JP7391749B2 - 燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラムに関し、詳しくは、電力と湯の供給が可能な燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラムに関する。

従来の燃料電池システムは、燃料電池ユニットの空気取り入れ口に接近する障害物を検出し、障害物の検出から所定時間経過後に警告を発するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、アラーム信号が入力されると、熱情報とアラーム情報との両方の情報を表示する第１表示画面を表示手段に表示させ、第１表示画面が表示されている状態で、操作手段が操作されると、アラーム情報とアラーム詳細情報との両方の情報を表示する第２表示画面を表示手段に表示させるものもある（例えば、特許文献２参照）。

また、発電システムが故障しておらず、かつ、発電システムが発電していない期間が予め定められる第１期間以上になった場合に、報知器で予め定められた報知情報を報知するものもある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７－１０３１６７号公報 ＷＯ２０１２／０６３３８０号公報 特開２０１４－０４９２１８号公報

ところで、発電ユニットがエラー停止した場合、ガス経路、改質水経路、及び空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合、発電ユニットの温度が高いとメンテナンス作業（修理を含む）を行うことができない。このため、エラー停止後にユーザがエラーに気づいてコールセンターへ連絡し、すぐに作業担当者が現場へ急行できた場合であっても、発電ユニットの温度がある程度低下するまでメンテナンス作業が行えない。この場合、作業担当者は現場で待機する、あるいは、再出動することもあり、ユーザ及び作業担当者の負担が増す。つまり、発電ユニットがエラー停止した場合、全てのエラーの種別に対して、即時にエラー通知を行えばよいわけではなく、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことが望ましい。

上記特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載される従来技術はいずれも、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことについて考慮されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてされたものであって、発電ユニットがエラー停止した場合に、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことができる燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１態様に係る燃料電池システムは、発電を行う燃料電池モジュールが設けられ、かつ、前記燃料電池モジュールに接続されたガス経路、改質水経路、及び空気経路が設けられた燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットがエラーにより停止した場合に、エラーの種別を判定し、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合に、前記燃料電池ユニットの温度が所定温度以下になってからエラーを通知する制御を行う制御部を含む制御装置と、を備えている。

第１態様に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットがエラー停止した場合に、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことができる。

また、第２態様に係る燃料電池システムは、前記燃料電池モジュールが、電解質層、燃料極、及び空気極を有する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、炭化水素原料を含むガスを改質する改質器と、を備え、前記所定温度として、前記改質器に導入される改質水が気化する温度である気化温度より高く、前記燃料電池スタックへの空気導入により燃料電池セルの再酸化が生じる温度である再酸化温度以下の温度が設定されている。

第２態様に係る燃料電池システムによれば、所定温度として、燃料電池ユニットのガス経路、改質水経路、及び空気経路に対する経路診断可能な温度を適用することができる。

また、第３態様に係る燃料電池システムは、前記燃料電池ユニットの温度として、前記燃料電池スタックの温度であるスタック温度及び前記改質器の温度である改質温度の両方が用いられる。

第３態様に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットの温度として、スタック温度及び改質温度の両方を適用することができる。

また、第４態様に係る燃料電池システムは、前記制御部が、エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路以外である場合に、即時にエラーを通知する制御を行う。

第４態様に係る燃料電池システムによれば、ガス経路、改質水経路、及び空気経路以外のエラーに対しては即時にエラー通知を行うことができる。

また、第５態様に係る燃料電池システムは、前記所定温度として、エラーの対象とされる、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路の組み合わせによって異なる温度が設定されている。

第５態様に係る燃料電池システムによれば、所定温度として、ガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせ毎に経路診断可能な温度を適用することができる。

また、第６態様に係る燃料電池システムは、前記燃料電池モジュールが、電解質層、燃料極、及び空気極を有する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、炭化水素原料を含むガスを改質する改質器と、を備え、前記所定温度が、前記燃料電池スタックへの空気導入により燃料電池セルの再酸化が生じる温度である再酸化温度より高く、前記改質器へのガス導入により炭素析出が生じる温度である炭素析出温度以下の第１温度と、前記改質器に導入される改質水が気化する温度である気化温度より高く、前記再酸化温度以下の第２温度と、を含み、前記制御部が、エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記ガス経路及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記改質水経路及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記空気経路のみである場合に、前記第２温度以下になってからエラーを通知する制御を行い、エラーの対象が、前記ガス経路及び前記改質水経路の組み合わせ、又は、前記ガス経路のみである場合に、前記第１温度以下になってからエラーを通知する制御を行う。

第６態様に係る燃料電池システムによれば、ガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせ毎に、燃料電池ユニットの温度が所定温度以下になってからエラー通知を行うことができる。

また、第７態様に係る燃料電池システムは、前記制御部が、エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路以外、又は、前記改質水経路のみである場合に、即時にエラーを通知する制御を行う。

第７態様に係る燃料電池システムによれば、ガス経路、改質水経路、及び空気経路以外のエラー、あるいは、改質水経路のみのエラーに対しては即時にエラー通知を行うことができる。

更に、上記目的を達成するために、第８態様に係る制御装置は、発電を行う燃料電池モジュールが設けられ、かつ、前記燃料電池モジュールに接続されたガス経路、改質水経路、及び空気経路が設けられた燃料電池ユニットを備えた燃料電池システムの運転を制御する制御装置であって、前記燃料電池ユニットがエラーにより停止した場合に、エラーの種別を判定し、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合に、前記燃料電池ユニットの温度が所定温度以下になってからエラーを通知する制御を行う制御部を含む。

第８態様に係る制御装置によれば、第１態様に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。

更に、上記目的を達成するために、第９態様に係る制御プログラムは、コンピュータを、第１態様～第７態様のいずれか１の態様に係る制御装置が備える制御部として機能させる。

第９態様に係る制御プログラムによれば、第１態様～第７態様のいずれか１の態様に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、発電ユニットがエラー停止した場合に、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことができる。

第１実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１データテーブルの一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御プログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る第２データテーブルの一例を示す図である。 第２の実施形態に係る第３データテーブルの一例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御プログラムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、大きく分けて、燃料電池ユニット１２と、熱源機ユニットの一例である給湯ユニット１４との２ユニットで構成されている。なお、燃料電池ユニット１２は、後述する貯湯タンク４８を収容する貯湯タンクユニットを別体としてもよく、この場合、３ユニットで構成される。

燃料電池ユニット１２は、燃料ガス及び水を用いて発電を行う。また、貯湯タンク４８を備え、発電により生じた熱を熱交換で回収する伝熱媒体としての水を貯湯タンク４８に蓄える。給湯ユニット１４は、燃料電池ユニット１２で加熱された上水を目的の温度まで加熱して供給する。なお、貯湯タンク４８には、一例として、開放式のタンクを用いているが、加圧式のタンクを用いてもよい。

燃料電池ユニット１２は、発電を行う燃料電池の一例である燃料電池モジュール２０を備えている。燃料電池モジュール２０は、ガス供給路２１を介して、ガス継手２２に接続されており、ガス継手２２には、ガス供給管２４が接続されている。ガス供給管２４は、後述する給湯ユニット１４のバーナ１５０へ向かう流路と燃料電池モジュール２０へ向かう流路とに分岐されている。当該分岐を分岐部２４Ａと称する。

ガス供給管２４は、ガス本管（図示省略）に接続されており、ガス供給管２４には、炭化水素原料の一例であるメタンを主成分とする都市ガス（原料ガス）が供給される。ガス供給路２１には、脱硫部２６が設けられており、都市ガスに含まれた硫黄分や硫黄化合物が脱硫部２６で除去されて燃料電池モジュール２０に供給される。

また、燃料電池モジュール２０は、供給ポンプ２８を有する改質水流入路３０を介して貯留槽３２に接続されており、燃料電池モジュール２０には、貯留槽３２に貯留された改質水が供給ポンプ２８で供給される。この燃料電池モジュール２０には、空気ブロワ２１１が設けられた酸化ガス管２１２が接続されており、酸化ガス管２１２を介して、酸化ガス（外部の空気）が供給される。この燃料電池モジュール２０は、都市ガスと改質水とを改質反応させて水素を生成する水素生成部（改質器）を備えている。

図２は、第１の実施形態に係る燃料電池モジュール２０の構成の一例を示す図である。

図２に示すように、燃料電池モジュール２０は、筐体２０１の内部に、改質触媒２０２、バーナ２０３、及び燃料電池スタック２０５を主要な構成として備えている。

改質触媒２０２は、ガス供給路２１と接続されている。この改質触媒２０２には、脱硫部２６にて硫黄化合物が吸着除去された都市ガスがガス供給路２１を通じて供給される。この改質触媒２０２は、供給された都市ガスを、改質水流入路３０を通じて供給された改質水（凝縮水）を利用して水蒸気改質する改質器である。改質触媒２０２には、温度センサＳ１が設けられており、温度センサＳ１により改質温度が計測可能とされる。

バーナ２０３には、後述する排出路３４が接続されている。このバーナ２０３は、スタック排ガス管２０７を通じて供給されたバーナガス（スタックから排出されるガス）を燃焼し、改質触媒２０２を加熱する。そして、この改質触媒２０２では、脱硫部２６から供給された都市ガスから、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス管２０４を通じて後述する燃料電池スタック２０５の燃料極２０６に供給される。

燃料電池スタック２０５は、例えば、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル２０８（図２では１つのみ図示）を有している。各燃料電池セル２０８は、電解質層２０９と、この電解質層２０９の表裏面にそれぞれ積層された燃料極２０６と空気極２１０とを有している。燃料電池スタック２０５には、温度センサＳ２が設けられており、温度センサＳ２によりスタック温度が計測可能とされる。

空気極２１０（カソード極）には、空気ブロワ２１１が設けられた酸化ガス管２１２を通じて酸化ガス（外部の空気）が供給される。この空気極２１０では、下記式（１）で示されるように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層２０９を通って燃料極２０６に到達する。

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ^－ →Ｏ^２－ ・・・（１）

一方、燃料極２０６では、下記式（２）及び式（３）で示されるように、電解質層２０９を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水（水蒸気）及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極２０６で生成された電子は、外部回路を通って空気極２１０に到達する。そして、このようにして電子が燃料極２０６から空気極２１０に移動することにより、各燃料電池セル２０８において発電される。また、各燃料電池セル２０８は、発電時に上記反応に伴って発熱する。

（燃料極反応）
Ｈ_２ ＋Ｏ^２－ →Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ^２－ →ＣＯ_２＋２ｅ^－ ・・・（３）

燃料電池スタック２０５に接続されたスタック排ガス管２０７の上流側は、燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５に分岐されており、この燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５は、燃料極２０６及び空気極２１０にそれぞれ接続されている。燃料極２０６から排出された燃料極排ガスと、空気極２１０から排出された空気極排ガスとは、燃料極排ガス管２１４及び空気極排ガス管２１５を通じて排出されると共に、スタック排ガス管２０７内にて混合されてスタック排ガスとされる。このスタック排ガスは、燃料極排ガスに含まれる未反応の水素ガスを含んでおり、上述の通り、バーナ２０３にバーナガスとして供給される。なお、このバーナ２０３に、バーナ排ガスを排気熱交換器３６へ排出する排出路３４が接続されている。

燃料電池モジュール２０には、水素生成部での改質反応促進の為に利用した燃焼排ガスを排出する排出路３４が接続されている。排出路３４には、排気熱交換器３６が設けられており、排気熱交換器３６より下流側が貯留槽３２に接続されている。燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、排気熱交換器３６で後述する伝熱媒体５０との熱交換により冷却され、含有されている水蒸気が凝縮される。これにより、燃焼排ガスは、水とガスとに分けられ、水は貯留槽３２へ送られて改質水として再利用される。また、ガスは、排気口（図示省略）より排気される。

貯留槽３２には、排水ポンプ１００を有した排水路１０２が接続されており、排水路１０２は、排水継手１０２ａに接続された排水管１０４を介して下水道に接続されている。排水ポンプ１００は、貯留槽３２の水が所定量以上になった際に作動し、貯留槽３２内の水を、排水管１０４を介して下水道に排出する。

燃料電池モジュール２０は、上述したように、水素生成部で生成した水素を利用して発電を行う燃料電池スタック２０５を備えている。燃料電池モジュール２０の燃料電池スタック２０５で発電された電力は、インバータ回路３８によって交流に変換された後、接続端子４０ａに接続された供給線９２ａを介して外部へ供給される。

排気熱交換器３６には、伝熱媒体５０を排気熱交換器３６と貯湯タンク４８との間で循環させる熱回収循環路４２が接続されている。排気熱交換器３６と貯湯タンク４８とを接続する熱回収循環路４２の一方の流路である第一流路４２ａには、熱回収ポンプ４４及びラジエータ４６が設けられている。この第一流路４２ａのラジエータ４６より上流側は、貯湯タンク４８に接続されている。貯湯タンク４８には、伝熱媒体５０が貯留されており、伝熱媒体５０としては、一例として水が使用されている。貯湯タンク４８の上部は大気開放されている。また、貯湯タンク４８には、貯湯タンク内の上水の水位を計測する水位センサ５２が設けられている。

この第一流路４２ａは、貯湯タンク４８の下部に接続されており、貯湯タンク４８の下部に貯留された伝熱媒体５０が優先的に排気熱交換器３６へ送られる。貯湯タンク４８から熱回収循環路４２の第一流路４２ａに供給された伝熱媒体５０は、ラジエータ４６で冷却された後、熱回収ポンプ４４によって排気熱交換器３６へ送られる。なお、ラジエータ４６は、供給される伝熱媒体５０が高温の際など必要に応じてファンモータが作動する。

貯湯タンク４８から第一流路４２ａを介して排気熱交換器３６へ送られた伝熱媒体５０は、熱回収循環路４２の他方の流路である第二流路４２ｅを介して貯湯タンク４８に戻される。第二流路４２ｅは、貯湯タンク４８の上部に接続されている。燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスの熱は、排気熱交換器３６によって伝熱媒体５０へ移動され、この熱で加熱された伝熱媒体５０は、貯湯タンク４８の上部に戻される。これにより、燃料電池モジュール２０で発生した熱により貯湯タンク４８内の伝熱媒体５０が加熱される。

貯湯タンク４８に貯留された伝熱媒体５０は、熱回収循環路４２と異なる熱供給循環路５８を介して、燃料電池ユニット１２に設けられた上水熱交換器５４に供給される。これにより、貯湯タンク４８の伝熱媒体５０は、熱供給循環路５８に設けられた上水熱交換器５４を経て貯湯タンク４８へ戻される。

熱供給循環路５８の上水熱交換器５４よりも上流側の第一流路５８ａには、熱供給ポンプ５６が設けられている。熱供給ポンプ５６は、貯湯タンク４８の伝熱媒体５０の熱を利用して上水等を加熱する際に作動する。

第一流路５８ａの上流端は、貯湯タンク４８の上部に接続されており、貯湯タンク４８の上部に貯留された伝熱媒体５０が第一流路５８ａへ送出される。第一流路５８ａの下流端は、上水熱交換器５４と接続され、貯湯タンク４８の上部に貯留された伝熱媒体５０が上水熱交換器５４へ供給される。熱供給循環路５８の下流側の第二流路５８ｅは、貯湯タンク４８の下部に接続されており、上水熱交換器５４で熱が奪われた伝熱媒体５０は、貯湯タンク４８の下部側に戻される。

上水熱交換器５４には、流入側分岐点６０ａを有する流入路６０が接続されている。流入路６０は、入側管継手６２に接続されている。入側管継手６２は、例えば水道管の給水管６４に接続されており、流入路６０には、上水が供給される。

上水熱交換器５４には、流入路６０からの上水が熱交換後に流出する流出路６６が接続されている。流出路６６には、流出側分岐点６６ａが設けられており、流出側分岐点６６ａには、補水弁６８を有した補水路７１が接続されている。補水路７１は、熱供給循環路５８の第一流路５８ａに接続されており、補水弁６８を開作動することで、上水を伝熱媒体５０として、上水熱交換器５４の上流側から貯湯タンク４８へ供給することができる。

流出路６６の流出側分岐点６６ａの下流には、混合弁７２が設けられている。混合弁７２は、バイパス路７４を介して流入側分岐点６０ａに接続されている。混合弁７２は、流入路６０からの上水と上水熱交換器５４からの上水とを混合する弁であり、例えば流出温度が予め定められた設定温度となるように、流入路６０からの上水と上水熱交換器５４からの上水との混合比を調整する。

流出路６６の混合弁７２より下流側は、出側継手７６に接続されており、出側継手７６は、出湯管７８を介して、給湯ユニット１４の入水継手８０に接続されている。

また、給湯ユニット１４のガス継手８２には、ガス供給管２４が接続されており、給湯ユニット１４のバーナ１５０には、ガス供給管２４からの都市ガスが供給される。バーナ１５０の燃焼熱により、熱交換器１５４を通過する水が加熱される。

給湯ユニット１４の給湯継手８４には、給湯管８６が接続されており、給湯管８６は、お湯が利用される給湯箇所へ配索されている。そして、給湯ユニット１４に接続された排水管８８は、下水道に接続されている。

給湯ユニット１４の入水継手８０には、入水路１５２が接続されており、入水路１５２は、熱交換器１５４に接続されている。熱交換器１５４は、混合弁１５６を有する給湯路１５８を介して給湯継手８４に接続されており、混合弁１５６は、バイパス路１６０を介して入水路１５２の入水側分岐点１５２ａに接続されている。また、入水継手８０と入水側分岐点１５２ａとの間には、流量制御弁５３が設けられている。

混合弁１５６は、入水路１５２からの上水と熱交換器１５４からの上水とを混合する弁であり、入水路１５２からの上水と熱交換器１５４からの上水との混合比を調整する。

なお、給湯ユニット１４には、暖房用の暖房管や、ふろ追焚き用のふろ管などが配策されており、各々循環路を構成すると共に、熱交換器１５４での熱交換により循環路内の水が加熱される。これら暖房管、ふろ管については図示を省略している。

給湯ユニット１４は、燃料電池ユニット１２で加熱された上水、暖房管、ふろ管内を流れる水を必要に応じて加熱するバックアップ用の熱源機として機能する。

ガス供給管２４の分岐部２４Ａよりも上流側には、マイコンメータ７０が取り付けられている。マイコンメータ７０は、供給するガスの流量を計測すると共に、ガスの供給における異常を監視する複数の機能を有している。主たる監視機能としては、異常流出監視機能、感震機能、圧力監視機能、及び長時間使用監視機能等がある。

燃料電池ユニット１２には、コントローラとしての制御装置１１０が設けられている。制御装置１１０により、燃料電池システム１０の動作が制御される。制御装置１１０は、燃料電池ユニット１２及び給湯ユニット１４の各々に設けられた各種電装部品の制御を行う。また、制御装置１１０には、リモコン装置５１が接続されている。リモコン装置５１は、ユーザからの操作入力を受け付けると共に、燃料電池システム１０の状態情報、エラー情報等の各種の情報を表示する。

図３は、第１の実施形態に係る制御装置１１０の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

図３に示すように、本実施形態に係る制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１１４と、記憶部１１５と、外部インターフェース（以下、「外部Ｉ／Ｆ」という。）１１６と、を備えている。

ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、及びＩ／Ｏ１１４は、バスを介して各々接続されている。Ｉ／Ｏ１１４には、記憶部１１５と、外部Ｉ／Ｆ１１６と、を含む各機能部が接続されている。これらの各機能部は、Ｉ／Ｏ１１４を介して、ＣＰＵ１１１と相互に通信可能とされる。

記憶部１１５としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等が用いられる。記憶部１１５には、燃料電池システム１０の動作を制御するための制御プログラム１１５Ａが記憶される。なお、この制御プログラム１１５Ａは、ＲＯＭ１１２に記憶されていてもよい。

制御プログラム１１５Ａは、例えば、制御装置１１０に予めインストールされていてもよい。制御プログラム１１５Ａは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、制御装置１１０に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、光磁気ディスク、ＨＤＤ、ＤＶＤ-ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。

外部Ｉ／Ｆ１１６には、例えば、リモコン装置５１、第１温度センサＳ１、及び第２温度センサＳ２が接続されている。これらのリモコン装置５１、第１温度センサＳ１、及び第２温度センサＳ２は、外部Ｉ／Ｆ１１６を介して、ＣＰＵ１１１と通信可能に接続される。

ところで、上述したように、燃料電池ユニット１２がエラー停止した場合、全てのエラーの種別に対して、即時にエラー通知を行えばよいわけではなく、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことが望ましい。

このため、本実施形態に係る制御装置１１０のＣＰＵ１１１は、記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５ＡをＲＡＭ１１３に書き込んで実行することにより、図４に示す各部として機能する。

図４は、第１の実施形態に係る制御装置１１０の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１１０のＣＰＵ１１１は、エラー検知部１１１Ａ及びエラー通知制御部１１１Ｂとして機能する。なお、エラー通知制御部１１１Ｂは、制御部の一例である。

本実施形態に係るエラー検知部１１１Ａは、燃料電池ユニット１２で発生するエラーを検知する。具体的に、燃料電池ユニット１２に設けられた配管、タンク等の複数の構成部品にはそれぞれエラーの発生を検知するためのセンサが設けられており、センサの出力値がエラー検知部１１１Ａでモニタされる。エラー検知部１１１Ａは、センサの出力値が異常値を示した場合に、エラー発生として検知する。

本実施形態に係るエラー通知制御部１１１Ｂは、燃料電池ユニット１２がエラーにより停止した場合に、エラーの種別を判定し、ガス経路、改質水経路、及び空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合に、燃料電池ユニット１２の温度が所定温度以下になってからエラーを通知する制御を行う。エラーの通知先は、例えば、備え付けのリモコン装置５１とされる。なお、ガス経路、改質水経路、及び空気経路は、燃料電池ユニット１２に設けられ、燃料電池モジュール２０に接続された経路である。本実施形態の場合、ガス供給路２１は、ガス経路の一例であり、改質水流入路３０は、改質水経路の一例であり、酸化ガス管２１２は、空気経路の一例である。但し、これらのガス経路、改質水経路、及び空気経路は、燃料電池システム１０の構成に応じて各種の形態をとり得る。

上記の所定温度をＴ[℃]とした場合、所定温度Ｔには、一例として、改質触媒２０２に導入される改質水が気化する温度（例えば、１００℃、以下では「気化温度」という。）より高く、燃料電池スタック２０５への空気導入により燃料電池セル２０８の再酸化が生じる温度（例えば、３００℃、以下では「再酸化温度」という。）以下の温度が予め設定されている。この所定温度Ｔは、燃料電池ユニット１２がエラーにより停止した場合に、作業担当者による経路診断が可能になる温度とされる。ここでいう経路診断とは、作業担当者が、燃料電池ユニット１２の改質水経路、ガス経路、及び空気経路について故障の有無を診断する作業のことをいう。

また、燃料電池ユニット１２の温度には、燃料電池スタック２０５のスタック温度及び改質触媒２０２の改質温度の両方が用いられる。つまり、スタック温度及び改質温度の両方が所定温度Ｔ以下になってからエラーの通知が行われる。

また、エラー通知制御部１１１Ｂは、エラーの対象が、ガス経路、改質水経路、及び空気経路以外である場合に、即時にエラーを通知する制御を行う。

ここで、本実施形態に係る記憶部１１５には、第１データテーブル１１５Ｂが記憶されている。この第１データテーブル１１５Ｂは、エラー通知制御部１１１Ｂにより参照可能とされる。

図５は、第１の実施形態に係る第１データテーブル１１５Ｂの一例を示す図である。

図５に示す第１データテーブル１１５Ｂは、エラー種別（エラーコードＡ～Ｈ）毎に故障の可能性がある経路を予め指定して区分けしたデータテーブルである。エラーコードＡは、ガス経路、改質水経路、及び空気経路を対象とするコードである。エラーコードＢは、ガス経路及び改質水経路を対象とするコードである。エラーコードＣは、ガス経路及び空気経路を対象とするコードである。エラーコードＤは、ガス経路のみを対象とするコードである。エラーコードＥは、改質水経路及び空気経路を対象とするコードである。エラーコードＦは、改質水経路のみを対象とするコードである。エラーコードＧは、空気経路のみを対象とするコードである。これらのエラーコードＡ～Ｇには「所定温度以下でエラー表示」が対応付けられている。

また、エラーコードＨは、ガス経路、改質水経路、及び空気経路以外を対象とするコードである。このエラーコードＨには「即時エラー表示」が対応付けられている。

次に、図６を参照して、第１の実施形態に係る制御装置１１０の作用について説明する。

図６は、第１の実施形態に係る制御プログラム１１５Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１１１により記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５Ａが起動され、以下に示す各ステップが実行される。

図６のステップ３００では、ＣＰＵ１１１が、燃料電池ユニット１２で発生するエラーを検知したか否かを判定する。エラーを検知したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０１に移行し、エラーを検知していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３００で待機となる。

ステップ３０１では、ＣＰＵ１１１が、ステップ３００で検知したエラーのエラー種別を表すエラーコードを判定する。エラーコードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇのいずれかであると判定した場合（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの場合）、ステップ３０２に移行し、エラーコードＨであると判定した場合（Ｈの場合）、ステップ３０５に移行する。

ステップ３０２では、ＣＰＵ１１１が、一例として、上述の図５に示す第１データテーブル１１５Ｂを参照し、スタック温度及び改質温度が共に所定温度Ｔ以下になるまで待機する。

ステップ３０３では、ＣＰＵ１１１が、スタック温度及び改質温度が共に所定温度Ｔ以下になったか否かを判定する。スタック温度及び改質温度が共に所定温度Ｔ以下になったと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３０４に移行し、スタック温度及び改質温度が共に所定温度Ｔ以下にならないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３０２に戻り処理を繰り返す。

ステップ３０４では、ＣＰＵ１１１が、一例として、リモコン装置５１に対して、エラーコードを表示させ、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

一方、ステップ３０５では、ＣＰＵ１１１が、一例として、リモコン装置５１に対して、即時にエラーコードを表示させ、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

このように本実施形態によれば、燃料電池ユニットがエラーで停止した場合に、エラーの種別に応じて、適切なタイミングでエラー通知を行うことができる。このため、作業担当者が現場に到着してすぐにメンテナンス作業を行うことができ、作業担当者及びユーザの負担を軽減することができる。

[第２の実施形態]
本実施形態では、エラーを通知する所定温度がガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせによって異なる形態について説明する。

図７は、第２の実施形態に係る制御装置１１０Ａの機能的な構成の一例を示すブロック図である。

図７に示すように、本実施形態に係る制御装置１１０ＡのＣＰＵ１１１は、エラー検知部１１１Ａ及びエラー通知制御部１１１Ｂとして機能する。

本実施形態に係る所定温度Ｔには、エラーの対象とされる、ガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせによって異なる温度が設定されている。具体的に、所定温度Ｔには、第１温度及び第２温度が含まれる。第１温度は、再酸化温度（例えば、３００℃）より高く、改質触媒２０２へのガス導入により炭素析出が生じる温度（例えば、５００℃、以下では「炭素析出温度」という。）以下の温度である。第２温度は、気化温度（例えば、１００℃）より高く、再酸化温度以下の温度である。

本実施形態に係るエラー通知制御部１１１Ｂは、エラーの対象が、ガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせ、又は、ガス経路及び空気経路の組み合わせ、又は、改質水経路及び空気経路の組み合わせ、又は、空気経路のみである場合に、第２温度以下になってからエラーを通知する制御を行う。また、エラー通知制御部１１１Ｂは、エラーの対象が、ガス経路及び改質水経路の組み合わせ、又は、ガス経路のみである場合に、第１温度以下になってからエラーを通知する制御を行う。

また、エラー通知制御部１１１Ｂは、エラーの対象が、ガス経路、改質水経路、及び空気経路以外、又は、改質水経路のみである場合に、即時にエラーを通知する制御を行う。

ここで、本実施形態に係る記憶部１１５には、第１データテーブル１１５Ｂに代えて、第２データテーブル１１５Ｃ及び第３データテーブル１１５Ｄが記憶されている。これらの第２データテーブル１１５Ｃ及び第３データテーブル１１５Ｄは、エラー通知制御部１１１Ｂにより参照可能とされる。

図８は、第２の実施形態に係る第２データテーブル１１５Ｃの一例を示す図である。

図８に示す第２データテーブル１１５Ｃは、温度帯の区分けと各温度帯における改質水、ガス、及び空気の経路診断の可否を規定したデータテーブルである。燃料電池ユニット１２の温度帯は、温度帯[イ]、温度帯[ロ]、及び温度帯[ハ]を含んでいる。燃料電池モジュール２０の最高温度をＴ１[℃]、炭素析出温度をＴ２[℃]、再酸化温度をＴ３[℃]、気化温度をＴ４[℃]とした場合、温度帯[イ]は、炭素析出温度Ｔ２より高く、最高温度Ｔ１以下の温度帯である。温度帯[ロ]は、再酸化温度Ｔ３より高く、炭素析出温度Ｔ２以下の温度帯である。つまり、温度帯[ロ]は、第１温度を含む温度帯である。温度帯[ハ]は、気化温度Ｔ４より高く、再酸化温度Ｔ３以下の温度帯である。つまり、温度帯[ハ]は、第２温度を含む温度帯である。

図８の例の場合、改質水経路は、温度帯[イ]、温度帯[ロ]、及び温度帯[ハ]の全ての温度帯で診断可能である。ガス経路は、温度帯[イ]では診断不可で、温度帯[ロ]及び温度帯[ハ]では診断可能である。空気経路は、温度帯[イ]及び温度帯[ロ]では診断不可で、温度帯[ハ]では診断可能である。

図９は、第２の実施形態に係る第３データテーブル１１５Ｄの一例を示す図である。

図９に示す第３データテーブル１１５Ｄは、エラー種別（エラーコードＡ～Ｈ）毎に故障の可能性がある経路を予め指定して区分けしたデータテーブルである。エラーコードＡ、エラーコードＣ、エラーコードＥ、及びエラーコードＧには「温度帯[ハ]でエラー表示」が対応付けられている。エラーコードＢ及びエラーコードＤには「温度帯[ロ]以下でエラー表示」が対応付けられている。

また、エラーコードＦ及びエラーコードＨには「即時エラー表示」が対応付けられている。なお、本実施形態では、温度によらず改質水経路の診断が可能であることを想定しているため、エラーコードＦに対して「即時エラー表示」としている。しかし、システム構成によって改質水経路の診断に温度制約がある場合には、所定温度Ｔ以下になるまで待ってエラーを表示するようにしてもよい。

次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る制御装置１１０Ａの作用について説明する。

図１０は、第２の実施形態に係る制御プログラム１１５Ａによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１１１により記憶部１１５に記憶されている制御プログラム１１５Ａが起動され、以下に示す各ステップが実行される。

図１０のステップ３１０では、ＣＰＵ１１１が、燃料電池ユニット１２で発生するエラーを検知したか否かを判定する。エラーを検知したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１１に移行し、エラーを検知していないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１０で待機となる。

ステップ３１１では、ＣＰＵ１１１が、ステップ３１０で検知したエラーのエラー種別を表すエラーコードを判定する。エラーコードＢ又はエラーコードＤであると判定した場合（Ｂ、Ｄの場合）、ステップ３１２に移行し、エラーコードＡ、Ｃ、Ｅ、Ｇのいずれかであると判定した場合（Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇの場合）、ステップ３１５に移行し、エラーコードＦ又はエラーコードＨであると判定した場合（Ｆ、Ｈの場合）、ステップ３１７に移行する。

ステップ３１２では、ＣＰＵ１１１が、一例として、上述の図９に示す第３データテーブル１１５Ｄを参照し、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ロ]以下、つまり、第１温度以下になるまで待機する。

ステップ３１３では、ＣＰＵ１１１が、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ロ]以下になったか否かを判定する。スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ロ]以下になったと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１４に移行し、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ロ]以下にならないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１２に戻り処理を繰り返す。

ステップ３１４では、ＣＰＵ１１１が、一例として、リモコン装置５１に対して、エラーコードを表示させ、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

一方、ステップ３１５では、ＣＰＵ１１１が、一例として、上述の図９に示す第３データテーブル１１５Ｄを参照し、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ハ]、つまり、第２温度になるまで待機する。

ステップ３１６では、ＣＰＵ１１１が、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ハ]になったか否かを判定する。スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ハ]になったと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップ３１４に移行し、スタック温度及び改質温度が共に温度帯[ハ]にならないと判定した場合（否定判定の場合）、ステップ３１５に戻り処理を繰り返す。

一方、ステップ３１７では、ＣＰＵ１１１が、一例として、リモコン装置５１に対して、即時にエラーコードを表示させ、本制御プログラム１１５Ａによる一連の処理を終了する。

このように本実施形態によれば、エラーを通知する所定温度がガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせによって異なっている。このため、ガス経路、改質水経路、及び空気経路の組み合わせ毎に適切なタイミングでエラー通知を行うことができる。

以上、上記実施形態として、燃料電池システム及び制御装置を例示して説明したが、実施形態は、制御装置が備える各部の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、このプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体の形態としてもよい。

その他、上記実施形態で説明した燃料電池システム及び制御装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池ユニット
１４ 給湯ユニット
２０ 燃料電池モジュール
２１ ガス供給路
３０ 改質水流入路
５１ リモコン装置
１１０、１１０Ａ 制御装置
１１１ ＣＰＵ
１１１Ａ エラー検知部
１１１Ｂ エラー通知制御部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏ
１１５ 記憶部
１１５Ａ 制御プログラム
１１５Ｂ 第１データテーブル
１１５Ｃ 第２データテーブル
１１５Ｄ 第３データテーブル
１１６ 外部Ｉ／Ｆ
２１２ 酸化ガス管
Ｓ１、Ｓ２ 温度センサ

Claims (9)

1. 発電を行う燃料電池モジュールが設けられ、かつ、前記燃料電池モジュールに接続されたガス経路、改質水経路、及び空気経路が設けられた燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットがエラーにより停止した場合に、エラーの種別を判定し、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合に、前記燃料電池ユニットの温度が作業担当者による経路診断が可能になる所定温度以下になってからエラーを通知する制御を行う制御部を含む制御装置と、
   を備えた燃料電池システム。
2. 前記燃料電池モジュールは、電解質層、燃料極、及び空気極を有する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、炭化水素原料を含むガスを改質する改質器と、を備え、
   前記所定温度には、前記改質器に導入される改質水が気化する温度である気化温度より高く、前記燃料電池スタックへの空気導入により燃料電池セルの再酸化が生じる温度である再酸化温度以下の温度が設定されている
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池ユニットの温度には、前記燃料電池スタックの温度であるスタック温度及び前記改質器の温度である改質温度の両方が用いられる
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御部は、エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路以外である場合に、即時にエラーを通知する制御を行う
   請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記所定温度には、エラーの対象とされる、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路の組み合わせによって異なる温度が設定されている
   請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池モジュールは、電解質層、燃料極、及び空気極を有する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、炭化水素原料を含むガスを改質する改質器と、を備え、
   前記所定温度は、前記燃料電池スタックへの空気導入により燃料電池セルの再酸化が生じる温度である再酸化温度より高く、前記改質器へのガス導入により炭素析出が生じる温度である炭素析出温度以下の第１温度と、前記改質器に導入される改質水が気化する温度である気化温度より高く、前記再酸化温度以下の第２温度と、を含み、
   前記制御部は、
   エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記ガス経路及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記改質水経路及び前記空気経路の組み合わせ、又は、前記空気経路のみである場合に、前記第２温度以下になってからエラーを通知する制御を行い、
   エラーの対象が、前記ガス経路及び前記改質水経路の組み合わせ、又は、前記ガス経路のみである場合に、前記第１温度以下になってからエラーを通知する制御を行う
   請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御部は、エラーの対象が、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路以外、又は、前記改質水経路のみである場合に、即時にエラーを通知する制御を行う
   請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 発電を行う燃料電池モジュールが設けられ、かつ、前記燃料電池モジュールに接続されたガス経路、改質水経路、及び空気経路が設けられた燃料電池ユニットを備えた燃料電池システムの運転を制御する制御装置であって、
   前記燃料電池ユニットがエラーにより停止した場合に、エラーの種別を判定し、前記ガス経路、前記改質水経路、及び前記空気経路のうちの少なくとも１つが故障の可能性があるエラーである場合に、前記燃料電池ユニットの温度が作業担当者による経路診断が可能になる所定温度以下になってからエラーを通知する制御を行う制御部
   含む制御装置。
9. コンピュータを、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の制御装置が備える制御部として機能させるための制御プログラム。