WO2003079478A1

WO2003079478A1 - Système de génération d'énergie à pile à combustible

Info

Publication number: WO2003079478A1
Application number: PCT/JP2003/003186
Authority: WO
Inventors: Shinji Miyauchi; Tetsuya Ueda; Terumaru Harada; Masataka Ozeki; Masao Yamamoto; Akinari Nakamura; Yoshikazu Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2003-09-25
Also published as: EP1487042A1; US20040241510A1; CN1310364C; US7504168B2; EP1487042A4; CN1533622A

Description

明細書燃料電池発電システム技術分野

本発明は燃料電池を用いた燃料電池発電システムに関する。背景技術

従来の燃焼機器等の異常時の運転方法については、特開平 7— 2 9 4 0 0 1などに開示されている。なお、特開平 7— 2 9 4 0 0 1の文献の全ての開示は、そっくりそのまま引用する（参照する）ことにより、ここに一体化する。

図 5に従来例 1としての給湯装置（特開平 7— 2 9 4 0 0 1 ) の構成を示す。図 5において、水回路に設けられ加熱器 5を制御するための情報を検出する検出器 6、 7と、加熱器 5の運転 O NZ O F F及ぴ出湯口 2より給湯するお湯の温度を設定する操作器 8と、検出器 6、 7の情報と操作器 8の設定をもとに加熱器 5の発熱量及び発停を制御する制御器 9と、検出器 6、 7の情報と操作器 8の設定に関係なく、所定の制御量で加熱器 5を制御するサブ制御器 1 4と、制御器 9とサブ制御器 1 4の何れかを選択する手動操作の選択器 1 5と、検出器 6の情報が所定の範囲を逸脱したとき、制御器 9より優先して加熱器 5の運転を O F Fする異常制御器 1 3と、検出器 6とは別に独立して設けた異常温度上昇等の不安全状態を検出する不安全検出器 1 0と、この不安全検出器 1 0の信号により全ての制御器より優先して加熱器 5の作動を無条件で停止させる保安器 1 2を備え、異常制御器 1 3が作動して運転を O F Fしたときは、選択器 1 5の操作により加熱器 5の制御を制御器 9からサブ制御器 1 4に手動で切り換えるように構成されていた。

図 6に従来例 2としての燃料電池を用いた発電システムの構成を示す _c 図 6において、 2 1は燃料電池であり、燃料ガス供給手段 2 2は天然ガスなどの原料を水蒸気改質し、水素を主成分とするガスを生成して燃料電池 2 1に供給する。燃料ガス供給手段 2 2は、改質ガスを生成する改質器 2 3と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にするための一酸化炭素変成器 2 4とを具備している。燃料側加湿器 2 5では、燃料電池 2 1に供給する燃料ガスを加湿する。 2 6は空気供給装置であり、酸化剤の空気を燃料電池 2 1に供給する。このとき、酸化側加湿器 2 7で供給空気を加湿する。さらに、燃料電池 2 1に水を送って冷却する冷却配管 2 8と、冷却配管内の水を循環させるポンプ 2 9とを備えている。

また、熱交換器 3 0および循環ポンプ 3 1により燃料電池 2 1の発電による排熱を排熱回収配管 3 2を経由して貯湯タンク 3 3へ排熱回収するように接続されている。

さらに運転開始時は、燃料電池 2 1の起動時間を短縮するために、燃料処理装置 2 2において改質器 2 3や一酸化炭素変成器 2 4に内蔵されたヒータ、温度検知器（図示せず）を用いて、改質反応、変成反^に適した温度帯に到達するまでの時間を短縮させたり、冷却配管 2 8の経路においても、同様に冷却水を加熱するヒータ、温度検知器（図示せず）を用いて、発電反応に適した温度帯に到達するまでの時間を短縮させていた。

上記従来例 1 (図 5 ) の給湯装置では、検出器の故障で給湯装置が停止した場合において、製造者または販売者が安全を確認した上で選択器を操作して加熱器の制御を制御器からサブ制御器に切り換えることで検出器の故障に無関係に強制的に加熱器を所定量で運転するというもので、制御情報を検出する検出器の故障を異常対象としていたため、異常対応範囲が限定されていた。また、異常発生時には、製造者または販売者の立ち会いを前提に、手動にて選択器の切り換え操作により加熱器の制御をサブ制御器に切り換えるようにしているため、異常内容の軽微な故障等を簡単な方法で、速やかに対処することが出来なかった。

また、上記従来例 2 (図 6 ) の燃料電池発電システムは、燃料電池 2 1の起動時間を短縮するための改質器 2 3や一酸化炭素変成器 2 4に内蔵されたヒータの故障、異常時には、異常停止させた後、修理を待たざるを得ないといった課題があった。発明の開示

本発明は、上記従来の課題を解決し、異常発生時に、異常内容の軽微な故障を、予め決めておいた代替方法で対処し運転再開できる、信頼性の高い燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第 1の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池（2 1 ) と、

前記燃料電池（2 1 ) に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（ 2 2 ) と、

前記燃料電池（2 1 ) に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段（3 4 ) と、

前記燃料ガス供給手段（2 2 ) の温度を検知する状態検知手段（4 2 ) と、

前記状態検知手段（4 2 ) が検知した結果を利用して、前記燃料ガス供給手段（2 2 ) が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御手段（4 7) と、

異常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転モード切換手段（44) とを備え、

前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料ガス供給手段

(2 2) に含まれている変成手段（24) を加熱する変成ヒータ（43 ) の機能に代えて、前記燃料ガス供給手段（2 2) に含まれる、改質器

(2 3) 及ぴ改質ガスの熱伝導により想定される所定の制御温度到達時間を起動の際の制限時間として扱う機能で代用させるモードである燃料電池発電システムである。

また、第 2の本発明は、前記所定の制御温度到達時間は、予め前記変成ヒータ（42) で加熱しなかった場合の前記変成手段（24) の温度上昇特性を求めておき、その温度上昇特性における、起動開始から制御温度に到達するまでの時間より長い時間である第 1の本発明の燃料電池また、以下の第 3及び第 1 1の本発明は、上記従来例 2 (図 6) の燃料電池発電システムが、燃料電池 2 1の起動時間を短縮するための冷却配管 28の経路の冷却水を加熱するヒータの故障、異常時には、異常停止させた後、修理を待たざるを得ないといった課題を考慮したものである。

また、第 3の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を' 行う燃料電池（2 1) と、

前記燃料電池（2 1) に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（ 2 2) と、

前記燃料電池（2 1) に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段（34) と、

記燃料電池（2 1) へ供給される冷却水の温度を検知する状態検知手段（50) と、

前記状態検知手段（50) が検知した結果を利用して、前記燃料電池 (2 1) が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御手段（47) と、

異常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転モード切換手段（44) と、

前記燃料電池（2 1) で発生した熱を用いる貯湯タンク（3 3) とを備え、

前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料電池（2 1 ) への冷却水を加熱する冷却水ヒータ（4 9) の機能に代えて、前記貯湯タンク（3 3) の湯の熱を利用して前記冷却水を加熱する機能で代用させるモードである燃料電池発電システムである。

また、以下の第 4の本発明から第 7の本発明、及び第 1 2の本発明は、上記従来例 2 (図 6) の燃料電池発電システムが、燃料電池 2 1の温度検知器等の故障、異常時には、異常停止させた後、修理を待たざるを得ないといった課題を考慮したものである。

また、第 4の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池（2 1) と、

前記燃料ガス供給手段（2 2) の温度を検知する状態検知手段（4 1 、 3 8) と、

前記状態検知手段（4 1、 3 8) が検知した結果を利用して、前記状態検知手段（4 1、 3 8) 自体の異常を検知し、異常内容に対応した運 6

転モードにて運転制御を行う運転制御手段（4 7) と、

前記異常内容に対応した運転モードに切り換えるための運転モード切換手段（44) とを備えた燃料電池発電システムである。

また、第 5の本発明は、前記異常内容に対応した運転モードは、異常が発生した状態検知手段（4 1、 3 8) に代えて、予め決められている別の状態検知手段（4 1、 3 8) で代用させるモードである第 4の本発明の燃料電池発電システムである。

また、第 6の本発明は、前記異常が発生した状態検知手段とは、前記燃料ガス供給手段（2 2) に含まれる加熱手段（3 6) へ送り込まれる燃焼用空気の温度を検知する燃焼ファン吸込温度検知手段（3 8) であり、

前記代用される状態検知手段は、前記燃料ガス供給手段（2 2) に送り込まれる原料ガスの温度を検知するガス温度検知手段（4 1) である第 5の本発明の燃料電池発電システムである。

また、第 7の本発明は、前記異常が発生した状態検知手段とは、前記燃料ガス供給手段（2 2) に送り込まれる原料ガスの温度を検知するガス温度検知手段（4 1 ) であり、

前記代用される状態検知手段は、前記燃料ガス供給手段（2 2) に含まれる加熱手段（3 6) へ送り込まれる燃焼用空気の温度を検知する燃焼ファン吸込温度検知手虔 (3 8) である第 5の本発明の燃料電池発電また、第 8の本発明は、前記運転モード切換手段（44) は、リモコンのスィツチの所定の手順、組み合わせによる切替操作にて切り換える第 1〜 7の本発明のいずれかの燃料電池発電システムである。

また、第 9の本発明は、前記運転モ"ド切換手段（44) は、通信手段を介して宅外メンテナンス制御手段（54) より、異常内容に対応した運転プログラムを送信し、送信された運転プログラムにて運転するように遠隔操作にて切り換える第 1〜 7の本発明のいずれかの燃料電池発電システムである。

また、第 1 0の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電池発電システムの制御方法であって、

前記燃料ガス供給手段の温度を検知する状態検知ステップと、前記状態検知ステップが検知した結果を利用して、前記燃料ガス供糸 ;4厶

1 P 手段が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御ステップと、

異常内容に対応した運転モードに切り換える運転モード切換ステップとを備え、

前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料ガス供給手段に含まれている変成手段を加熱する変成ヒータの機能に代えて、前記燃料ガス供給手段に含まれる、改質器及び改質ガスの熱伝導により想定される所定の制御温度到達時間を起動の際の制限時間として扱う機能で代用させるモードである燃料電池発電システムの制御方法である。

また、第 1 1の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池で発生した熱を用いる貯湯タンクとを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電池発電システムの制御方法であって、前記燃料電池の温度を検知する状態検知ステップと、

前記状態検知ステップが検知した結果を利用して、前記燃料電池が果 8

たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御ステップと、

前記異常内容に対応した運転モードは、起動時前記燃料電池への冷却水を加熱する冷却水ヒータの機能に代えて、前記貯湯タンクの湯の熱を利用して前記冷却水を加熱する機能で代用させるモードである燃料電池発電システムの制御方法である。

また、第 1 2の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムを制御する燃料電池発電システムの制御方法であって、

前記燃料ガス供給手段、酸化剤ガス供給手段、もしくは燃料電池の少なくとも一つの温度を検知する状態検知ステップと、

前記状態検知ステップが検知した結果を利用して、前記状態検知ステップ自体の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御ステップと、

前記異常内容に対応した運転モードに切り換える運転モード切換ステップとを備えた燃料電池発電システムの制御方法である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1、 2における燃料電池発電システムのブロック構成図である

図 2は、本発明の実施の形態 2における燃料電池発電システムの運転時間に対するガス温度検知手段 4 1で検知される原料ガス温度と燃焼ファン吸い込み温度検知手段 3 8で検知される燃焼ファン吸い込み温度との関係を示す図である。

図 3は、本発明の実施の形態 3における燃料電池発電システムのプロック構成図である。

図 4は、本発明の実施の形態 4における燃料電池発電システムのプロック構成図である。

図 5は、従来例 1の燃料電池発電システムのプロック構成図である。図 6は、従来例 2の燃料電池発電システムのプロック構成図である。

(符号の説明）

2 1 燃料電池

2 2 燃料ガス供給手段

3 4 酸化剤ガス供給手段

3 5 改質温度検知手段

3 8 燃焼ファン吸込温度検知手段

4 1 ガス温度検知手段

4 2 変成温度検知手段

4 3 変成ヒータ

4 4 特殊運転モード切換手段

4 7 運転制御手段

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明の実施の形態 1における燃料電池発電システムのプロック構成図である。

図 1において、図 6で示した従来の燃料電池を用いた発電システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図 6のものに準ずるものとして説明を省略する。

3 4は、空気供給装置 2 6および供給空気を加湿する酸化側加湿器 2 7からなる酸化剤ガス供給手段である。改質器 2 3には、改質器 2 3の温度を検知する改質温度検知手段 3 5、原料ガスと水とを加熱する加熱手段 3 6、加熱手段 3 6へ燃焼用空気を供給する燃焼ファン 3 7、燃焼ファン 3 7への供給空気の温度を検知する燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が備えられている。

さらに、改質器 2 3には、原料ガスを供給するための原料ガス供給弁 3 9、加熱手段 3 6に燃焼ガスを供給するための燃焼ガス供給弁 4 0、原料ガス、燃料ガスの温度を検知するガス温度検知手段 4 1が備えられている。一酸化炭素変成器（以下、変成器とする） 2 4には、変成器 2 4の温度を検知する変成温度検知手段 4 2、変成器 2 4を加熱する変成器ヒータ 4 3が備えられている。

4 4は、燃料ガス供給手段 2 2、酸化剤ガス供給手段 3 4、燃料電池 2 1などの温度、流量、圧力等の状態を検知する状態検知手段またはヒータ、電磁弁、モータなどの異常検知後の特殊運転モードに切り換えるための特殊運転モード切換手段としてのリモコンであり運転状態を表示する表示部 4 5と運転、停止等のスィツチ操作をするための操作部 4 6 とを具備している。

4 7は、正常時は状態検知手段からの状態検知信号を入力し、予め決められた通常運転モードにて、各手段を駆動し運転制御するとともに、状態検知手段または各手段の所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した特殊運転モードにて運転を行う運転制御手段である。ここで改質温度検知手段 3 5、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8、ガス温度検知手段 4 1、変成温度検知手段 4 2、は燃料電池発電システムの状態を検知する、本発明の状態検知手段の具体例であり、例えばサーミスタ、熱電対等で構成される。また、燃焼ファン 3 7、原料ガス供給弁 3 9、燃焼ガス供給弁 4 0、変成器ヒータ 4 3は、本発明の異常を生じる手段の具体例である。

次に動作、作用について説明する。

燃料電池発電システムの起動、発電時には、運転制御手段 4 7は、燃料ガス供給手段 2 2の改質器 2 3において、加熱手段 3 6を介して天然ガスなどの原料と水を加熱し、発電量に応じて水蒸気改質させ、水素を主成分とするガスを生成して燃料電池 2 1に供給する。このとき、改質器 2 3の温度を改質温度検知手段 3 5により検知し、所定温度（水蒸気改質するための温度：約 6 0 0〜 7 0 0 °C) になるように制御するとともに、ガス温度検知手段 4 1により、原料ガス温度を検知し、原料ガス供給弁により供給される原料ガス量を温度補正する。

また、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8により、燃焼用空気温度を検知し、燃焼ファン 3 7により加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量を温度補正（空気密度補正）する。

変成器 2 4は、起動時、運転制御手段 4 7により変成ヒータ 4 3を用いて昇温し、起動時間を短縮させるとともに、変成温度検知手段 4 2により所定温度（変成反応するための温度：約 2 5 0〜 3 5 0 °C) になるように制御し、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水と反応させ二酸化炭素と水素にする変成反応を行う。ここで、変成ヒータ 4 3を用いることにより、変成器 4 3の昇温が促進され、数十分程度で起動できる。

次に、変成ヒータ 4 3が故障（断線）した場合、運転制御手段 4 7は、起動時、変成ヒータ 4 3へ駆動出力するにも関わらず変成温度検知手段 4 2により変成器温度上昇速度が正常時に比べ遅いことを検知する。所定時間内に所定温度に到達しなかった時点で、変成ヒータ 4 3の断線故障を確定し、運転モード切換手段であるリモコン 4 4の表示部 4 5に異常表示し異常停止する。

この後、リモコン 4 4の特殊操作（例えば、操作部 4 6の複数のスィツチの 2重押しや一定時間連続押し、またこれらスィツチ押し操作の組み合わせ）により、変成ヒータ 4 3が断線故障した場合の特殊運転モー' ドに切り換える。すなわち、変成ヒータ 4 3による昇温動作の無い場合の運転シーケンスに切り換える。

変成ヒータ 4 3が断線故障した場合の特殊運転モードでは、起動時、変成温度検知手段 4 2により変成器温度上昇速度が正常時に比べ遅いことを予め想定し、変成ヒータ 4 3の断線故障判定処理を行わず起動し、改質器 2 3、及ぴ改質ガスの温熱による熱伝導により想定される所定制御温度到達時間を制限時間として運転起動させる。なお、特殊運転モードゃ通常運転モードにおける燃料電池発電システムの起動時とは、加熱手段 3 6で改質器 2 3の加熱を開始した時点を意味する。

この所定制御温度到達時間は次のようにして求められたものである。すなわち、変成ヒータ 4 3で加熱しなかった場合の変成器の改質器 2 3 、及び改質ガスの温熱による熱伝導による温度上昇特性を予め把握しておく。そして、この温度上昇特性で燃料電池発電システムの起動開始から、変成反応の適用温度範囲の下限値である起動制御温度（例えば摂氏 2 5 0度）に到達するまでの時間の 1 . 2倍から 2 . 0倍の時間をこの所定制御温度到達時間とする。なお、起動制御温度は触媒体や装置構成により変動するものであり、上記温度に限定されるものではない。

従って、変成ヒータ 4 3が弾性故障した場合の特殊運転モードでは、燃料電池発電システムの起動開始から上記で求めた所定制御温度到達時間が経過した際に、燃料電池発電システムの運転制御を開始する。

また、燃料電池発電システムの起動開始から起動制御温度（例えば摂氏 2 5 0度）に到達するまでの時間の 0 . 2倍から 1 . 0倍までの時間はマージンとして設けたものである。すなわち、このマージンは、夏よりも冬の方が気温が低いなど気温の変動を見越して設けたものである。すなわち、気温が低温の場合であっても十分余裕を持って起動制御温度 (例えば摂氏 2 5 0度）に到達出来るようにするために設けたものである。なお、本実施の形態では、所定制御温度到達時間を、燃料電池発電システムの起動開始から起動制御温度（例えば摂氏 2 5 0度）に到達するまでの時間の 1 , 2倍から 2 . 0倍とするとして説明したが、これに限らない。気温が十分低温の時に上述した所定制御温度到達時間を決定した場合であれば、所定制御温度到達時間を、燃料電池発電システムの起動開始から起動制御温度（例えば摂氏 2 5 0度）に到達するまでの時間より若干長い時間すなわち、この時間の 1 . 2倍以下の時間にしても構わない。

その結果、正常時より起動時間が長くかかるものの発電動作には支障無く運転でき、かつ使用者は故障部品 (変成ヒータ) 交換するまで若干運転起動時間が長くなる他は正常時と同様に燃料電池発電システムを使用することができる。

またこの特殊運転モード運転の場合にも、制限時間内に所定温度に到達しなかった時点で、変成ヒータ 4 3の断線故障以外の異常を確定し、特殊運転モード切換手段であるリモコン 4 4の表示部 4 5にその旨の異常表示し異常停止するため特殊運転モードにおける安全性は確保できる。

(実施の形態 2 )

本発明の実施の形態 2を図 1を用いて説明する。この実施の形態 2の構成については、実施の形態 1と同様である。次に動作、作用について説明する。

燃料電池発電システムの正常時の起動、発電時の運転動作も実施の形態 1と同様である。

次に、状態検知手段のひとつである燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8 が故障（断線またはショート）した場合、運転制御手段 4 7は、リモコン 4 4からの運転開始操作時、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が正常温度範囲から外れていることで故障（断線またはショート）を確定し、特殊運転モード切換手段であるリモコン 4 4の表示部 4 5に異常表示し異常停止する。

この後、リモコン 4 4の特殊操作（例えば、操作部 4 6の複数のスィツチの 2重押しや一定時間連続押し、またこれらスィツチ押し操作の組み合わせ）により、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が故障（断線またはショート）した場合の特殊運転モードに切り換える。すなわち、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の検知信号による加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）の代わりに、ガス温度検知手段 4 1による原料ガス温度による温度補正に切り換える。

燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が故障（断線またはショート）した場合の特殊運転モードでは、起動時および発電時、概ね、ガス温度検知手段 4 1による原料ガス温度が燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の検知信号による加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気温度より若干低め（数 °Cから十数。 C) となることを予め想定し、ガス温度検知手段.4 1による原料ガス温度に若干の補正温度（数。 Cから十数。 C) を加算した温度を用いて燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の代用検知信号として加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）を行う。なお、原料ガス温度を推定する方法については後述する。

その結果、ガス温度検知手段 4 1による原料ガス温度は、正常時の燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）に近似し、季節や設置場所、運転時刻に対してある程度の相関関係をもつた温度検知信号であるため、概ね起動、発電動作には支障無く運転でき、かつ故障部品（燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8 ) 交換するまで改質器 2 3の加熱手段 3 6の加熱運転において、正常燃焼特性範囲内で、燃料電池発電システムを使用することができる。

また、この特殊運転モード運転の場合にも、加熱手段 3 '6の安全装置 (燃焼検知手段、温度過昇検知器等：図示せず） 'が具備されているため、これらが万一動作した時点で異常停止するため特殊運転モードにおける安全性は確保できる。

なお、上記実施の形態では、燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が故障 (断線またはショート）した場合の構成としているが、ガス温度検知手段 4 1が故障（断線またはショート）した場合に、逆に燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8により、ガス温度検知手段 4 1の代用する構成とすることによつても同様の効果を有することは言うまでもない。なお、原料ガス温度を推定する方法については後述する。

以下に、ガス温度検知手段 4 1または燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8が故障した場合に故障していない方の手段でどのように故障した方の手段を代替するかを詳細に説明する。

図 2に、燃料電池発電システムの運転時間に対するガス温度検知手段 4 1で検知される原料ガス温度と燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8で検知される燃焼ファン吸込温度との関係を示す。図 2には、燃焼開始から発電開始までの期間、及び発電開始から定格発電までの期間、及び定格発電以降の期間で、ガス温度検知手段 4 1で検知される原料ガス温度と燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8で検知される燃焼ファン吸込温度が示されている。また、図 2には、それぞれの期間におけるガス温度検知手段 4 1で検知される原料ガス温度の近似直線と燃焼ファン吸込温度検知手段 38で検知される燃焼ファン吸込温度の近似直線が示されている。

まず、燃焼開始から発電開始までの期間において、原料ガス温度は近似直線 A 1で近似され、燃焼ファン吸込温度は近似直線 B 1で近似される。すなわち、近似直線 A 1及ぴ近似直線 B 1はそれぞれ以下に示す数 1及び数 2のように表される。

(数 1 )

A l = a l X T+C l

(数 2)

B l = b l X T+D l

ここで、 a 1は、近似直線 A 1の傾きであり、 C 1は、燃料電池発電装置の加熱手段 3 6の燃焼開始時の原料ガス温度である。また、 b lは、近似直線 B 1の傾きであり、 D 1は、燃料電池発電装置の加熱手段 3 6の燃焼開始時の燃焼ファン吸込温度である。また、 Tは、燃料電池発電装置の加熱手段 3 6の燃焼開始時からの経過時間である。また、 C 1 と D 1は等しい。すなわち、燃料電池発電装置の加熱手段 3 6の燃焼開始時には、原料ガス温度と燃焼ファン吸込温度とは等しい。

ここで燃焼ガス吸込温度検知手段 38が故障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段 4 1により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原料ガス温度に時間 Tにおける数 2から数 1を減算した値、すなわち（B l— A 1) を加算した値を用いて燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の代用検知信号として加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密度捕正）を行う。

逆に、ガス温度検知手段 4 1が故障した場合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知した燃焼ファン吸込温度に時間 Tにおける数 1から数 2を減算した値、すなわち（A 1—B 1 ) を加算した値を用いてガス温度検知手段 4 1の代用検知信号として原料ガス供給弁により供給される原料ガス量の温度補正を行う。

次に、発電開始から定格発電までの期間において、原料ガス温度は近似直線 A 2で近似され、燃焼ファン吸込温度は近似直線 B 2で近似される。すなわち、近似直線 A 2及び近似直線 B 2はそれぞれ以下に示す数 3及び数 4のように表される。

(数 3 )

A 2 = a 2 X T + C 2

(数 4 )

B 2 = b 2 X T + D 2

ここで、 a 2は、近似直線 A 2の傾きであり、 C 2は、発電開始時の原料ガス温度である。また、 b 2は、近似直線 B 2の傾きであり、 D 2 は、発電開始時の燃焼ファン吸い込み温度である。また、 Tは、発電開始時からの経過時間である。また、 a 2と b 2は実質上等しい。

ここで燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8が故障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段 4 1により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原料ガス温度に A 2と B 2の予め決められた偏差（固定値） E 2を加算した値を用いて燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の代用検知信号として加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）を行う。

逆に、ガス温度検知手段 4 1が故障した場合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知した燃焼ファン吸込温度に A 2と B 2の予め決められた偏差（固定値） E 2を減算した値を用いてガス温度検知手段 4 1の代用検知信号として原料ガス供給弁により供給される原料ガス量の温度補正を行う。

次に、定格発電以降の期間において、原料ガス温度は近似直線 A 3で近似され、燃焼ファン吸込温度は近似直線 B 3で近似される。すなわち、近似直線 A 3及び近似直線 B 3はそれぞれ以下に示す数 5及ぴ数 6のように表される。

(数 5)

A 3 = a 3 XT + C 3

(数 6)

B 3 =b 3 XT+D 3

ここで、 a 3は、近似直線 A 3の傾きであり、 C 3は、定格発電開始時の原料ガス温度である。また、 b 3は、近似直線 B 3の傾きであり、 D 3は、定格発電開始時の燃焼ファン吸い込み温度である。また、 Tは、燃料電池発電装置の定格発電開始時からの経過時間である。また、 a 3と b 3は実質上等しい。

ここで燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8が故障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段 4 1により原料ガス温度を検知する。そして、検知した原料ガス温度に A 2と B 2の予め決められた偏差（固定値） E 3を加算した値を用いて燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8の代用検知信号として加熱手段 3 6に供給される燃焼用空気量の温度補正（空気密度補正）を行.う。

逆に、ガス温度検知手段 4 1が故障した場合の特殊運転モードでは、燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8により燃焼ファン吸込温度を検知する。そして、検知した燃焼ファン吸込温度に A 3と B 3の予め決められた偏差（固定値） E 3を減算した値を用いてガス温度検知手段 4 1の代用検知信号として原料ガス供給弁により供給,される原料ガス量の温度補正を行う。このように燃焼ガス吸込温度検知手段 3 8またはガス温度検知手段 4 1が故障した場合の特殊運転モードでは、ガス温度検知手段 4 1で検知される原料ガス温度の近似直線と燃焼ファン吸込温度検知手段 3 8で検知される燃焼ファン吸込温度の近似直線とを利用して、故障した手段の検知温度を推定し、その推定した検知温度を制御に用いることにより、故障した手段を代替することが出来る。

(実施の形態 3 )

図 3は本発明の実施の形態 3における燃料電池発電システムのプロック構成図である。

図 3において、図 6で示した従来の燃料電池発電システムおよび、図 1で示した実施の形態 1の燃料電池発電システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図 6，図 1のものに準ずるものとして説明を省略する。

4 8は、冷却配管 2 8の経路において燃料電池 2 1の冷却水を加熱するための冷却水タンク、 4 9は冷却水タンク 4 8内に設けられた冷却水ヒータ、 5 0は、冷却配管 2 8の冷却水温度を検知する冷却水温度検知手段であり、運転制御手段 4 7に温度検知信号を出力し、冷却水ヒータ 4 9にヒータ出力信号を印加するように接続されている。

また、貯湯タンク 3 3には、タンク内に貯湯されたお湯の温度を検知するための貯湯タンク温度検知手段 5 1， 5 2， 5 3がタンクの上部、中部、下部に設置されている。

次に動作、作用について説明する。

燃料電池発電システムの起動時には、運転制御手段 4 7は、冷却配管 2 8の経路の冷却水タンク 4 8内に設けられた冷却水ヒータを介して、冷却水を加熱し、冷却水温度検知手段 5 0により冷却水温度を検知しつつ、発電反応に適した温度帯に到達させる。さらに、発電時には、燃料電池 2 1の発電による排熱をポンプ 2 9を介して冷却水として循環させ、熱交換器 3 0により排熱回収配管 3 2を流れる水と熱交換し、循環ポンプ 3 1により貯湯タンク 1 3に排熱回収させる。

次に、冷却水ヒータ 4 9が故障（断線）した場合、運転制御手段 4 7 は、起動時、冷却水ヒータ 4 9へ駆動出力するにも関わらず冷却水温度検知手段 5 0により冷却水温度が上昇しないことを検知する。所定時間内に所定温度に到達しなかった時点で、冷却水ヒータ 4 9の断線故障を確定し、特殊運転モード切換手段であるリモコン 4 4の表示部 4 5に異常表示し異常停止する。

この後、リモコン 4 4の特殊操作（例えば、操作部 4 6の複数のスィツチの 2重押しや一定時間連続押し、またこれらスィツチ押し操作の組み合わせ）により、冷却水ヒータ 4 9が断線故障した場合の特殊運転モードに切り換える。すなわち、冷却水ヒータ 4 9による昇温動作の無い場合の運転シーケンスに切り換える。

冷却水ヒータ 4 9が断線故障した場合の特殊運転モードでは、起動時、冷却水配管 2 8の経路に加熱手段がないため、貯湯タンク 3 3に貯湯されたお湯の熱を利用して冷却水を加温させる。すなわち、貯湯タンク 3 3の貯湯状態を貯湯タンク温度検知手段 5 1， 5 2，' 5 3により検知し、貯湯量が一定量以上あれば循環ポンプ 3 1と冷却水ポンプ 2 9を駆動し、通常発電時の排熱回収の熱搬送とは逆の熱搬送を行なわせることにより、冷却水温度を上昇させる。

その結果、正常時より起動時間が長くかかるものの発電動作には支障無く運転でき、かつ使用者は故障部品（冷却水ヒータ）交換するまで若干運転起動時間が長くなる他は正常時と同様に燃料電池発電システムを使用することができる。また、この特殊運転モード運転の場合にも、制限時間内に所定温度に到達しなかった時点'で、冷却水ヒータ 4 9の断線故障以外の異常を確定し、特殊運転モード切換手段であるリモコン 4 4の表示部 4 5にその旨の異常表示し異常停止するため、特殊運転モードにおける安全性は確保できる。

さらに、冷却水タンク 4 8には安全装置（温度過昇検知器等：図示せず）が具備されているため、これらが万一作動した時点で異常停止するため特殊運転モードにおける 2重の安全性は確保できる。

(実施の形態 4 )

図 4は本発明の実施の形態 4における燃料電池発電システムのプロック構成図である。

図 4において、図 6で示した従来の燃料電池発電システムおよび、図 1， 2で示した実施の形態 1， 2， 3の燃料電池発電システムと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図 6，図 1， 2のものに準ずるものとして説明を省略する。

5 4は、宅外メンテナンス会社、 5 5は、宅外メンテナンス会社内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器、 5 6は通信回線であり、燃料電池発電システムの運転制御手段 4 7に接続されている。

次に動作、作用について説明する。 .

燃料電池発電システムの正常運転時には、運転制御手段 4 7は、必要に応じて運転データのうち、メンテナンス情報（例えば、フィルター消耗部品の累積使用時間等）をリモコン 4 4を介して、宅外メンテナンス会社 5 4内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器 5 5に送信する。

宅外メンテナンス会社 5 4は、顧客の燃料電池発電システムのメンテナンス情報を常時監視、管理するるとともにメンテナンス部品が交換時期になればその旨を顧客に通知する。または、通信回線 5 6を経由してリモコン 4 4の表示部 4 5に表示させる。

次に、状態検知手段自体、あるいは各手段の所定の機能が故障した場合、運転制御手段 4 7は、故障内容を正常時と同様に緊急メンテナシス情報としてリモコン 4 4を介して、宅外メンテナンス会社 5 4内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器 5 5に送信する。

宅外メンテナンス会社 5 4は、顧客の燃料電池発電システムの緊急メンテナンス情報を入手すると故障（異常）内容を解析するるとともに、故障内容に応じて実施の形態 1， 2， 3記載の特殊運転モードにて対処可能な故障（異常）であった場合は、特殊運転プログラムを通信回線 5 6を経由して、顧客の燃料電池発電システムのリモコン 4 7に送信する _c そして、送信された特殊運転モードにて再運転してもらうように顧客に依頼する。

従って、サービスマンが顧客宅に出向くまでもなく、緊急対応ができ、故障内容に応じた故障部品が入手次第、 1回の顧客訪問で故障（異常 ) 発生を解決できる。

もちろん、この特殊運転モード運転の場合にも、上記他の実施の形態と同様に当該故障以外の異常も監視した上で再運転をおこなうため、特殊運転モードにおける安全性は確保できる。

さらに、安全装置（温度過昇検知器等：図示せず）が具備されているため、これらが万一作動した時点で異常停止するため特殊運転モードに ,おける 2重の安全性は確保できる。

なお、上記実施の形態では、リモコン 4 4から通信回線 5 6を経由して宅外メンテナンス会社 5 4内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器 5 5に送信する構成としているが、運転制御手段 4 7に通信機能を持たせ、運転制御手段 4 7から直接宅外メンテナンス会社 5 4内の燃料電池発電システム用メンテナンス通信機器 5 5に送信する構成とすることによっても同様の効果を有することは言うまでもない。

なお、本実施の形態の宅外メンテナンス会社 5 4は本発明の宅外メンテナンス制御手段の例である。

産業上の利用可能性

以上の説明から明らかなように、本発明の燃料電池発電システムによれば、次の効果が得られる。 .

燃料電池発電システムの状態検知手段の異常 ·故障だけでなく、ァクチユエータ等の異常 ·故障も異常対象とし、異常 ·故障内容に応じた特殊運転モードにて再運転可能なため、幅広い異常 ·故障に対応でき、使用者に機器使用停止の不便を掛けずに安全運転が行える。

特殊運転モードの切換手段も、リモコンの特殊操作等による簡単な切換手段による切り換え操作により切り換え可能にしているため、速やかな異常対処のできる燃料電池発電システムとなる。

特殊運転モードにて対処可能な故障（異常）の場合は、宅外メンテナンス会社より特殊運転プログラムを通信回線を経由して、顧客の燃料電池発電システムに送信することにより、暫定的運転が可能となり、サービスマンが顧客宅に出向くまでもなく、緊急対応ができ、故障内容に応じた故障部品が入手でき次第、 1回の顧客訪問で故障（異常）発生を解決できる。

Claims

請求の範囲

1 - 燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段の温度を検知する状態検知手段と、

前記状態検知手段が検知した結果を利用して、前記燃料ガス供給手段が果たす所定の機能の異常を検知し、異常内容に対応した運転モードにて運転制御を行う運転制御手段と、 .

異常内容に対応した運転モードに切り換えるための蓮転モード切換手段とを備え、

前記異常内容に対応した運転モードは、起動峙前記燃料ガス供給手段に含まれている変成手段を加熱する変成ヒータの機能に代えて、前記燃料ガス供給手段に含まれる、改質器及び改質ガスの熱伝導により想定される所定の制御温度到達時間を起動の際の制限時間として扱う機能で代用させるモードである燃料電池発電システム。

2 . 前記所定の制御温度到達時間は、予め前記変成ヒータで加熱しなかった場合の前記変成手段の温度上昇特性を求めておき、その温度上昇特性における、起動開始から制御温度に到達するまでの時間より長い時間である請求項 1記載の燃料電池発電システム。

3 . 前記運転モード切換手段は、リモコンのスィッチの所定の手順、組み合わせによる切替操作にて切り換える請求項 1または 2に記載の燃料電池発電システム。

4 . 前記運転モード切換手段は、通信手段を介して宅外メンテナンス制御手段より、異常内容に対応した運転プログラムを送信し、送信された運転プログラムにて運転するように遠隔操作にて切り換える請求項 1または 2に記載の燃料電池発電システム。