(57)【要約】【課題】燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行う、ことを目的とする。【解決手段】運転制御装置８０は、ＳＯＦＣ及びＳＯＦＣから排出される燃料ガスを用いて運転されるＭＧＴを組み合わせて発電を行い、ＳＯＦＣから排出されるガスをＳＯＦＣへ循環させる再循環ブロワを備えた複合発電システムの運転の停止を制御する。そして、運転制御装置８０は、複合発電システムの異常を検知する異常検知部８２と、異常検知部８２がＳＯＦＣの停止を必要とする異常を検知した場合にＳＯＦＣを停止すると共に、再循環ブロワの運転の可否及びＳＯＦＣの圧力容器内温度の低下に応じて、ＳＯＦＣへ供給するガスの種類を決定する停止動作決定部８４と、を備える。【選択図】図２
2014146477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行い、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワを備えた複合発電システムの運転制御装置であって、
前記複合発電システムの異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段が前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合に前記燃料電池を停止すると共に、前記再循環ブロワの運転の可否及び前記燃料電池の容器内温度の低下に応じて、前記燃料電池へ供給するガスの種類を決定する停止動作決定手段と、
を備える複合発電システムの運転制御装置。
【請求項２】
前記停止動作決定手段は、前記燃料電池を停止させて前記容器内をパージした後に不活性ガス及び還元性ガスを前記燃料電池へ供給し、その後、水蒸気の供給が可能で、かつ水蒸気と燃料ガスとから還元性ガスの生成を可能な温度領域において、還元性ガスの供給を停止して水蒸気及び燃料ガスを前記燃料電池へ供給する請求項１記載の複合発電システムの運転制御装置。
【請求項３】
前記停止動作決定手段は、水蒸気と燃料ガスとから還元性ガスの生成を可能な温度領域未満となった場合、水蒸気及び燃料ガスの供給を停止して還元性ガスを前記燃料電池へ供給する請求項１又は請求項２記載の複合発電システムの運転制御装置。
【請求項４】
前記停止動作決定手段は、前記再循環ブロワの運転が不可能な場合、前記再循環ブロワの運転が可能な場合に比べて、より多くの不活性ガスを前記燃料電池へ供給する請求項１から請求項３の何れか１項記載の複合発電システムの運転制御装置。
【請求項５】
前記停止動作決定手段は、前記再循環ブロワの運転が不可能な場合であって、発電が不可能な温度まで前記燃料電池の温度が低下すると、不活性ガスの供給量をそれまでに比べて減少させる請求項４記載の複合発電システムの運転制御装置。
【請求項６】
燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関と、
前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワと、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の運転制御装置と、
を備える複合発電システム。
【請求項７】
燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行い、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワを備えた複合発電システムの運転方法であって、
前記複合発電システムの異常を検知する異常検知工程と、
前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合に前記燃料電池を停止すると共に、前記再循環ブロワの運転の可否及び前記燃料電池の容器内温度の低下に応じて、前記燃料電池へ供給するガスの種類を決定する停止動作決定工程と、
を含む複合発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の最適な運転停止が制御できる複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池（Solid  Oxide  Fuel  Cell、以下「ＳＯＦＣ」という。）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、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。
【０００３】
また、ＳＯＦＣと内燃機関である例えばガスタービンとを組み合わせて発電を行う複合発電システムも知られている。
特許文献１には、複合発電システムで、系統遮断時にガスタービンの燃焼器へのガス供給を緊急停止できないため、タービン発電機が発電した電力を消費する電力消費部を設けることで、系統遮断時にガスタービンの回転上昇や過回転を防止するように制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また従来、ＳＯＦＣの異常発生による停止動作は、異常内容に応じて処理ステップが一意に決定されている。しかしながら、複合発電システムでは、各機器の状態に応じた操作判断が複雑であり、異常発生時に適切な停止動作の制御方法の確立が望まれている。
【０００６】
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、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行える、複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法は以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明の第一態様に係る複合発電システムの運転制御装置は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行い、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワを備えた複合発電システムの運転制御装置であって、前記複合発電システムの異常を検知する異常検知手段と、前記異常検知手段が前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合に前記燃料電池を停止すると共に、前記再循環ブロワの運転の可否及び前記燃料電池の容器内温度の低下に応じて、前記燃料電池へ供給するガスの種類を決定する停止動作決定手段と、を備える。
【０００９】
本構成に係る運転制御装置は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転の停止を制御する。複合発電システムには、燃料電池から排出されるガスを燃料電池へ循環させる再循環ブロワが備えられる。燃料電池から排出されるガスとは、燃料電池から排出される燃料ガスや燃料電池の冷却用の不活性ガス等である。
【００１０】
本構成は、複合発電システムの異常を異常検知手段によって検知する。そして、燃料電池の停止を必要とする異常が検知された場合、停止動作決定手段によって、燃料電池が停止されると共に、再循環ブロワの運転の可否及び燃料電池の容器内温度の低下に応じて、燃料電池へ供給するガスの種類が決定される。再循環ブロワの運転の可否によっては、例えば冷却用の不活性ガスの供給量を変えなければならず、燃料電池の容器内の温度に応じても適正なガスの種類がある。
すなわち、本構成は、複合発電システムに異常が検知された場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、再循環ブロワの運転の可否及び燃料電池の容器内温度の低下に応じて、燃料電池へ供給するガスを決定するので、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行うことができる。
【００１１】
上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、前記燃料電池を停止させて前記容器内をパージした後に不活性ガス及び還元性ガスを前記燃料電池へ供給し、その後、水蒸気の供給が可能で、かつ水蒸気と燃料ガスとから還元性ガスの生成を可能な温度領域において、還元性ガスの供給を停止して水蒸気及び燃料ガスを前記燃料電池へ供給することが好ましい。
【００１２】
燃料電池へ供給するための水蒸気は、通常の複合発電システムの運転において停止させている外部のボイラの運転を開始しなければ供給できない。そこで、本構成によれば、ボイラによる水蒸気の供給が可能となるまで還元性ガス（例えば水素ガス）を燃料電池へ供給する。一方、水蒸気の供給が可能で、かつ水蒸気と燃料ガスとから還元性ガスの生成を可能な温度領域において、還元性ガスの供給を停止して水蒸気及び燃料ガスを燃料電池へ供給する。これにより燃料ガスと水蒸気とから還元性ガスである水素が生成される改質反応が燃料極で起こり、水素により燃料極を還元雰囲気にすることができ、燃料電池の改質が可能となる。また、燃料ガスと水蒸気との反応は吸熱反応であるため、燃料電池の冷却がより促進される。これにより、本構成は、燃料電池が停止した場合における還元性ガスの消費量を抑制すると共に、燃料電池の冷却を促進できる。
【００１３】
上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、水蒸気と燃料ガスとから還元性ガスの生成を可能な温度領域未満となった場合、水蒸気及び燃料ガスの供給を停止して還元性ガスを前記燃料電池へ供給することが好ましい。
【００１４】
本構成によれば、水蒸気及び燃料ガスによって燃料電池を改質できない温度領域となっても、燃料電池を引き続き冷却させることができる。
【００１５】
上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、前記再循環ブロワの運転が不可能な場合、前記再循環ブロワの運転が可能な場合に比べて、より多くの不活性ガスを前記燃料電池へ供給することが好ましい。
【００１６】
本構成によれば、再循環ブロワの運転が不可能な場合であっても、不活性ガスによって燃料電池の冷却が可能となる。一方、再循環ブロワが運転可能な場合は、再循環ブロワの作用により、強制的に不活性ガスが循環されるため、再循環ブロワの運転が不可能な場合に比べ、より少ない不活性ガスによって燃料電池を冷却できる。
また、燃料電池内部に備えられている燃料や空気の供給ヘッダは、金属製である。燃料電池の反応室と供給ヘッダとは断熱材により遮熱されているが、燃料電池が停止されてガスの供給が不十分となると、その後供給ヘッダの温度が上昇し過ぎ、通常運転時よりも高くなる可能性がある。そこで、再循環ブロワの運転が不可能な場合は、再循環ブロワの運転が可能な場合に比べてより多くの不活性ガスが供給されるので、再循環ブロワの運転が不可能であるにもかかわらず、供給ヘッダの温度が高くなり過ぎることが防止される。
【００１７】
上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、前記再循環ブロワの運転が不可能な場合であって、発電が不可能な温度まで前記燃料電池の温度が低下すると、不活性ガスの供給量をそれまでに比べて減少させることが好ましい。
【００１８】
発電が不可能な温度まで燃料電池の温度が低下すると、燃料電池内の温度分布も均一化された状態となるため、多量の不活性ガスを用いた急速な冷却が不必要となる。発電が可能な温度では、燃料極と酸素との反応により燃料極に酸化物が生じるためである。このため、本構成は、発電が不可能な温度まで燃料電池の温度が低下した場合に、不活性ガスの供給量をそれまでに比べて減少させるので、不活性ガスの消費量を抑制することができる。また、燃料電池の温度が、発電が不可能な温度まで低下すると、燃料電池内部に備えられている燃料や空気の供給ヘッダの温度が上昇し過ぎる懸念も小さくなる。
【００１９】
本発明の第二態様に係る複合発電システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関と、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワと、上記記載の運転制御装置と、を備える。
【００２０】
本発明の第三態様に係る複合発電システムの運転方法は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行い、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワを備えた複合発電システムの運転方法であって、前記複合発電システムの異常を検知する異常検知工程と、前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合に前記燃料電池を停止すると共に、前記再循環ブロワの運転の可否及び前記燃料電池の容器内温度の低下に応じて、前記燃料電池へ供給するガスの種類を決定する停止動作決定工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行える、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る複合発電システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る運転制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る異常停止判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係るトリップ状態Ａが行われた場合におけるＳＯＦＣの燃料極への供給ガスの変化を示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトリップ状態Ｂが行われた場合におけるＳＯＦＣの燃料極への供給ガスの変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る複合発電システム１０の構成図である。
複合発電システム１０は、燃料電池及び燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行う。なお、複合発電システム１０は、常時監視が行われている。
【００２５】
燃料電池であるＳＯＦＣ１２は、空気極に酸化性ガス（本実施形態では空気）が供給されるとともに燃料極に燃料ガスが供給されることにより発電を行う。ＳＯＦＣ１２は、圧力容器１４に覆われている。また、ＳＯＦＣ１２は、圧力容器１４内の圧力を計測する圧力センサ１５Ａ及び圧力容器１４内の温度を計測する温度センサ１５Ｂが備えられる。
【００２６】
内燃機関は、一例として小型のガスタービン（以下、マイクロガスタービン、「ＭＧＴ」という。）１６である。
ＭＧＴ１６は、圧縮した空気をＳＯＦＣ１２の空気極に供給するコンプレッサ１８、空気極から排出された排出空気及び少なくとも燃料極から排出された燃料ガスが供給され、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器２０、燃焼器２０から排出された燃焼ガスにより回転駆動するタービン２２が設けられる。
【００２７】
ＳＯＦＣ１２には、燃料供給ライン２４を介して、還元性ガス（本実施形態では水素ガス）、水蒸気、不活性ガス（本実施形態では窒素ガス）、及び燃料ガス（本実施形態では都市ガス）が供給可能とされる。また、各ガスに対応してガスの流量を調整する流量調整弁（以下、「流調弁」という。）２８Ａ〜２８Ｄが設けられている。
燃料ガスとしては、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、都市ガス（ＣＮＧ）、水素（Ｈ２）
および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガス系ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスが用いることが可能である。なお、燃料ガスは、燃料予熱器２６で余熱された後に、ＳＯＦＣ１２へ供給される。
【００２８】
ＳＯＦＣ１２から排出された燃料ガスは、冷却器３０で冷却され、燃料再循環ライン３２によって燃焼器２０へ供給されると共にＳＯＦＣ１２へ戻される。燃料再循環ライン３２には、ＳＯＦＣ１２内の差圧を制御する制御弁３４、及びＳＯＦＣ１２から排出されるガスをＳＯＦＣ１２へ循環させる再循環ブロワ３６が備えられる。
【００２９】
また、燃料再循環ライン３２におけるＳＯＦＣ１２へ燃料を戻すラインには流調弁３８が備えられ、燃焼器２０へ燃料を供給するラインには遮断弁４０が備えられる。
燃料再循環ライン３２は、分岐され、排出ライン４２によって燃料ガスをパージ可能とされている。排出ライン４２には、減圧弁４４が設けられている。すなわち、複合発電システム１０内の燃料ガスは、減圧弁４４が開かれるとパージされる。
【００３０】
また、ＳＯＦＣ１２は、コンプレッサ１８で圧縮され、空気予熱器（再生熱交換器）４８で予熱された空気が空気供給ライン４６を介して供給される。空気供給ライン４６には、コンプレッサ１８からの空気の流量を調整する流調弁５０が備えられる。空気供給ライン４６は、分岐されたバイパスライン５４によって一部の空気をＳＯＦＣ１２へ供給せずに、排出空気供給ライン５６を介して燃焼器２０へ供給可能とされている。バイパスライン５４にはバイパスライン５４を通過する空気の流量を調整する流調弁５８が備えられている。
ＳＯＦＣ１２から排出された空気は、排出空気供給ライン５６によって燃焼器２０へ供給される。排出空気供給ライン５６には、循環させる空気の流量を制御する制御弁６０が備えられる。
排出空気供給ライン５６は、分岐され、排出ライン６２によって空気をパージ可能とされている。排出ライン６２には、減圧弁６４が設けられている。すなわち、複合発電システム１０内の空気は、減圧弁６４が開かれるとベントされる。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る運転制御装置８０の電気的構成を示すブロック図である。運転制御装置８０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、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、各種機能が実現される。
【００３２】
運転制御装置８０は、異常検知部８２、停止動作決定部８４、及び停止指示部８６を備える。
【００３３】
異常検知部８２は、複合発電システム１０の異常を検知する。具体的には、異常検知部８２は、複合発電システム１０の複数の計測点の計測結果（以下、「常時監視データ」という。）が入力され、常時監視データに基づいて異常を検知する。なお、常時監視データは、例えば、各箇所の圧力、ＳＯＦＣ１２の燃料極と空気極との差圧、各箇所の温度、各箇所のガス濃度、各箇所のドレンポットレベル、各箇所のガス流量、及びＳＯＦＣ１２の発電電流等である。
【００３４】
停止動作決定部８４は、異常検知部８２がＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び複合発電システム１０の運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する。
【００３５】
具体的には、停止動作パターン記憶部８８が、記憶されている異常の状態及び運転状態の組み合わせに応じた停止動作パターンを記憶している。そして、停止動作決定部８４は、異常の状態及び複合発電システム１０の運転状態の組み合わせに応じた停止動作を停止動作パターン記憶部８８から読み取る。なお、停止動作パターンは、詳細を後述するトリップ状態Ｂ、トリップ状態Ａ、トリップ状態Ａ’に基づいて複数パターンに設定されている。トリップ状態とは、複合発電システム１０が異常検知することで発電を停止する状態のことを示している。
【００３６】
停止指示部８６は、停止動作決定部８４で決定された停止動作を行うための制御指示を各種機器へ出力する。
【００３７】
図３は、複合発電システム１０を異常停止させる場合の判定処理（以下、「異常停止判定処理」という。）の流れを示すフローチャートである。異常停止判定処理は、運転制御装置８０によって複合発電システム１０の運転開始と共に行われる。
【００３８】
まず、ステップ１００では、常時監視データの入力を受け付ける。
【００３９】
次のステップ１０２では、入力された常時監視データに基づいて複合発電システム１０の状態（以下、「システム状態」という。）を確認する。具体的には、常時監視データにより示される計測点毎の値と、計測点毎に予め定められている許容範囲とが比較される。
【００４０】
次のステップ１０４では、許容範囲外となった計測点があるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０６へ移行し、否定判定の場合はステップ１００へ戻り、常時監視データの入力及びシステム状態の確認が定期的に繰り返される。
【００４１】
ステップ１０６では、許容範囲外となった計測点の値が、ＳＯＦＣ１２の停止を必要とする重異常であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１１０へ移行し、否定判定の場合はステップ１０８へ移行する。なお、ステップ１０８へ移行する場合は、異常が複合発電システム１０の停止を必要としない軽異常の場合である。なお、重異常の場合は、複合発電システム１０の停止を必要とする。
【００４２】
ステップ１０８では、軽異常であるので警報を発令し、ステップ１００へ戻るが、その過程で、運転員等により軽異常内容の確認と軽異常の解消が行われる。
【００４３】
ステップ１１０では、運転監視データの入力を受け付ける。
運転監視データは、複合発電システム１０の運転状態を監視するためのデータであり、本実施形態では、再循環ブロワ３６の運転可否を示す再循環ブロワ運転データや窒素ベントを行うために窒素ガスの連続供給（以下、「窒素連給」という。）の可否を示す窒素連給データである。
【００４４】
ステップ１１２では、運転監視データに基づいて運転状態を確認する。本実施形態に係る運転状態は、再循環ブロワ３６の運転の可否及び不活性ガスである窒素の供給の可否である。これにより、運転制御装置８０は、窒素ガスを用いたＳＯＦＣ１２の冷却の可否を簡易に判定できる。
【００４５】
ステップ１１４では、運転監視データに関連する制御機器の動作が正常か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１１６へ移行する。否定判定の場合はステップ１１０へ移行するが、その過程で制御機器が正常に動作するように対応し、再び運転監視データ基づいて運転状態を確認する。
【００４６】
ステップ１１６では、システム状態及び運転状態に基づいて、ＳＯＦＣ１２に対する停止動作を行い、異常停止判定処理を終了する。
このように本実施形態に係る運転制御装置８０は、複合発電システム１０に異常を検知した場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、異常を検知した際の複合発電システム１０の運転状態に応じた複合発電システム１０の停止動作を行う。従って、運転制御装置８０は、ＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な複合発電システム１０の停止動作を行うことができる。
【００４７】
なお、ステップ１００からステップ１１４は異常検知部８２の機能に相当し、ステップ１１６は停止動作決定部８４及び停止指示部８６の機能に相当する。
【００４８】
また、上述した異常停止判定処理では、許容範囲外となった計測点があった場合に、異常の発生を検知する形態について説明したが、これに限らず、警報の発令等によって、異常の発生を検知する形態としてもよい。
【００４９】
次に、システム状態の重異常と運転状態との組み合わせに応じた停止動作について表１から表４の例を参照して説明する。
表１から表４は、停止動作をトリップ状態に基づいて、「Ａ」，「Ａ’」，「Ｂ」と表示する。なお、表１から表４に示されるシステム状態の重異常は、一例である。また、表１から表４における再循環流路の運転の可否は、再循環ブロワ３６の運転の可否である。
【００５０】
トリップ状態Ｂは、複合発電システム１０の運転が困難だが、再循環ブロワ３６が動作可能な場合（運転継続困難状態）に、ＳＯＦＣ１２の燃料極側に対して行われる通常停止である。具体的には、トリップ状態Ｂは、複合発電システム１０の補機の停止、ＳＯＦＣ１２へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めを一時的に行った後に、ＭＧＴ１６の停止を行い、ＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内を含む複合発電システム１０内を減圧する。そして、トリップ状態Ｂは、再循環ブロワ３６を用いて燃料ガスを窒素ガスで通気（パージ）し、温度が十分低下した後にパージに用いた窒素ガスの供給を停止する。
【００５１】
トリップ状態Ａは、複合発電システム１０の運転ができない場合（運転不可状態）に、ＳＯＦＣ１２の燃料極側に対して行われる至急停止である。具体的には、トリップ状態Ａは、複合発電システム１０の補機の停止、ＳＯＦＣ１２へのガスの供給を停止と共にガスの封じ込めを一時的に行った後に、ＭＧＴ１６の停止を行い、ＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内を含む複合発電システム１０内を減圧する。そして、トリップ状態Ａは、再循環ブロワ３６を用いずに燃料ガスを窒素ガスで通気（パージ）し、温度が十分に低下した後にパージに用いた窒素ガスの供給を停止する。
このように、トリップ状態Ｂとトリップ状態Ａとは、再循環ブロワ３６の運転可否の差異によって選択される。トリップ状態Ｂでは、再循環ブロワ３６を用いることで、トリップ状態Ａに比べて少ない窒素ガスでパージが可能となる。
【００５２】
トリップ状態Ａ’は、運転不可状態であり、再循環ブロワ３６の運転と共に窒素連給が不可能な場合、すなわち窒素ガスによるパージができず、至急停止よりも緊急性が高い場合に、ＳＯＦＣ１２の燃料極側に対して行われる緊急停止である。具体的には、トリップ状態Ａ’は、複合発電システム１０の補機の停止、ＳＯＦＣ１２へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めを行った後に、ＭＧＴ１６の停止を行い、ガスを封じ込めたままとする。
【００５３】
このように、トリップ状態Ｂ、トリップ状態Ａ、及びトリップ状態Ａ’の選択は、運転状態として、不活性ガスである窒素ガスの循環の可否、すなわち、再循環ブロワ３６の運転可否及び窒素連給の可否に基づく。窒素ガスの循環が可能な運転状態であれば、窒素ガスを循環させることで複合発電システム１０を冷却可能なためである。特に、トリップ状態Ｂでは、再循環ブロワ３６を用いて窒素ガスを循環させるため、ＳＯＦＣ１２の燃料極側の冷却が迅速に行われることとなる。
【００５４】
表１は、異常の原因がＭＧＴ１６の異常の場合であり、検知された異常を、ＭＧＴ制御盤の異常、燃焼器２０入口の空気温度の異常、及びコンプレッサ１８の元圧の異常に細分化した例である。
ＭＧＴ制御盤の異常及び燃焼器２０入口の空気温度の異常は、その他の装置に重大な影響を及ぼすことから、再循環ブロワ３６の運転が可能かつ窒素連給が可能であってもトリップ状態Ａによって停止動作が行われる。
また、表１〜表４において「−」と表示されている場合は、運転状態として再循環流路の運転可否や窒素連給可否という運転状態以外の、ＳＯＦＣ１２に直接関与しない要因との組合せを考慮して判断するものを一括して「―」と表記していて、停止動作を行わないことを示してはいない。運転状態の例示件数が増加することによる、トリップ状態の判断状況が混乱しないよう説明を省略しているものである。
例えば、表１にて、システム状態としてＭＧＴ制御盤異常を監視し、運転状態として窒素連給が不可能な場合の判断において、表示されていない運転状態としてはＭＧＴ１６の運転可否があり、ＭＧＴ１６の運転が停止している場合には、空気の供給ができないので、トリップ状態Ａ’の停止動作が行われる。また、異常の原因が複数による場合として、例えば、複合発電システム１０の制御異常（表３参照）及び停電や原料の異常（表４参照）の組合せにより生じるものは、表３や表４に示される異常原因の組み合わせに対応する判断を行い、トリップ状態Ａ’の停止動作が行われる。
【表１】
2014146477.tif 000003
【００５５】
表２は、異常の原因がＳＯＦＣ１２の異常の場合であり、検知された異常をＳＯＦＣ１２の空気入口／出口温度の異常、空気流量の異常、燃料入口／出口温度の異常、燃料流量／濃度の異常、圧力の異常、及び電圧の異常に細分化した例である。
【表２】
2014146477.tif 000004
【００５６】
表３は、異常の原因が制御の異常の場合であり、検知された異常を制御弁３４，６０等の制御不能、複合発電システム１０の制御装置（例えば、Distributed  Control  System：ＤＣＳ）の制御不能に細分化した例である。制御装置による制御が不能となると、ＳＯＦＣ１２とＭＧＴ１６間の温度及び圧力等といったＳＯＦＣ１２の故障につながるパラメータを制御することができなくなる異常であるため、トリップ状態Ａ’
に基づいた停止動作が行われる。
【表３】
2014146477.tif 000005
【００５７】
表４は、異常の原因が停電又は原料の供給異常の場合である。
停電が発生すると制御装置は、バックアップ電源により動作状態を維持する。一方、再循環ブロワ３６及び制御弁３４，６０等の補機は、電力供給が遮断され、動作が停止する。従って、停電が発生すると制御装置が分電盤において電力供給の停止を検知し、再循環ブロワ３６が使用できない状態での最適な停止動作としてトリップ状態Ａ’による停止動作が行われる。なお、停電には、手動による非常停止も含まれる。
原料の供給異常は、水素ガス、空気、及び窒素ガス等の主原料の供給が途絶えることである。原料の供給異常は、各装置に重大な影響を及ぼすことから、トリップ状態Ａ’による停止動作が行われる。
【表４】
2014146477.tif 000006
【００５８】
次に、トリップ状態Ａ及びトリップ状態Ｂが行われる場合の停止動作について詳細に説明する。
【００５９】
ＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常が検知された場合、停止動作決定部８４によって、トリップ状態Ａ、トリップ状態Ａ’、又はトリップ状態ＢによってＳＯＦＣ１２が停止されると共に、再循環ブロワ３６の運転の可否及びＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内温度の低下に応じて、ＳＯＦＣ１２へ供給するガスの種類が決定される。再循環ブロワ３６の運転の可否によっては、例えば冷却用の窒素ガスの供給量を変えなければならず、ＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内の温度に応じても適正なガスの種類がある。なお、トリップ状態Ａ’では、ガスの封じ込めが行われるため、ガス供給が変更されることはない。
【００６０】
図４は、トリップ状態Ａが行われた場合におけるＳＯＦＣ１２の燃料極への供給ガスの変化を示した図である。図４において、横軸は時間経過を示し、縦軸は各ガスの流量を示している。図４の縦軸において、複数種類のガスが供給されているものは、それぞれのガスの流量を示しており、最上端の値は、該当時間での各ガス累計流量値に相当する。なお、図４は、トリップ状態Ａであるため、再循環ブロワ３６は停止される。
本実施形態では、ＳＯＦＣ１２が発電を可能な温度（例えば７００℃）以上、都市ガスと水蒸気とによる水素ガスの生成を可能な温度領域（例えば７００℃から４００℃）、水素ガスの供給によるＳＯＦＣ１２の内部改質を行う温度領域（例えば４００℃から１００℃）、それ以下の温度領域（例えば１００℃）に分け、ＳＯＦＣ１２へのガス供給を変更する。
【００６１】
まず、時間Ｔ０においてトリップ状態Ａが開始され、複合発電システム１０の補機の停止、ＳＯＦＣ１２の負荷遮断、ＳＯＦＣ１２へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めが一時的（例えば数秒間）に行われた後に解列され、燃焼器２０への燃料の供給停止、ＳＯＦＣ１２へ空気の供給の停止、ＭＧＴ１６の出口開放、及び減圧弁６４が開かれてＳＯＦＣ１２の空気極側の出口ベント開放が行われる。
【００６２】
そして、ＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内の温度が、発電を可能な温度（例えば７００℃）以上である時間Ｔ１において、各流調弁２８Ａ〜２８Ｄが閉じられて都市ガス、水蒸気、窒素ガス等の各種ガスの供給が停止される。また、再循環ブロワ３６が運転されている場合は、再循環ブロワ３６が停止される。
次に、時間Ｔ０を起点にガスの封じ込めが一時的（例えば数秒間）に行われた後に、
減圧弁４４が開かれてＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内が減圧され、時間Ｔ１には大気圧となる。また同様に、時間Ｔ０を起点にガスの封じ込めが一時的（例えば数秒間）に行われた後に、流調弁２８Ｃが開かれて燃料供給ライン２４の窒素ガスによるパージが開始されると共に、流調弁２８Ａが開かれて水素ガスの供給が開始される。これにより、水素ガスは、窒素ガスによって希釈されることとなる。
【００６３】
一方、流調弁５０が開かれてＳＯＦＣ１２の空気極への空気の供給が開始され、ＳＯＦＣ１２の冷却が行われる。このとき、ＳＯＦＣ１２の燃料極側と空気極側との差圧が大きくなり過ぎないように制御される。
【００６４】
なお、図４では、時間Ｔ０と時間Ｔ１とが異なる時間であるが、時間Ｔ０から時間Ｔ１は数１０分を要する。
【００６５】
時間Ｔ１．５では、圧力容器１４内の温度が発電を可能な温度（例えば７００℃）以上であるが、水蒸気の供給が可能となった時間である。
水蒸気の供給が可能となった場合、流調弁２８Ａが閉じられて水素の供給が停止され、流調弁２８Ｂ，２８Ｄが開かれて水蒸気と都市ガスの供給が開始される。なお、窒素ガスの供給は継続される。また、外部のボイラが立ち上り、水蒸気が供給可能になると、水蒸気と都市ガスをＳＯＦＣ１２へ供給することで、燃料極で内部改質反応が生じて、還元性ガスである水素ガスを生成しながら、内部改質の吸熱反応により、ＳＯＦＣ１２の発電室の降温が行われる。
【００６６】
時間Ｔ２では、圧力容器１４内の温度が、発電が不可能な温度（例えば７００℃未満）に到達した時間であり、窒素ガスの供給量を減少させる。都市ガスと水蒸気の供給は継続される。
【００６７】
時間Ｔ２．５では、圧力容器１４内の温度が都市ガスと水蒸気とによる水素ガスの生成を可能な温度領域（例えば７００℃から４００℃）未満となった場合であり、流調弁２８Ｂ，２８Ｄが閉じられて水蒸気と都市ガスの供給が停止され、流調弁２８Ａが開かれて水素ガスの供給が再び開始される。
【００６８】
時間Ｔ３では、圧力容器１４内の温度がガスの供給を停止する温度（例えば１００℃）に達した時間であり、各種ガスの供給が停止され、燃料供給ライン２４及び空気供給ライン４６が大気開放される。なお、時間Ｔ３に至るまで、ＳＯＦＣ１２の空気極側に対しては冷却のための空気の供給が継続して行われる。
【００６９】
このように、運転制御装置８０は、ＳＯＦＣ１２を停止させて圧力容器１４内をパージした後に窒素ガス及び水素ガスをＳＯＦＣ１２へ供給し、その後、水蒸気の供給が可能で、かつ水蒸気と都市ガスとから水素ガスの生成を可能な温度領域（７００℃から４００℃：時間Ｔ１．５〜２．５）において、水素ガスの供給を停止して水蒸気及び都市ガスをＳＯＦＣ１２へ供給する。
【００７０】
ＳＯＦＣ１２へ供給するための水蒸気は、通常の複合発電システム１０の運転において停止させている外部のボイラの運転を開始しなければ供給できない。そのため、ボイラによる水蒸気の供給が可能となるまで水素ガスがＳＯＦＣ１２へ供給される。そして、ボイラによる水蒸気の供給が可能で、かつ水蒸気と都市ガスとから水素ガスの生成を可能な温度領域において、水素ガスの供給を停止して水蒸気及び都市ガスがＳＯＦＣ１２へ供給されることとなる。これにより水蒸気と都市ガスとから還元性ガスである水素が生成される改質反応が燃料極で起こり、水素により燃料極を還元雰囲気にすることができ、ＳＯＦＣ１２の燃料極の健全性の維持が可能となる。また、水蒸気と都市ガスとの反応は吸熱反応であるため、ＳＯＦＣ１２の冷却がより促進される。これにより、本実施形態に係る複合発電システム１０の運転は、ＳＯＦＣ１２を停止した場合における水素ガスの消費量が抑制されるので、水素ボンベを多量に保有する必要性がなくなると共に、ＳＯＦＣ１２の冷却が促進されるので、短時間で低コストに冷却処理が進むという非常に有効な対処となる。
【００７１】
また、運転制御装置８０は、水蒸気と都市ガスとから水素ガスの生成を可能な温度領域（７００℃から４００℃：時間Ｔ２．５）未満となった場合、水蒸気及び都市ガスの供給を停止して水素ガスをＳＯＦＣ１２へ供給する。これより、水蒸気及び都市ガスによってＳＯＦＣ１２を改質できない温度領域となっても、燃料極の健全性を維持することができる。
【００７２】
一方、図５は、トリップ状態Ｂが行われた場合におけるＳＯＦＣ１２の燃料極への供給ガスの変化を示した図である。図５において、横軸は時間経過を示し、縦軸は各ガスの流量を示している。図５の縦軸において、複数種類のガスが供給されているものは、それぞれのガスの流量を示しており、最上端の値は、該当時間での各ガス累計流量値に相当する。トリップ状態Ｂでは、再循環ブロワ３６が運転可能であるため、再循環ブロワ３６を用いた窒素ガスの循環が行われる。
【００７３】
図４，５から分かるように、再循環ブロワ３６の運転が不可能なトリップ状態Ａは、再循環ブロワ３６の運転が可能なトリップ状態Ｂに比べて、より多くの窒素ガスをＳＯＦＣ１２へ供給する。
【００７４】
これにより、再循環ブロワ３６の運転が不可能なトリップ状態Ａであっても、窒素ガスによってＳＯＦＣ１２の冷却を十分可能となる。一方、再循環ブロワ３６が運転可能なトリップ状態Ｂは、再循環ブロワ３６の作用により、強制的に窒素ガスが循環されるため、トリップ状態Ａに比べ、より少ない窒素ガスによってＳＯＦＣ１２を冷却できる。
また、ＳＯＦＣ１２内部に備えられている燃料や空気の供給ヘッダは、金属製である。ＳＯＦＣ１２の反応室と供給ヘッダとは断熱材により遮熱されているが、ＳＯＦＣ１２が停止されてガスの供給が不十分となると、その後供給ヘッダの温度が上昇し過ぎ、通常運転時よりも高くなる可能性がある。そこで、トリップ状態Ａは、トリップ状態Ｂに比べてより多くの不活性ガスが供給されるので、再循環ブロワ３６の運転が不可能であるにもかかわらず、供給ヘッダの温度が高くなり過ぎることが防止される。
【００７５】
さらに、運転制御装置８０は、トリップ状態Ａにおいて、発電が不可能な温度（例えば７００℃：時間Ｔ２）までＳＯＦＣ１２の温度が低下すると、窒素ガスの供給量をそれまでに比べて減少させる。
【００７６】
発電が不可能な温度までＳＯＦＣ１２の温度が低下すると、ＳＯＦＣ１２内の温度分布も均一化された状態となるため、多量の窒素ガスを用いた急速な冷却が不必要となる。発電が可能な温度では、燃料極と酸素との反応により燃料極に酸化物が生じるためである。例えば、燃料極がニッケルの場合、酸素との反応により酸化ニッケルが生成される。
このため、発電が不可能な温度までＳＯＦＣ１２の温度が低下した場合に、窒素ガスの供給量がそれまでに比べて減少されるので、窒素ガスの消費量を抑制することができる。また、ＳＯＦＣ１２の温度が、発電が不可能な温度まで低下すると、ＳＯＦＣ１２内部に備えられている燃料や空気の供給ヘッダの温度が上昇し過ぎる懸念も小さくなる。
【００７７】
次に図５を参照してトリップ状態Ｂが行われた場合におけるＳＯＦＣ１２の燃料極への供給ガスの変化を説明する。
【００７８】
まず、時間Ｔ０’においてトリップ状態Ｂが開始され、複合発電システム１０の補機の停止、ＳＯＦＣ１２の負荷遮断、ＳＯＦＣ１２へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めが一時的（例えば数秒間）に行われた後に解列され、燃焼器２０への燃料及び空気の供給が停止されることでＭＧＴ１６の停止が行われる。そして、時間Ｔ０’を起点にガスの封じ込めが一時的（例えば数秒間）に行われた後の時間Ｔ０”に、窒素ガスの供給と水素ガスの供給が開始される。なお、再循環ブロワ３６は運転が継続されたままである。なお、トリップ状態Ａのように窒素ガスによるパージは行われない。
【００７９】
時間Ｔ０’では、圧力容器１４内の温度が発電可能な温度（例えば７００℃以上）の場合であり、ＭＧＴ１６の出口開放、ＳＯＦＣ１２の空気極側の出口ベント開放が行われる。
次に、ＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内が減圧され、時間Ｔ１’には大気圧とされ、その前の時間Ｔ０”では水素ガスの供給が開始される。これにより、水素ガスは、窒素ガスによって希釈されることとなる。
【００８０】
一方、ＳＯＦＣ１２の空気極へも空気の供給が開始され、ＳＯＦＣ１２の冷却が行われる。このとき、ＳＯＦＣ１２の燃料極側と空気極側との差圧が大きくなり過ぎないように制御される。
【００８１】
時間Ｔ１．５’では、圧力容器１４内の温度が水蒸気と都市ガスとから水素ガスの生成を可能な温度領域以上（例えば４００℃以上）で、ボイラが立ち上がり、水蒸気を供給可能になり水蒸気の供給が可能となった時間である。
水蒸気の供給が可能となった場合、水素の供給が停止され、都市ガスと水蒸気の供給が開始される。なお、窒素ガスの供給は継続される。
【００８２】
時間Ｔ２．５’では、圧力容器１４内の温度が都市ガスと水蒸気とによる水素ガスの生成を可能な温度領域未満（例えば４００℃未満）となった場合であり、都市ガスと水蒸気の供給が停止され、水素ガスの供給が開始される。
【００８３】
時間Ｔ３’では、圧力容器１４内の温度がガスの供給を停止する温度（例えば１００℃）に達した時間であり、各種ガスの供給を停止し、燃料供給ライン２４及び空気供給ライン４６を大気開放する。なお、時間Ｔ３’に至るまで、ＳＯＦＣ１２の空気極側に対しては冷却のための空気の供給が継続して行われる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態に係る運転制御装置８０は、ＳＯＦＣ１２及びＳＯＦＣ１２から排出される燃料ガスを用いたＭＧＴ１６によって発電を行い、ＳＯＦＣ１２から排出されるガスをＳＯＦＣ１２へ循環させる再循環ブロワ３６を備えた複合発電システム１０の運転の停止を制御する。そして、運転制御装置８０は、複合発電システム１０の異常を検知する異常検知部８２と、異常検知部８２がＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常を検知した場合にＳＯＦＣ１２を停止すると共に、再循環ブロワ３６の運転の可否及びＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内温度の低下に応じて、ＳＯＦＣ１２へ供給するガスの種類を決定する停止動作決定部８４と、を備える。
従って、運転制御装置８０は、複合発電システム１０に異常が検知された場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、再循環ブロワ３６の運転の可否及びＳＯＦＣ１２の圧力容器１４内温度の低下に応じて、ＳＯＦＣ１２へ供給するガスを決定するので、ＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行うことができる。
このように、運転制御装置８０は、ＳＯＦＣ１２の停止を必要とする異常が発生した場合に検知した異常の状態に基づいて最適な停止動作を行うことで、ＳＯＦＣ１２の保護するための停止動作が可能となる。
【００８５】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８６】
また、上記各実施形態で説明した異常停止判定処理の流れも一例であり、本発明の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。
【符号の説明】
【００８７】
１０    複合発電システム
１２    ＳＯＦＣ
１６    ＭＧＴ
３６    再循環ブロワ
８０    運転制御装置
８２    異常検知部
８４    停止動作決定部
【図１】
2014146477.tif 000007
【図２】
2014146477.tif 000008
【図３】
2014146477.tif 000009
【図４】
2014146477.tif 000010
【図５】
2014146477.tif 000011