出所は特に制限されないが、第四情報は、燃料電池コジェネレーションシステム100から取得されてもよいし、情報端末80から取得されてもよい。
情報端末80は、第四情報を取得して表示する。例えば、情報端末80は、Webブラウザーを用いて監視サーバー70に格納されたHTMLファイルを取得して、Webブラウザー上で第四情報を表示する。情報端末80は、監視装置60から送信された電子メールをメールサーバーから取得して、第四情報を表示してもよい。
次に、監視装置60は、ステップS6に進み、第四情報がコンポーネントの修理の完了を示すものであるか否かを判断する。ステップS6の判断結果が否定的である場合、監視装置60はステップS4に戻る。ステップS6の判断結果が肯定的である場合、監視装置60は一連の処理を終了する。
監視サーバー70は、典型的には、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100を監視している。この場合、監視装置60は、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100のコンポーネントに関する第一情報及び第三情報を情報端末80において表示可能に提供し、第四情報も情報端末80において表示可能に提供してもよい。監視装置60は、例えば、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100における第一情報及び第三情報、望ましくは第四情報を含むHTMLファイルを作成し、監視サーバー70の所定の保存先に格納する。HTMLファイルには、第四情報が含まれていてもよい。
情報端末80から監視サーバー70にWebブラウザーを用いてアクセスすると、図5Aに示すような画面が最初に表示され、コンポーネントの修理の緊急度の情報(第三情報)の有無と、その件数が表示される。その表示画面には、例えば、リンクが付与されており、そのリンクをタップ又はクリックすると、図5Bに示す画面にジャンプする。図5Bにおいて、「ID No.」は、各燃料電池コジェネレーションシステム100に割り当てられてた識別番号である。E1、E2、及びE3は、それぞれ、ポンプ39、ヒータ49、及び第一温度センサ45の故障を示す。図5Bにおいて、コンポーネントの修理の緊急度は、「緊急1」、「緊急2」、「緊急3」、及び「−」の4段階で示されている。コンポーネントの修理の緊急度の高さは、「緊急1」>「緊急2」>「緊急3」>「−」の関係にある。
図5Bに示す通り、情報端末80には、故障情報及び緊急度情報に加え、修理の対応状況が表示される。例えば、修理の対応状況は、「未対応」、「対応中」、及び「完了」の3種類に区別して表示される。情報端末80の所持者はこれらの情報を参考に次に修理すべき燃料電池コジェネレーションシステム100を確認できる。例えば、図5Bにおいて、002及び008のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100において故障したコンポーネントの修理は既に対応中であることが分かる。さらに、004のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100において故障したコンポーネントの修理は既に完了していることが分かる。このため、情報端末80の所持者は、002、004、及び008のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100において故障したコンポーネントの修理の対応が不要であることが分かる。一方、003、005、及び007のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100において故障したコンポーネントの修理は「未対応」の状況にある。007のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100に関する緊急度情報は「緊急3」と表示されており、003及び005のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100に関する緊急度は「−」と表示されている。007のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100のコンポーネントの修理の緊急度が003及び005のID No.を有する燃料電池コジェネレーションシステム100のコンポーネントの修理の緊急度より高いことが分かる。
図5Bに示す通り、情報端末80には、上記の情報の他に、例えば、燃料電池コジェネレーションシステム100が設置された現地の情報、コンポーネントの故障の発生日時、コンポーネントの修理の完了日時が表示される。なお、第三情報に相当する緊急度情報は、コンポーネントの修理の緊急度に応じて、第一情報に相当する故障情報を色分けして表示するものであってもよい。これにより、情報端末80の表示画面のスペースが限られている場合に、情報端末80の所持者に第三情報を効果的に知らせることができる。また、第四情報に相当する対応状況も、対応状況の情報に応じて色分けして表示されてもよい。
図2を参照しつつ、燃料電池コジェネレーションシステム100の一例について説明する。水経路36の一部は、例えば、筐体10の内面(底面を含む)の近傍に位置している。この場合、水経路36は、外気又は地表面の温度の影響を受けやすく、凍結しやすい。第一温度センサ45は、例えば、筐体10の内面(底面を含む)又はその近傍に配置されている。この場合、第一温度センサ45は、外気又は地表面の温度の影響を受けやすい水経路36の一部を含む空間の温度を高精度に検出できる。第一温度センサ45は、場合によっては、外気又は地表面の温度を直接検出するものであってもよい。この場合でも、第一温度センサ45によって外気又は地表面の温度の影響を受けやすい水経路36の一部を含む空間の温度を間接的に特定できる。
ポンプ39又はヒータ49は、例えば、筐体10の内部において外気又は地表面の温度の影響を受けやすい空間に配置されている。特に、ヒータ49がこのような空間に配置されていると、外気又は地表面の温度の影響を受けやすい水経路36の一部の水を効果的に加熱でき、水経路36の凍結を防止できる。
燃料電池コジェネレーションシステム100において、燃料電池スタック13は、例えば、固体高分子形燃料電池のスタック又は固体酸化物形燃料電池のスタックである。燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、熱交換器33をさらに備えている。熱交換器33は、燃料電池スタック13で発生する熱を利用して水経路36を流れる水を加熱する。例えば、熱交換器33は、燃料電池スタック13で発生する熱によって加熱された水と水経路36を流れる水とを熱交換させて、水経路36を流れる水を加熱する。これにより、燃料電池スタック13の排熱によって湯が生成される。燃料電池コジェネレーションシステム100は、貯湯タンク30を備えており、貯湯タンク30に生成された湯が貯められる。熱交換器33は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。水経路36は、例えば、熱回収経路35を含む。熱回収経路35にはポンプ39が配置されており、熱回収経路35は熱交換器33に接続されている。ポンプ39は、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプである。監視システム1aによれば、ポンプ39の故障が発生した場合には、ポンプ39の修理の緊急度を情報端末80の所持者に知らせることができる。これにより、ポンプ39の修理を促すことができ、熱回収経路35の凍結により燃料電池スタック13で発生する熱が回収されない事態を回避できる。
熱回収経路35は、例えば、送り経路351及び戻し経路352を含む。送り経路351及び戻し経路352は、それぞれ、熱交換器33に接続されている。送り経路351は、熱回収経路35の上流部分を構成している。戻し経路352は、熱回収経路35の下流部分を構成している。戻し経路352は、熱交換器33において加熱された水を貯湯タンク30に導くための経路である。送り経路351は、熱交換器33において加熱されるべき水を熱交換器33に導くための経路である。燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、入口温度センサ47a及び出口温度センサ47bを備えている。入口温度センサ47aは送り経路351を流れる水の温度を検出するためのものであり、出口温度センサ47bは戻し経路352を流れる水の温度を検出するためのものである。例えば、入口温度センサ47a及び出口温度センサ47bによる検出結果を示す情報に基づいて、ポンプ39の回転数が調整される。入口温度センサ47a及び出口温度センサ47bは、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。なお、監視システム1aにおいて、入口温度センサ47a又は出口温度センサ47bの故障を示す情報が第一情報に含まれていてもよい。また、監視装置60は、入口温度センサ47a又は出口温度センサ47bによる検出結果を示す情報を第二情報として取得してもよい。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、冷却水タンク195と、冷却水回路31と、ポンプ32とをさらに備えている。冷却水回路31は、冷却水タンク195と燃料電池スタック13との間で水を循環させるための回路である。冷却水回路31によって、燃料電池スタック13を効率的に冷却できるとともに、燃料電池スタック13の排熱を温水の形で燃料電池スタック13の外部に取り出すことができる。冷却水回路31は、例えば、送り水路311及び戻し水路312を含む。送り水路311及び戻し水路312は、それぞれ、燃料電池スタック13と冷却水タンク195とを接続している。送り水路311を通じて、冷却水タンク195の水が冷却水として燃料電池スタック13に供給される。戻し水路312を通じて、燃料電池スタック13から冷却水タンク195に水が戻される。ポンプ32は、例えば、送り水路311に配置されている。ポンプ32は、戻し水路312に配置されていてもよい。先に説明した容積式ポンプの1つをポンプ32として使用できる。送り水路311は熱交換器33に接続されており、熱交換器33は、例えば、熱回収経路35を流れる水と冷却水回路31を流れる水とを熱交換させるように構成されている。なお、送り水路311に代えて、戻し水路312が熱交換器33に接続されていてもよい。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、水回収経路37をさらに備えている。水回収経路37は、燃料電池スタック13から排出されたガスに含まれる水分を回収する経路である。水経路36は、例えば水回収経路37を含む。この場合、水回収経路37の凍結を防止するためのコンポーネントが故障したときに、その故障とそのコンポーネントの修理の緊急度とを情報端末80の所持者に知らせることができる。これにより、水回収経路37の凍結を防止するためのコンポーネントの修理を促すことができ、水回収経路37の凍結を防止できる。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、凝縮水タンク15と、凝縮水経路17と、カソードオフガス経路18とをさらに備えている。カソードオフガス経路18は、未反応の酸化剤ガスとともに、水素ガスと酸化剤ガスとの反応により生じた水蒸気を燃料電池スタック13のカソードから排出するための経路である。カソードオフガス経路18は、燃料電池スタック13のカソードガス出口に接続されており、例えば、筐体10の外部まで延びている。凝縮水経路17は、カソードオフガス経路18の途中から分岐して凝縮水タンク15まで延びている。カソードオフガス経路18において水蒸気が凝縮して生じた凝縮水が凝縮水経路17を通って流れ、凝縮水タンク15に貯まる。凝縮水タンク15には、水回収経路37が接続されており、凝縮水タンク15に貯まった凝縮水の一部が水回収経路37を流れる。例えば、このようにして、水回収経路37は、燃料電池スタック13から排出されたガスに含まれる水分を回収する。余分な水は凝縮水タンク15から溢れ、例えば、筐体10の外部に排出される。
凝縮水タンク15の内部には温度センサ21が配置されており、凝縮水タンク15に貯留された水の温度を検出する。温度センサ21は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。温度センサ21は、監視システム1aの第二温度センサとして利用されてもよい。
ヒータ49は、特に制限されないが、例えば、水回収経路37の水を加熱するためのものであり、水回収経路37の近くに配置されている。所定の条件においてヒータ49が作動することにより水回収経路37の凍結が防止される。ヒータ49は、筐体10の内面近傍の空間を加熱することにより、水経路36の水を加熱するものであってもよい。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、改質器11をさらに備えている。改質器11は、例えば、水蒸気改質反応(CH4+H2O→CO+3H2)などの改質反応によって水素ガスを生成するための機器である。改質器11には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器11には、一酸化炭素を除去するための触媒も収められている。一酸化炭素を除去するための触媒には、CO変成触媒及びCO選択酸化除去触媒が含まれる。改質器11は、水及び原料ガスを用いて、水素ガスを生成する。原料ガスは、例えば、都市ガス、LPガス(液化石油ガス)などの炭化水素ガスである。改質器11で生成された水素ガスが燃料電池スタック13に供給される。なお、燃料電池コジェネレーションシステム100は、改質器11を備えておらず、別の水素ガス供給源から燃料電池スタック13に水素ガスが供給されるシステムであってもよい。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、燃料ガス供給経路12、酸化剤ガス供給経路14、及びアノードオフガス経路16をさらに備えている。燃料ガス供給経路12は、改質器11から燃料電池スタック13に水素ガスを供給するための経路である。燃料ガス供給経路12は、改質器11と燃料電池スタック13のアノードガス入口とを接続している。酸化剤ガス供給経路14は、燃料電池スタック13のカソードに酸化剤ガスとしての空気を供給するための経路である。酸化剤ガス供給経路14には、空気供給器20が設けられている。空気供給器20は、燃料電池スタック13に空気を供給するためのデバイスである。空気供給器20は、例えば、ファン又はブロワである。酸化剤ガス供給経路14には、加湿器、弁などの他の機器が配置されていてもよい。アノードオフガス経路16は、未反応の水素ガス及び未反応の原料ガスを燃料電池スタック13のアノードから排出するための経路である。アノードオフガス経路16は、燃料電池スタック13のアノードガス出口と改質器11の内部に配置された燃焼器22とを接続している。未反応の水素ガス及び未反応の原料ガスは、アノードオフガス経路16を通じて、燃焼器22に供給される。
水回収経路37は、例えば、改質器11まで延びており、凝縮水タンク15に貯まった水の一部が水回収経路37を通って改質器11に供給される。燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば循環水経路19をさらに備えている。循環水経路19は、所定の分岐位置BPにおいて水回収経路37から分岐し、凝縮水タンク15まで延びている経路である。水回収経路37には、例えば、ポンプ25及び第一開閉弁27が設けられている。ポンプ25は、凝縮水タンク15と分岐位置BPとの間に位置している。ポンプ25は、凝縮水タンク15の水を改質器11に供給する役割を担っている。第一開閉弁27は、分岐位置BPと改質器11との間に位置している。第一開閉弁27が開くと改質器11への水の供給が許可され、第一開閉弁27が閉じると改質器11への水の供給が禁止される。先に説明した容積式ポンプの1つをポンプ25として使用できる。第一開閉弁27は、例えば、電磁弁である。例えば、監視装置60はポンプ25の動作状況を示す信号を取得する。なお、監視装置60は、ポンプ25の故障を示す情報を第一情報として取得して動作してもよい。
循環水経路19は、上流部分191、下流部分193、及び冷却水タンク195を有する。上流部分191は、分岐位置BPに接続された一端と冷却水タンク195に接続された他端とを有する。下流部分193は、冷却水タンク195に接続された一端と凝縮水タンク15に接続された他端とを有する。冷却水タンク195には、燃料電池スタック13を冷却するための水が貯留されている。冷却水タンク195の水位が閾値レベルを超えると、冷却水タンク195から水が溢れ、下流部分193を通じて凝縮水タンク15に移動する。
冷却水タンク195には、ヒータ29が設けられている。ヒータ29は、冷却水タンク195の内部に配置されており、冷却水タンク195に貯留された水を必要に応じて加熱する。ヒータ29によって冷却水タンク195の水温を速やかに上昇させることができる。ヒータ29は、例えば、抵抗加熱式の電気ヒータである。本実施形態において、冷却水タンク195は循環水経路19の一部である。なお、監視装置60は、ヒータ29の故障を示す情報を第一情報として取得して動作してもよい。
冷却水タンク195には、さらに、温度センサ23が設けられている。温度センサ23は、冷却水タンク195の内部に配置されており、冷却水タンク195に貯留された水の温度を検出する。温度センサ23は、例えば、サーミスタを利用した温度センサ又は熱電対を利用した温度センサである。ヒータ29は、例えば、冷却水タンク195の水温が所定の温度範囲に収まるようにオンオフ制御される。「所定の温度範囲」は特に限定されず、燃料電池スタック13の能力、冷却水タンク195の容量などに応じて決められる。温度センサ23は、監視システム1aにおいて第二温度センサとして利用されてもよい。
循環水経路19には、第二開閉弁28が設けられている。第二開閉弁28は、詳細には、循環水経路19の上流部分191に設けられており、分岐位置BPと冷却水タンク195との間に位置している。第二開閉弁28は、例えば、電磁弁である。
本実施形態において、凝縮水タンク15、水回収経路37の一部及び循環水経路19は、循環回路を形成している。第一開閉弁27を閉じ、第二開閉弁28を開き、ポンプ25を作動させると、凝縮水タンク15の水が循環回路を循環する。第一開閉弁27を開き、第二開閉弁28を閉じ、ポンプ25を作動させると、凝縮水タンク15の水が改質器11に供給される。
本実施形態において、各経路又は回路は、少なくとも1つの配管によって構成されている。配管は、ステンレス管などの金属配管であってもよいし、樹脂配管であってもよい。
燃料電池コジェネレーションシステム100は、主に、起動期間、発電期間、停止期間及び待機期間の4つの運転サイクルに従って運転されうる。「起動期間」は、燃料電池コジェネレーションシステム100を起動させるための運転期間である。詳細には、「起動期間」は、燃料電池コジェネレーションシステム100の出力を所定の定格出力(例えば、750W)まで徐々に上昇させるための運転期間である。起動期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に増加させる。起動期間において、酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量が徐々に増加する。「発電期間」は、所定の定格出力で燃料電池コジェネレーションシステム100が運転される期間である。ただし、発電期間において、燃料電池コジェネレーションシステム100が常に定格出力で運転されることは必須ではない。一定の出力で燃料電池コジェネレーションシステム100が安定的に運転されている期間が「発電期間」である。発電期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量はそれぞれ一定に保たれる。酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量もそれぞれ一定に保たれる。「停止期間」は、燃料電池コジェネレーションシステム100を停止させるための運転期間である。詳細には、「停止期間」は、燃料電池コジェネレーションシステム100の出力をゼロまで徐々に低下させるための運転期間である。停止期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に減少させる。停止期間において、酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量が徐々に減少する。「待機期間」は、燃料電池コジェネレーションシステム100の出力をゼロのまま保持している期間である。待機期間において、改質器11への原料ガスの供給流量及び水の供給流量は、基本的にはゼロである。ただし、改質器11の劣化を抑制するために、改質器11を原料ガスで定期的にパージ(purge)することがある。待機期間において、改質器11における水素ガスの生成は停止しており、酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量も基本的にはゼロである。
一例において、起動期間の長さ及び停止期間の長さは、それぞれ、10分〜90分の範囲にある。燃料電池コジェネレーションシステム100の起動又は停止に十分な時間を費やすことによって、改質器11の劣化、燃料電池スタック13の劣化などを抑制することができる。ただし、燃焼排ガス中のCO濃度の急上昇を検出した場合などの非常時には、燃料電池コジェネレーションシステム100を瞬時に停止させることもある。
発電期間の長さ及び待機期間の長さは、燃料電池コジェネレーションシステム100の連続運転可能な時間、貯湯タンク30の容量などに応じて変化する。例えば、貯湯タンク30に十分な量の湯が貯められた場合、燃料電池コジェネレーションシステム100は運転を自動的に停止し、待機期間に入る。貯湯タンク30の湯量が閾値を下回ると、燃料電池コジェネレーションシステム100は、自動的に運転を開始する。湯の使用量が多い場合、1回の運転サイクルの中で待機期間がゼロの場合もありうる。
起動期間、発電期間及び停止期間においては、第一開閉弁27を開き、第二開閉弁28と閉じ、ポンプ25を作動させる。これにより、凝縮水タンク15の水が水回収経路37を通じて改質器11に供給される。改質器11には、ガス供給経路(図示せず)を通じて、原料ガスが供給される。
待機期間において、第一開閉弁27及び第二開閉弁28を閉じ、ポンプ25を停止する。これにより、改質器11への水の供給も止まる。待機期間において、第一温度センサ45によって検出された温度が閾値温度(例えば、0℃)以下である場合、水回収経路37、循環水経路19及び凝縮水タンク15における水の凍結を防止するための処理が実行される。具体的には、第一開閉弁27を閉じ、第二開閉弁28を開き、ポンプ25を作動させる。これにより、凝縮水タンク15の水が水回収経路37の一部及び循環水経路19を循環するので、水の凍結を防止できる。併せて、ヒータ49又はヒータ29を作動させると、循環水経路19において水が加熱されるので、凍結防止の効果がさらに向上する。
監視システム1aは、様々な観点から変更可能である。例えば、監視装置60は、監視装置60の機能を実現するためのプログラムを実行可能に格納できるハードウェアが他に存在する限り、監視サーバー70に実装されていなくてもよい。例えば、監視システム1aは、図6及び7にそれぞれ示す監視システム1b及び監視システム1cのように変更可能である。監視システム1b及び監視システム1cは、特に説明する場合を除き監視システム1aと同様に構成されている。監視システム1aの構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。監視システム1aに関する説明は技術的に矛盾しない限り、監視システム1b及び監視システム1bにもあてはまる。
図6に示す通り、監視システム1bにおいて、監視装置60は、燃料電池コジェネレーションシステム100に備え付けられたハードウェアに実装されている。換言すると、燃料電池コジェネレーションシステム100は、例えば、監視装置60の機能を実現するためのプログラムを実行可能に格納したコンピュータを備えている。監視装置60は、ネットワークを介して監視サーバー70に接続されている。監視装置60は、例えば、第一情報及び第三情報を、ネットワークを介して監視サーバー70に送る。監視サーバー70は、例えば、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100の監視装置60から第一情報及び第三情報を取得する。監視サーバー70は、これらの情報を取りまとめて、複数の燃料電池コジェネレーションシステム100に関する第一情報及び第三情報を情報端末80において表示可能に保存する。
図7に示す通り、監視システム1cにおいて、監視装置60は、情報端末80に実装されている。この場合、監視装置60は、情報端末80に第一情報及び第三情報を表示させる。また、監視装置60は、例えば、情報端末80に第四情報を表示させる。