JP6892354B2 - 発電装置、制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、発電装置、制御装置及び制御プログラムに関する。より詳細には、本開示は、燃料電池を備える発電装置、燃料電池を備える発電装置の制御装置、及び、このような装置に実行させる制御プログラムに関する。

固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell（以下、「ＳＯＦＣ」と記す））のような燃料電池を備える発電装置は、燃料ガス等を用いて発電する。このような発電装置では、燃料電池の温度が異常に上昇してしまうことがある。そこで、例えば特許文献１では、燃料電池の温度が異常に上昇した場合、発電装置を停止させている。

特開２０１５−１３３２１３号公報

従来の発電装置には、異常が発生した際の処理に関して、改善の余地がある。

本開示の目的は、異常が発生した際の処理に関して、改善された、発電装置、制御装置及び制御プログラムを提供することにある。

一実施形態に係る発電装置は、少なくともガスにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の周辺機器である補機と、前記補機の一部に電力を供給する電源と、前記補機及び前記電源を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させる。

一実施形態に係る制御装置は、発電装置を制御する制御装置である。前記発電装置は、少なくともガスにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の周辺機器である補機と、前記補機の一部に電力を供給する電源とを備える。前記制御装置は、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させる。

一実施形態に係る制御プログラムは、発電装置を制御する制御装置に実行させる制御プログラムである。前記発電装置は、少なくともガスにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の周辺機器である補機と、前記補機の一部に電力を供給する電源とを備える。制御プログラムは、前記制御装置に、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えるか否か判定するステップと、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させるステップとを実行させる。

一実施形態によれば、異常が発生した際の処理に関して、改善された、発電装置、制御装置及び制御プログラムを提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係る発電装置の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係る発電装置の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係る発電装置の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。 発電装置を、停止処理を経て待機状態に移行させるときの処理を説明するための図である。 発電装置を、シャットダウン処理を経て待機状態に移行させるときの処理を説明するための図である。 本開示の第１実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態に係る発電装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成の変形例を概略的に示す機能ブロック図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を説明する。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図２、図３及び図４は、本開示の第１実施形態に係る発電装置の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本開示の第１実施形態に係る発電装置１は、貯湯タンク６０と、負荷１００と、商用電源（grid）２００とに接続される。図１に示すように、発電装置１には、外部から原燃料ガス、水及び酸素含有ガスとしての空気が供給される。発電装置１は、供給された原燃料ガス、水及び空気によって発電する。発電装置１は、発電した電力を、負荷１００等に供給する。

図１に示すように、発電装置１は、制御部１０と、記憶部１２と、燃料電池モジュール２０と、ガス供給部３２と、空気供給部３４と、改質水供給部３６と、パワーコンディショナ４０と、排熱回収処理部５０と、循環水処理部５２と、ガスセンサ７０とを備える。

発電装置１は、以下にさらに詳細に述べられるように、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、制御部１０として少なくとも１つのプロセッサを含む。種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサは、単一の集積回路（ＩＣ）として、又は、複数の通信可能に接続された集積回路ＩＣ及びディスクリート回路（discrete circuits）として実現されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、種々の既知の技術に従って実現されることが可能である。

ある実施形態において、プロセッサは、一以上のデータ計算手続及び処理を実行するために構成された、一以上の回路又はユニットを含む。例えば、プロセッサは、一以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ又はこれらの組み合わせ若しくは構成の任意の組み合わせ、又は、他の既知のデバイス若しくは構成の組み合わせを含むことにより、以下に説明する機能を実行してもよい。

制御部１０は、記憶部１２と、燃料電池モジュール２０と、ガス供給部３２と、空気供給部３４と、改質水供給部３６と、パワーコンディショナ４０と、ガスセンサ７０とに接続され、これらの各機能部をはじめとして発電装置１の全体を制御及び管理する。制御部１０は、記憶部１２に記憶されているプログラムを取得する。制御部１０は、取得したプログラムを実行することにより、発電装置１の各部に係る種々の機能を実現する。制御部１０と他の機能部との間で制御信号又は各種の情報等が送受信される場合、制御部１０と対の機能部とは、有線又は無線により接続されてよい。制御部１０が実行する本実施形態に係る制御については、さらに後述する。

記憶部１２は、制御部１０から取得した情報を記憶する。また、記憶部１２は、制御部１０によって実行されるプログラム等も記憶する。その他、記憶部１２は、例えば制御部１０による演算結果等の、各種データも記憶する。以下、記憶部１２は、制御部１０が動作する際のワークメモリ等もさらに含むことができるものとして説明する。記憶部１２は、例えば、半導体メモリ又は磁気ディスク等により構成され得る。しかしながら、これに限定されず、記憶部１２は、任意の記憶装置であってよい。例えば、記憶部１２は、光ディスクのような光学記憶装置であってよいし、光磁気ディスク等であってよい。

図１に示す燃料電池モジュール２０は、図２により詳細に示すように、改質器２２Ａ，２２Ｂと、セルスタック２４Ａ，２４Ｂと、温度センサ２６Ａ，２６Ｂと、温度センサ２７Ａ，２７Ｂと、着火ヒータ２８Ａ，２８Ｂとを備える。図２には、図１に示す制御部１０、燃料電池モジュール２０、ガス供給部３２及び電源４３のみを示す。以下、改質器２２Ａと改質器２２Ｂとを特に区別しない場合、単に「改質器２２」と記す。同様に、セルスタック２４Ａとセルスタック２４Ｂとを特に区別しない場合、単に「セルスタック２４」と記す。同様に、温度センサ２６Ａと温度センサ２６Ｂとを特に区別しない場合、単に「温度センサ２６」と記す。同様に、温度センサ２７Ａと温度センサ２７Ｂとを特に区別しない場合、単に「温度センサ２７」と記す。同様に、着火ヒータ２８Ａと着火ヒータ２８Ｂとを特に区別しない場合、単に「着火ヒータ２８」と記す。

燃料電池モジュール２０は、セルスタック２４によって発電する。燃料電池モジュール２０は、発電した直流電力を、図１に示すパワーコンディショナ４０に供給する。燃料電池モジュール２０は、ホットモジュールとも呼ばれる。燃料電池モジュール２０において、セルスタック２４は、発電に伴い発熱する。本実施形態において、実際に発電を行うセルスタック２４を、適宜、「燃料電池」と記す。また、本開示において、セルスタック２４を含めた任意の機能部も、適宜、「燃料電池」と総称することがある。例えば、「燃料電池」としては、他に、単体のセル又は燃料電池モジュール等が挙げられる。

改質器２２は、図１に示す改質水供給部３６から供給された改質水を用いて水蒸気を生成する。さらに、改質器２２は、生成した水蒸気を用いた水蒸気改質により、ガス供給部３２から供給される原燃料ガスを用いて、水素及び／又は一酸化炭素を生成する。すなわち、改質器２２は、ガス供給部３２から供給される原燃料ガスを、水蒸気改質によって、燃料ガスに改質する。なお、本実施形態では、原燃料ガスと、燃料電池が発電に用いるガス（燃料ガス又は酸素含有ガスとしての空気）とを特に区別しない場合、単に「ガス」と記す。改質器２２は、生成した水素及び一酸化炭素をセルスタック２４に供給する。セルスタック２４は、改質器２２から供給された水素及び／又は一酸化炭素と、図１に示す空気供給部３４から供給される空気中の酸素とを反応させることにより、発電する。言い換えれば、本実施形態において、燃料電池のセルスタック２４は、電気化学反応により発電する。なお、改質器２２は、前述の水蒸気改質を行う改質器に限定されない。例えば、改質器２２は、酸素を含む空気等を用いて水素を生成する部分酸化改質（Partial Oxidation（ＰＯＸ））を行う改質器であってもよい。

以下、セルスタック２４は、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）であるものとして説明する。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック２４は、ＳＯＦＣに限定されない。本実施形態に係るセルスタック２４は、例えば、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell（ＰＥＦＣ））、リン酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell（ＰＡＦＣ））及び溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell（ＭＣＦＣ））等のような燃料電池で構成されてもよい。また、本実施形態において、燃料電池モジュール２０は、例えば、単体で７００Ｗ程度の発電ができるセルスタックを４つ備えてもよい。この場合、燃料電池モジュール２０は、全体として３ｋＷ程度の電力を出力することができる。

本実施形態に係る燃料電池モジュール２０及びセルスタック２４は、上述のような構成に限定されない。種々の構成を、燃料電池モジュール２０及びセルスタック２４に採用することができる。例えば、燃料電池モジュール２０は、セルスタック２４を１つのみ備えてもよい。本実施形態において、発電装置１は、少なくともガスを用いて発電する燃料電池を備えていればよい。燃料電池が発電に用いるガスは、例えば、燃料ガス（水素）又は酸素含有ガスとしての空気である。従って、例えば、発電装置１は、燃料電池として、セルスタック２４ではなく、単に燃料電池セル１つのみを備えるものであってよい。また、本実施形態に係る燃料電池は、ＰＥＦＣのように、改質器を有しないモジュール（ケース）に含まれる燃料電池であってよい。

温度センサ２６Ａは、セルスタック２４Ａの上方においてガスが燃焼する部分（以下、「燃焼部」と記す）の温度を検出する。温度センサ２６Ａは、セルスタック２４Ａの付近、例えば、セルスタック２４Ａの上方に設置される。温度センサ２６Ｂは、セルスタック２４Ｂの燃焼部の温度を検出する。温度センサ２６Ｂは、セルスタック２４Ｂの付近、例えば、セルスタック２４Ｂの上方に設置される。温度センサ２６は、検出した燃焼部の温度を、制御部１０に出力する。

温度センサ２７Ａは、セルスタック２４Ａの中心付近の温度（以下、「中心温度」と記す）を検出する。温度センサ２７Ａは、例えば、セルスタック２４Ａの中心付近に配置される。温度センサ２７Ｂは、セルスタック２４Ｂの中心温度を検出する。温度センサ２７Ｂは、セルスタック２４Ｂの中心付近に配置される。

着火ヒータ２８Ａは、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４Ａを構成する各セルの開口から漏れ出る未反応燃料に着火する。同様に、着火ヒータ２８Ｂは、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４Ｂを構成する各セルの開口から漏れ出る未反応燃料に着火する。

図１に示すガス供給部３２は、図２に示す燃料電池モジュール２０の改質器２２に原燃料ガスを供給する。このとき、ガス供給部３２は、制御部１０からの制御信号に基づいて、改質器２２に供給する原燃料ガスの量を制御する。本実施形態において、ガス供給部３２は、例えば、ガスラインによって構成されてもよい。また、本実施形態において、ガス供給部３２は、原燃料ガスの脱硫処理を行ってもよいし、原燃料ガスを予備的に加熱してもよい。原燃料ガスを加熱する熱源として、セルスタック２４の排熱が利用されてもよい。原燃料ガスは、例えば、都市ガス又はＬＰＧ等であるが、これに限定されない。例えば、原燃料ガスは、燃料電池に応じて、天然ガス又は石炭ガス等であってもよい。

ガス供給部３２は、図２により詳細に示すように、流量計９１Ａ，９１Ｂと、ガスポンプ９２Ａ，９２Ｂとを備える。ガス供給部３２は、図２に示すように、制御部１０と有線又は無線により通信可能である。また、ガス供給部３２は、電源４３から供給される電力によって駆動する。図２に示すガス供給部３２は、２つの流量計９１Ａ及び流量計９１Ｂと、２つのガスポンプ９２Ａ及びガスポンプ９２Ｂとを備える。しかしながら、ガス供給部３２が備える流量計及びガスポンプの数は、これに限定されず、例えば、それぞれ１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。以下、流量計９１Ａと流量計９１Ｂとを特に区別しない場合、単に「流量計９１」と記す。同様に、ガスポンプ９２Ａとガスポンプ９２Ｂとを特に区別しない場合、単に「ガスポンプ９２」と記す。

図２に示すように、ガス供給部３２に供給される原燃料ガスは、１つの供給源から２つの経路に分岐されて、流量計９１Ａと、流量計９１Ｂとにそれぞれ供給される。しかしながら、例えば、流量計９１Ａ及び流量計９１Ｂに、それぞれ別個の供給源から原燃料ガスが供給されてもよい。

流量計９１Ａは、流量計９１Ａを経て流れる原燃料ガスの量を測定する。流量計９１Ｂは、流量計９１Ｂを経て流れる原燃料ガスの量を測定する。流量計９１が測定した原燃料ガスの流量の情報は、制御部１０に送信される。制御部１０は、流量計９１から取得した原燃料ガスの流量に基づいて、ガスポンプ９２によって改質器２２に供給する原燃料ガスの量を制御することができる。原燃料ガスの流量を測定可能なものであれば、任意のものを流量計９１に採用することができる。

ガスポンプ９２Ａは、流量計９１Ａを経て原燃料ガスを、改質器２２Ａに送出する。ガスポンプ９２Ｂは、流量計９１Ｂを経た原燃料ガスを、改質器２２に送出する。ガスポンプ９２Ａ及びガスポンプ９２Ｂは、電源４３から供給される電力によって駆動する。ガスを送出可能なものであれば、任意のものを、ガスポンプ９２に採用することができる。

なお、ガス供給部３２が備えるポンプは、原燃料ガスを改質器２２に送出するガスポンプ９２に限定されない。例えば、ガス供給部３２が備えるポンプは、改質器２２に発電に用いるガスとしての空気を送出する空気ポンプを含んでもよい。

図１に示す空気供給部３４は、図３に示すように、燃料電池モジュール２０のセルスタック２４に、酸素含有ガスとして空気を供給する。このとき、空気供給部３４は、制御部１０からの制御信号に基づいて、セルスタック２４に供給する空気の量を制御する。本実施形態において、空気供給部３４は、例えば、空気ラインによって構成されてもよい。また、空気供給部３４は、外部から取り込んだ空気を予備的に加熱して、セルスタック２４に供給してもよい。本実施形態において、空気供給部３４は、セルスタック２４が発電する際の電気化学反応に用いられる空気を供給する。なお、空気供給部３４は、空気以外の酸素含有ガスをセルスタック２４に供給してもよい。又は、空気供給部３４は、酸素のみをセルスタック２４に供給してもよい。

空気供給部３４は、図３により詳細に示すように、空気ブロワ９３Ａ，９３Ｂと、流量計９４Ａ，９４Ｂとを備える。図３には、図１に示す制御部１０、燃料電池モジュール２０、空気供給部３４及び電源４３のみを示す。空気供給部３４は、図３に示すように、制御部１０と有線又は無線により通信可能に接続される。また、空気供給部３４は、電源４３から供給される電力によって駆動する。図３に示す空気供給部３４は、２つの空気ブロワ９３Ａ及び空気ブロワ９３Ｂと、２つの流量計９４Ａ及び流量計９４Ｂとを備える。しかしながら、空気供給部３４が備える空気ブロワ及び流量計の数は、これに限定されず、例えば、それぞれ１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。以下、空気ブロワ９３Ａと空気ブロワ９３Ｂとを特に区別しない場合、単に「空気ブロワ９３」と記す。同様に、流量計９４Ａと流量計９４Ｂとを特に区別しない場合、単に「流量計９４」と記す。

図３に示すように、空気供給部３４に供給される空気は、１つの供給源から２つの経路に分岐されて、空気ブロワ９３Ａと、空気ブロワ９３Ｂとにそれぞれ供給される。しかしながら、例えば、空気ブロワ９３Ａ及び空気ブロワ９３Ｂに、それぞれ別個の供給源から空気が供給されてもよい。

空気ブロワ９３Ａは、空気供給部３４に供給された空気を、流量計９４Ａを経て、セルスタック２４Ａに送出する。空気ブロワ９３Ｂは、空気供給部３４に供給された空気を、流量計９４Ｂを経て、セルスタック２４Ｂに送出する。空気ブロワ９３Ａ及び空気ブロワ９３Ｂは、電源４３から供給される電力によって駆動する。なお、空気を送出可能なものであれば、任意のものを、空気ブロワ９３に採用することができる。

流量計９４Ａは、流量計９４Ａを経て流れる空気の量を測定する。流量計９４Ｂは、流量計９４Ｂを経て流れる空気の量を測定する。流量計９４が測定した空気の流量の情報は、制御部１０に送信される。制御部１０は、流量計９４から取得した空気の流量に基づいて、空気ブロワ９３によってセルスタック２４に供給する空気の量を制御することができる。空気の流量を測定可能なものであれば、任意のものを、流量計９４に採用することができる。

図１に示す改質水供給部３６は、改質水を、図４に示すように、燃料電池モジュール２０の改質器２２に供給する。このとき、改質水供給部３６は、制御部１０からの制御信号に基づいて、改質器２２に供給する改質水の量を制御する。本実施形態において、改質水供給部３６は、例えば、改質水ラインによって構成されてもよい。改質水供給部３６は、セルスタック２４の排気から回収された水を原料として改質水を生成してもよい。改質水を生成する熱源として、セルスタック２４の排熱が利用されてもよい。

改質水供給部３６は、図４により詳細に示すように、改質水ポンプ９５Ａ，９５Ｂと、気泡センサ９６Ａ，９６Ｂとを備える。図４には、図１に示す制御部１０、燃料電池モジュール２０、改質水供給部３６及び電源４３のみを示す。改質水供給部３６は、図４に示すように、制御部１０と有線又は無線により通信可能に接続される。また、改質水供給部３６は、電源４３から供給される電力によって駆動する。図４に示す改質水供給部３６は、２つの改質水ポンプ９５Ａ及び改質水ポンプ９５Ｂと、２つの気泡センサ９６Ａ及び気泡センサ９６Ｂとを備える。しかしながら、改質水供給部３６が備える改質水ポンプ及び気泡センサの数は、これに限定されず、例えば、それぞれ１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。以下、改質水ポンプ９５Ａと改質水ポンプ９５Ｂとを特に区別しない場合、単に「改質水ポンプ９５」と記す。同様に、気泡センサ９６Ａと気泡センサ９６Ｂとを特に区別しない場合、単に「気泡センサ９６」と記す。

図４に示すように、改質水供給部３６に供給される改質水は、１つの供給源から２つの経路に分岐されて、改質水ポンプ９５Ａと、改質水ポンプ９５Ｂとにそれぞれ供給される。しかしながら、例えば、改質水ポンプ９５Ａ及び改質水ポンプ９５Ｂに、それぞれ別個の供給源から改質水が供給されてもよい。

改質水ポンプ９５Ａは、改質水供給部３６に供給された改質水を、気泡センサ９４Ａを経て、改質器２２Ａに送出する。改質水ポンプ９５Ｂは、改質水供給部３６に供給された改質水を、気泡センサ９４Ｂを経て、改質器２２Ａに送出する。改質水ポンプ９５Ａ及び改質水ポンプ９５Ｂは、電源４３から供給される電源によって駆動する。なお、改質水を送出可能なものであれば、任意のものを、改質水ポンプ９５に採用することができる。

気泡センサ９６Ａは、気泡センサ９６Ａを経て流れる改質水の中の気泡を検出する。気泡センサ９６Ａは、検出結果を、制御部１０に送信する。気泡センサ９６Ｂは、気泡センサ９６Ｂを経て流れる改質水の中の気泡を検出する。気泡センサ９６Ｂは、検出結果を、制御部１０に送信する。改質水の気泡を検出可能なものであれば、任意のものを、気泡センサ９６に採用することができる。

図１に示すパワーコンディショナ４０は、図２に示す燃料電池モジュール２０のセルスタック２４に接続される。パワーコンディショナ４０は、セルスタック２４が発電した直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ４０から出力される交流電力は、分電盤等を介して、負荷１００に供給される。負荷１００は、分電盤等を介して、パワーコンディショナ４０から出力された電力を受電する。図１では、負荷１００は、１つの部材として図示しているが、負荷を構成する任意の個数の各種電気機器であってよい。また、負荷１００は、分電盤等を介して、商用電源２００から受電することもできる。

図１に示すように、パワーコンディショナ４０は、コンバータ４１と、インバータ４２と、電源４３とを備える。

コンバータ４１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ４１は、図２に示す燃料電池モジュール２０のセルスタック２４に接続される。コンバータ４１は、セルスタック２４から供給される直流電圧を、所定の直流電圧に変換する。コンバータ４１は、電圧変換後の直流電力を、インバータ４２に供給する。また、コンバータ４１は、電圧変換後の直流電力の一部を、電源４３に供給することも可能である。

インバータ４２は、コンバータ４１に接続される。インバータ４２は、コンバータ４１から供給される直流電力を、交流電力に変換する。インバータ４２は、変換後の交流電力を、分電盤等を介して、負荷１００等に供給する。なお、インバータ４２は、双方向インバータであってもよい。この場合、インバータ４２は、商用電源２００から供給される交流電力を直流電力に変換してもよい。さらに、インバータ４２は、変換後の直流電力を、電源４３に供給してもよい。

電源４３は、例えば、二次電池である。電源４３は、コンバータ４１を経て、図２に示すセルスタック２４から供給される電力によって、充電され得る。また、電源４３は、インバータ４２が双方向インバータである場合、インバータ４２を経て、商用電源２００から供給される電力によっても充電され得る。なお、電源４３は二次電池でなくてもよい。パワーコンディショナ内のコンバータ４１又はインバータ４２には、商用電源２００からの電力又はセルスタックにより発電した電力が供給されてもよい。

電源４３は、充電された電力を放電することによって、補機の一部に電力を供給する。本実施形態において、補機は、燃料電池の周辺機器である。電源４３が電力を供給する補機は、例えば、ガス供給部３２、空気供給部３４、改質水供給部３６及び循環水処理部５２を含む。しかしながら、電源４３が電力を供給する補機は、これに限定されない。例えば、電源４３が電力を供給する補機は、ガスラインに取り付けられる電磁弁、空気ラインに取り付けられる電磁弁、及び、改質水ラインに取り付けられる電磁弁等を含んでもよい。

排熱回収処理部５０は、図２に示すセルスタック２４の発電により生じる排気から排熱を回収する。排熱回収処理部５０は、例えば、熱交換器等で構成されてよい。排熱回収処理部５０は、循環水処理部５２及び貯湯タンク６０に接続される。

循環水処理部５２は、循環水ポンプ５４を含む。循環水処理部５２は、循環水ポンプ５４によって、貯湯タンク６０から排熱回収処理部５０へ水を循環させる。循環水ポンプ５４は、電源４３から供給される電力によって駆動する。排熱回収処理部５０に供給された水は、排熱回収処理部５０で回収された熱によって加熱され、貯湯タンク６０に戻る。排熱回収処理部５０は、排熱を回収した排気を、外部に排出する。また、上述したように、排熱回収処理部５０で回収された熱は、ガス、空気又は改質水の加熱等に用いることができる。

貯湯タンク６０は、排熱回収処理部５０及び循環水処理部５２に接続される。貯湯タンク６０は、図２に示すセルスタック２４等から回収された排熱を利用して生成された湯を、貯えることができる。

ガスセンサ７０は、発電装置１の内部においてガス漏れを検知する。ガスセンサ７０は、ガス漏れを検知すると、検知信号を、制御部１０に送信する。

次に、制御部１０の動作について説明する。

制御部１０は、発電装置１の運転中、外部から運転停止指示を受信したり又は比較的軽度な異常を検出したりすると、停止処理を実行する。また、制御部１０は、発電装置１の運転中、比較的重度の異常を検出すると、シャットダウン処理を実行する。また、制御部１０は、発電装置１の運転中、ガスに関する異常すなわち重度の異常を検出すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を実行する。

発電装置１は、停止処理、シャットダウン処理又は電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を経て、待機状態に移行する。待機状態とは、発電装置１が、発電を停止させた状態で、外部から運転開始指示等を待っている状態である。以下、停止処理、シャットダウン処理及び電源４３から補機への電力供給を停止させる処理について、説明する。

＜停止処理＞
制御部１０は、発電装置１の運転中、外部から運転停止指示を受信したり又は比較的軽度な異常を検出したりすると、停止処理を実行する。比較的軽度な異常は、例えば、発電状態において、燃焼部の温度が低下してしまうこと等である。発電装置１は、停止処理を経て、待機状態に移行する。このときの制御部１０の処理を、図５を参照して説明する。

図５は、発電装置１を、停止処理を経て待機状態に移行させるときの処理を説明するための図である。図５において、横軸は、セルスタック２４の中心温度Ｔ１である。中心温度Ｔ１は、図２に示すセルスタック２４Ａの中心温度及びセルスタック２４Ｂの中心温度うち、高い方の温度であってもよい。又は、中心温度Ｔ１は、セルスタック２４Ａの中心温度とセルスタック２４Ｂの中心温度との平均値であってもよい。

停止処理では、制御部１０は、まず、セルスタック２４の発電を停止させる。さらに、制御部１０は、例えば発電装置１内の換気ファンによって、燃料電池モジュール２０を冷却する。燃料電池モジュール２０を冷却することによって、中心温度Ｔ１は、徐々に低下する。

制御部１０は、中心温度Ｔ１が３００℃以上であるときは、ガス供給部３２、空気供給部３４及び改質水供給部３６を稼働状態に維持する。制御部１０は、中心温度Ｔ１が３００℃を下回ると、最初にガス供給部３２を停止させ、次に改質水供給部３６を停止させる。

制御部１０は、中心温度Ｔ１が１３５℃を下回ると、空気供給部３４によってパージ処理を実行する。パージ処理とは、燃料電池モジュール２０内に残留しているガス等を、燃料電池モジュール２０の外に排出する処理である。

制御部１０は、中心温度Ｔ１が１００℃を下回ると、発電装置１を待機状態にする。待機状態では、セルスタック２４の中心温度が１００℃から６０℃までの範囲にあるとき、制御部１０は、燃料電池モジュール２０において結露を防止する処理（以下、「結露防止処理」と記す）を、空気供給部３４によって実行する。また、待機状態において、セルスタック２４の中心温度が６０℃を下回ると、制御部１０は、ガス供給部３２、空気供給部３４及び改質水供給部３６の全てを停止させる。

＜シャットダウン処理＞
制御部１０は、発電装置１の運転中、比較的重度の異常を検出すると、シャットダウン処理を実行する。比較的重度の異常は、例えば、発電状態において、燃焼部が失火した場合に、失火回復制御を実行しても、燃焼部が失火から回復しない等である。発電装置１は、シャットダウン処理を経て、待機状態に移行する。このときの制御部１０の処理を、図６を参照して説明する。

図６は、発電装置１を、シャットダウン処理を経て待機状態に移行させるときの処理を説明するための図である。図６において、横軸は、図５と同様に、中心温度Ｔ１である。

シャットダウン処理では、まず、制御部１０は、セルスタック２４の発電を停止させるとともに、ガス供給部３２も停止させる。その後、制御部１０は、停止処置と同様に、例えば発電装置１内の換気ファンによって、燃料電池モジュール２０を冷却する。燃料電池モジュール２０を冷却することによって、中心温度Ｔ１は、徐々に低下する。

シャットダウン処理では、制御部１０は、中心温度Ｔ１が３００℃以上であるとき、酸化防止処理を実行する。酸化防止処理は、残留している酸素によって、燃料電池モジュール２０内の部材が酸化してしまうことを低減させるための処理である。酸化防止処理では、制御部１０は、３０分に一回程度、改質水供給部３６を動作させて、燃料電池モジュール２０に改質水を供給する。改質水は、燃料電池モジュール２０の内部で水蒸気となり得る。この水蒸気によって、燃料電池モジュール２０内に残留している酸素が排出され得る。さらに、制御部１０は、この酸化防止処理では、空気供給部３４を停止させる。

制御部１０は、中心温度Ｔ１が３００℃を下回ると、ガス供給部３２及び空気供給部３４に加えて、改質水供給部３６も停止させる。

制御部１０は、中心温度Ｔ１が１００℃を下回ると、発電装置１を待機状態にする。待機状態では、制御部１０は、上述の停止処理と同様の処理を実行する。

＜電源から補機への電力供給を停止させる処理＞
制御部１０は、発電装置１の運転中、ガスに関する異常が発生したと判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。第１実施形態に係るガスに関する異常は、燃料電池において着火処理を実行していない状態で、燃料電池付近の温度が低いにも関わらず、燃焼部の温度が高い状態である。このような状態は、着火処理を実行していないにも関わらず、燃焼部においてガスが燃焼している可能性が高い状態である。このような状態では、着火ヒータが故障して着火ヒータが常時ОＮになっている蓋然性、燃焼部の熱電対が故障している蓋然性、又は、発電装置１の内部にガスが漏れ出している蓋然性が高い。また、ガス漏れの場合であれば補機に加えられている電源４３の電圧が、漏れ出したガスに引火してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、制御部１０は、燃料電池において着火処理を実行していない状態で、燃料電池付近の温度が低いにも関わらず、燃焼部の温度が高い状態であると判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。燃料電池付近の温度は、例えば、燃料電池内の温度、及び、燃料電池外のうち燃料電池と隣接する領域の温度である。燃料電池内の温度は、例えば、単体のセルの中心温度、及び、セルスタック２４の中心温度等である。以下、燃料電池付近の温度は、セルスタック２４の中心温度であるものとする。

具体的には、制御部１０は、セルスタック２４において着火処理を実行していない状態で、セルスタック２４の中心温度が第１温度を下回り、かつ燃焼部の温度が第２温度を超えるとき、電源４３から補機への電力供給を停止させる。第１温度は、セルスタック２４が発電していないと判定され得る温度である。第１温度は、例えば、２５０℃程度である。第２温度は、セルスタック２４においてガスが燃焼していると判定され得る温度である。第２温度は、例えば、５００℃程度である。

なお、制御部１０は、セルスタック２４Ａの中心温度及びセルスタック２４Ｂの中心温度のうち、高い方の温度を、ガスに関する異常を判定する処理に用いてもよい。又は、制御部１０は、セルスタック２４Ａの中心温度とセルスタック２４Ｂの中心温度との平均値を、ガスに関する異常を判定する処理に用いてもよい。さらに、制御部１０は、セルスタック２４Ａの燃焼部の温度及びセルスタック２４Ｂの燃焼部の温度のうち、低い方の温度を、ガスに関する異常を判定する処理に用いてもよい。又は、制御部１０は、セルスタック２４Ａの燃焼部の温度とセルスタック２４Ｂの燃焼部の温度との平均値を、ガスに関する異常を判定する処理に用いてもよい。

また、制御部１０は、ガスに関する異常が発生したと判定したとき、上述のシャットダウン処理と並行して、電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を行ってもよい。この場合、制御部１０は、ガスに関する異常が発生したと判定したとき、シャットダウン処理におけるセルスタック２４の発電を停止させるとともに、電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を行ってもよい。

図７は、本開示の第１実施形態に係る発電装置１の動作を示すフローチャートである。以下、セルスタック２４において着火処理を実行していない状態は、待機状態であるものとして説明する。しかしながら、セルスタック２４において着火処理を実行していない状態は、待機状態に限定されない。

制御部１０は、発電装置１が待機状態であるか否か判定する（ステップＳ１０）。制御部１０は、発電装置１が待機状態であると判定したとき、（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１の処理に進む。一方、制御部１０は、発電装置１が待機状態ではないと判定したとき（ステップＳ１１：Ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ１１の処理では、制御部１０は、温度センサ２７によって、セルスタック２４の中心温度Ｔ１を取得する。ステップＳ１２の処理では、制御部１０は、温度センサ２６によって、燃焼部の温度Ｔ２を取得する。

ステップＳ１３の処理では、制御部１０は、中心温度Ｔ１が第１温度を下回り、かつ燃焼部の温度Ｔ２が第２温度を超えるか否か判定する。制御部１０は、中心温度Ｔ１が第１温度を下回り、かつ燃焼部の温度Ｔ２が第２温度を超えると判定したとき（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４の処理に進む。一方、制御部１０は、中心温度Ｔ１が第１温度を下回り、かつ燃焼部の温度Ｔ２が第２温度を超えると判定しないとき（ステップＳ１３：Ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ１４の処理では、制御部１０は、電源４３から補機への電力供給を停止させる。制御部１０は、上述のシャットダウン処理と並行して、電源４３から補機への電力供給を停止させてもよい。

以上のように、第１実施形態に係る発電装置１は、セルスタック２４において着火処理を実行していない状態で、セルスタック２４の中心温度が第１温度を下回り、かつ燃焼部の温度が第２温度を上回るとき、電源４３から補機への電力供給を停止させる。言い換えれば、本実施形態に係る発電装置１は、着火処理を実行していないにも関わらず、セルスタック２４においてガスが燃焼している可能性が高い状態であると判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。このような制御によって、発電装置１の内部にガスが漏れ出している蓋然性が高い場合であっても、補機に加えられている電源４３の電圧が、漏れ出したガスに引火してしまう可能性を低減させることができる。従って、本実施形態によれば、異常が発生した際の処理に関して、改善された、発電装置１が提供され得る。着火処理を実行していないにも関わらず、セルスタック２４においてガスが燃焼している可能性が高い状態は、着火ヒータが常時ОＮになるような着火ヒータの故障、燃焼部の熱電対の故障又はガス漏れ等によって生じ得る。

ここで、一般的に、発電装置では、発電状態であるときは、ガスに関する異常への監視が強化されていることが多い。しかしながら、発電装置では、発電状態ではないときは、ガスに関する異常への監視が強化されていないことが多い。

これに対し、第１実施形態に係る発電装置１は、待機状態といったセルスタック２４において着火処理を実行していない状態であるときに、すなわち、発電状態ではないとき、ガスに関する異常が発生したか否か判定する。従って、本実施形態に係る発電装置１は、待機状態のような発電状態ではないときも、ガスに関する異常への監視が強化され得る。従って、本実施形態によれば、ガスに関する異常に関して、安全性により優れた発電装置１が提供され得る。

さらに、第１実施形態に係る発電装置１は、ガスに関する異常が発生したと判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。電源４３から補機への電力供給を停止させることで、電源４３の電力によって駆動するガス供給部３２を、速やかに停止させることができる。ガス供給部３２を速やかに停止させることで、例えばガス供給部３２からガス漏れが発生していても、速やかにガス漏れを停止させることができる。従って、本実施形態によれば、ガスに関する異常に関して、安全性により優れた発電装置１が提供され得る。

加えて、第１実施形態では、電源４３から補機への電力供給を停止させることで、ガス供給部３２、空気供給部３４及び改質水供給部３６といった補機を停止させることができる。このような制御によって、本実施形態では、補機を停止させる処理が簡易化され得る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る発電装置について説明する。第２実施形態に係る発電装置は、第１実施形態に係る発電装置１と同様の構成を採用することができる。従って、以下では、図１から図４を参照しつつ、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第２実施形態と第１実施形態とでは、検出対象とするガスに関する異常の内容が異なる。第２実施形態では、検出対象とするガスに関する異常は、ガス供給部３２の動作を停止させているにも関わらず、ガス供給部３２から原燃料ガスが流れ出ている状態である。このような状態は、図２に示すガスポンプ９２が故障してしまったり、ガスラインに取り付けられる電磁弁が故障してしまったりしたとき等に生じ得る。このような状態では、発電装置１の内部にガスが漏れ出している蓋然性が高い。さらに、補機に加えられている電源４３の電圧が、漏れ出したガスに引火してしまう可能性がある。

そこで、第２実施形態では、制御部１０は、ガス供給部３２を停止させているにも関わらず、ガス供給部３２から原燃料ガスが流れ出ていると判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。

具体的には、制御部１０は、ガス供給部３２を停止させて所定時間経過した後、ガス供給部３２から流れ出る原燃料ガスの流量が所定量を超えると判定したとき、電源４３から補機への電力供給を停止させる。所定時間は、ガスラインの構成等を考慮して設定され得る。所定量は、例えば、所定時間を考慮して設定され得る。例えば、所定時間が１分未満であれば、所定量は１［ＮＬ／ｍｉｎ］である。また、例えば、所定時間が１分以上であれば、所定量は０．２５［ＮＬ／ｍｉｎ］である。

なお、制御部１０は、発電装置１が発電状態ではないときに、原燃料ガスに関する異常が発生したか否か判定してもよい。具体的には、制御部１０は、発電装置１の待機状態、起動状態又は停止状態において、原燃料ガスに関する異常が発生したか否か判定してもよい。

また、制御部１０は、第２実施形態でも第１実施形態と同様に、原燃料ガスに関する異常が発生したと判定したとき、上述のシャットダウン処理と並行して、電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を行ってもよい。

図８は、本開示の第２実施形態に係る発電装置１の動作を示すフローチャートである。

制御部１０は、発電装置１が発電状態であるか否か判定する（ステップＳ２０）。制御部１０は、発電装置１が発電状態ではないと判定したとき（ステップＳ２０：Ｎｏ）、すなわち、発電装置１が待機状態、起動状態又は停止状態であると判定したとき、ステップＳ２１の処理に進む。一方、制御部１０は、発電装置１が発電状態であると判定したとき（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ステップＳ２１の処理では、制御部１０は、ガス供給部３２を停止させる。制御部１０は、ガス供給部３２を停止させて所定時間経過した後（ステップＳ２２）、流量計９１によって原燃料ガスの流量を取得する（ステップＳ２３）。

制御部１０は、取得した原燃料ガスの流量が所定量を超えているか否か判定する（ステップＳ２４）。制御部１０は、取得した原燃料ガスの流量が所定量を超えていると判定したとき（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２５の処理に進む。一方、制御部１０は、取得した原燃料ガスの流量が所定量以下であると判定したとき（ステップＳ２４：Ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ２５の処理では、制御部１０は、電源４３から補機への電力供給を停止させる。制御部１０は、上述のシャットダウン処理と並行して、電源４３から補機への電力供給を停止させてもよい。

以上のように、第２実施形態に係る発電装置１は、ガス供給部３２を停止させて所定時間経過した後、ガス供給部３２から流れ出る原燃料ガスの流量が所定量を超えていると判定したとき、電源４３から補機への電力供給を停止させる。言い換えれば、制御部１０は、ガス供給部３２を停止させているにも関わらず、ガス供給部３２から原燃料ガスが流れ出ていると判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。このような制御によって、発電装置１の内部にガスが漏れ出している蓋然性が高い場合であっても、補機に加えられた電源４３の電圧が、漏れ出したガスに引火してしまう可能性を低減させることができる。従って、第２実施形態によれば、異常が発生した際の処理に関して、改善された、発電装置１が提供され得る。

ここで、第１実施形態にて説明したように、一般的に、発電装置では、発電状態であるときは、ガスに関する異常への監視が強化されていることが多い。しかしながら、発電装置では、発電状態ではないときは、ガスに関する異常への監視が強化されていないことが多い。

これに対して、第２実施形態に係る発電装置１は、待機状態、起動状態又は停止状態のような発電状態ではないときに、原燃料ガスに関する異常が発生したと判定する。従って、本実施形態に係る発電装置１は、待機状態、起動状態又は停止状態のような発電状態ではないときも、ガスに関する異常への監視が強化され得る。従って、本実施形態によれば、ガスに関する異常に関して、安全性により優れた発電装置１が提供され得る。

第２実施形態に係る発電装置１において、その他の効果及び制御は、第１実施形態に係る発電装置１と同様である。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部及びステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

例えば、ガスに関する異常は、第１実施形態及び第２実施形態において説明したものに限定されない。例えば、ガスに関する異常は、発電装置１内においてガス漏れが発生していることであってもよい。この場合、制御部１０は、図１に示すガスセンサ７０から検知信号を受信すると、電源４３から補機への電力供給を停止させてもよい。また、制御部１０は、シャットダウン処理と並列して、電源４３から補機への電力供給を停止させる処理を実行してもよい。ガスセンサ７０は、待機状態、起動状態、発電状態及び停止状態の何れにおいても、発電装置１内においてガス漏れを検知するように構成されてもよい。

例えば、本開示の実施形態は、燃料電池を備えずに、燃料電池を外部から制御する、制御装置として実現することもできる。このような実施形態の一例を、図９に示す。図９に示すように、本実施形態に係る制御装置２は、例えば、制御部１０と、記憶部１２とを含んで構成される。制御装置２は、燃料電池を備える外部の発電装置１を制御する。すなわち、本実施形態に係る制御装置２は、ガスに関する異常が発生したと判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させる。

さらに、本開示の実施形態は、例えば、上述したような制御装置２に実行させる制御プログラムとして実現することもできる。すなわち、本実施形態に係る制御プログラムは、制御装置２に、ガスに関する異常が発生したか否か判定するステップと、ガスに関する異常が発生したと判定すると、電源４３から補機への電力供給を停止させるステップとを実行させる。

１ 発電装置
２ 制御装置
１０ 制御部
１２ 記憶部
２０ 燃料電池モジュール
２２，２２Ａ，２２Ｂ 改質器
２４，２４Ａ，２４Ｂ セルスタック
２６，２６Ａ，２６Ｂ 温度センサ
２７，２７Ａ，２７Ｂ 温度センサ
２８，２８Ａ，２８Ｂ 着火ヒータ
３２ ガス供給部
３４ 空気供給部
３６ 改質水供給部
４０ パワーコンディショナ
４１ コンバータ
４２ インバータ
４３ 電源
５０ 排熱回収処理部
５２ 循環水処理部
５４ 循環水ポンプ
６０ 貯湯タンク
７０ ガスセンサ
９１，９１Ａ，９１Ｂ 流量計
９２，９２Ａ，９２Ｂ ガスポンプ
９３，９３Ａ，９３Ｂ 空気ブロワ
９４，９４Ａ，９４Ｂ 流量計
９５，９５Ａ，９５Ｂ 改質水ポンプ
９６，９６Ａ，９６Ｂ 気泡センサ
１００ 負荷
２００ 商用電源

Claims (6)

1. 発電装置であって、
   少なくともガスにより発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の周辺機器である補機と、
   前記補機の一部に電力を供給する電源と、
   前記補機及び前記電源を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させる、発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記着火処理を実行していない状態は、前記発電装置の待機状態である、発電装置。
3. 請求項１又は２に記載の発電装置であって、
   前記ガスは燃料ガスを含み、
   原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質器をさらに備え、
   前記補機は前記改質器に原燃料ガスを供給するガス供給部を含み、
   前記制御部は、前記ガス供給部を停止させて所定時間経過した後、前記ガス供給部から流れ出る原燃料ガスの流量が所定量を超えると判定したとき、前記ガス供給部の動作を停止させているにも関わらず、前記ガス供給部から前記原燃料ガスが流れ出ている状態であると判定する、発電装置。
4. 請求項３に記載の発電装置であって、
   前記制御部は、前記発電装置が発電状態ではないときに、前記ガス供給部の動作を停止させているにも関わらず、前記ガス供給部から前記原燃料ガスが流れ出ている状態であるか否か判定する、発電装置。
5. 少なくともガスにより発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の周辺機器である補機と、
   前記補機の一部に電力を供給する電源と、を備える発電装置を制御する制御装置であって、
   前記制御装置は、前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させる、制御装置。
6. 少なくともガスにより発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の周辺機器である補機と、
   前記補機の一部に電力を供給する電源と、を備える発電装置を制御する制御装置に、
   前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えるか否か判定するステップと、
   前記燃料電池において着火処理を実行していない状態で、前記燃料電池付近の温度が第１温度を下回り、かつ前記発電装置の燃焼部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度を超えると判定すると、前記電源から前記補機への電力供給を停止させるステップと、
   を実行させる、制御プログラム。
   

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