(57)【要約】【課題】異常検出手段が燃料電池及び燃料電池関連機器の異常状態を検出したとしても、再起動が必要以上に禁止されることの無い燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池ＦＣと燃料電池関連機器と異常検出手段３１と制御手段３２とを備える燃料電池発電装置であって、燃料電池ＦＣの発電出力の供給先と接続される電力系統５０が停電状態にあることを検出する停電検出手段３３を備え、制御手段３２は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しておらず且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したとき、再起動を禁止した状態で燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の運転を停止させ、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しており且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したとき、再起動を許容した状態で燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の運転を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスが供給される燃料極及び酸素が供給される酸素極を含むセルを有する燃料電池と、
前記燃料電池の運転に関連して動作される燃料電池関連機器と、
前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器での異常状態を検出する異常検出手段と、
前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を制御する制御手段とを備える燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池の発電出力の供給先と接続される電力系統が停電状態にあることを検出する停電検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しておらず且つ前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、再起動を禁止した状態で前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を停止させ、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しており且つ前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、再起動を許容した状態で前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を停止させる燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記異常検出手段が検出した前記異常状態を記憶可能な異常記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していれば、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶させずに前記燃料電池の運転を停止させ、及び、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していなければ、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶して前記燃料電池の運転を停止させ、
前記制御手段は、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶された状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば前記燃料電池の再起動を禁止し、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶されていない状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば前記燃料電池の再起動を許容する請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記異常検出手段が検出した前記異常状態を記憶可能な異常記憶手段と、
使用者による指令を受け付ける指令受付手段と、
前記異常検出手段が前記異常状態を検出したことに伴って前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器が停止されたことを示すエラー状態を使用者に報知するエラー状態報知手段とを備え、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、前記エラー状態報知手段から前記エラー状態を報知させると共に、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶して前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を停止させ、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していれば、前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態を使用者が前記指令受付手段を用いて解除可能な状態に設定し、及び、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していなければ、前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態を使用者が前記指令受付手段を用いて解除不可能に設定し、
前記制御手段は、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶され且つ前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態が解除されていない状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば、前記燃料電池の再起動を禁止し、及び、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶され且つ前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態が解除された状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば、前記燃料電池の再起動を許容する請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記異常検出手段は、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しているときは、原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする前記燃料ガスを生成する改質部の温度、及び、前記燃料電池での発電反応に用いられた後に前記燃料極から排出される燃料極排ガスを燃焼して前記改質部を加熱する燃焼部の温度、及び、前記セルを冷却した後の冷却水の温度と、前記冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度、及び、前記改質部に供給する水蒸気を発生する水蒸気発生部の温度、及び、前記燃料ガスの温度、及び、前記セルからの出力電圧、前記燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度のうちの少なくとも何れか一つが夫々の停電時用閾値になると前記異常状態であると決定し、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していないときは、前記改質部の温度、及び、前記燃焼部の温度、及び、前記セルを冷却した後の冷却水の温度と、前記冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度、及び、前記水蒸気発生部の温度、及び、前記燃料ガスの温度、及び、前記セルからの出力電圧、及び、前記燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度のうちの少なくとも何れか一つが夫々の前記停電時用閾値とは異なる非停電時用閾値になると前記異常状態であると決定し、
前記停電時用閾値は、前記非停電時用閾値よりも正常値に近い側の値に設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記停電検出手段が前記停電状態を検出すると、前記燃料電池が最低発電電力で運転されるように動作する請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスが供給される燃料極及び酸素が供給される酸素極を含むセルを有する燃料電池と、燃料電池の運転に関連して動作される燃料電池関連機器と、燃料電池及び燃料電池関連機器での異常状態を検出する異常検出手段と、燃料電池及び燃料電池関連機器の運転を制御する制御手段とを備え、制御手段は、異常検出手段が異常状態を検出したとき燃料電池の運転を停止させるように構成される燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池の運転中に、燃料電池の運転に関連して動作される燃料電池関連機器での温度異常を検知すると燃料電池発電装置の運転を停止させるように構成されたシステムが記載されている。そして、このように異常検出手段で異常を検出してシステムを停止するので、システム部品の損傷を防止できるという効果が謳われている。尚、このようにシステムの運転停止を行った場合、メンテナンス要員によって異常箇所の点検・修理などが行われない限りは、燃料電池の再起動を禁止しておくことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力系統の瞬時停電や瞬時電圧低下が発生したとき、燃料電池発電装置を電力系統から解列させた状態で燃料電池発電装置の運転を停止するのではなく、瞬時停電からの復電後又は瞬時電圧低下の回復後すぐに発電を再開できるよう、燃料電池発電装置を電力系統から解列せずに系統連系用のインバータをゲートブロックさせた状態で一時的に運転継続（一時的自立運転）させておく運用が行われる。
また、電力系統の瞬時停電ではなく、電力系統が停電した状態が継続するとき、燃料電池発電装置を電力系統から解列させた状態で自立運転させることも可能である。
【０００５】
但し、電力系統の停電時及び瞬時停電時や瞬時電圧低下時に上述のような自立運転状態で燃料電池発電装置の運転を行うと、その自立運転状態での運転に起因して発生する異常が現れることがある。
【０００６】
例えば、図２〜図４は、電力系統５０に燃料電池ＦＣを連系して、電力消費装置５３に対して電力系統５０及び燃料電池ＦＣの少なくとも何れか一方から電力供給を行えるように構成したシステムの構成例を示す図である。図２〜図４のシステムにおいて、燃料電池ＦＣで発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に供給されて、所望の電圧に変換され、更に系統連系用のインバータ５２で所望の交流電力に変換される。図２〜図４において電力系統５０には、２本の電圧線（Ｒ相、Ｔ相）と１本の中性線（Ｎ相）が接続されている。また、インバータ５２にも中性線は接続されており、図中ではその中性線を破線で示している。そして、インバータ５２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１からの入力電力を、例えば、非停電時は系統電力５０のＮ相を中性線とした単相三線のＡＣ２００Ｖに変換して出力し、停電時はコンセント５７への単相二線のＡＣ１００Ｖに変換して出力する。更に、図２及び図３に例示したシステムでは、インバータ５２の出力側と電力系統５０との間にはスイッチ５４が設けられており、スイッチ５４を用いて、電力系統５０の非停電時にはインバータ５２の出力側を電力系統５０に接続しておき、電力系統５０の停電時にはインバータ５２の出力側を自立運転時の発電電力供給先として電気コンセント５７（例えば、停電時に使用する１００Ｖ負荷を接続可能とする電気コンセントなど）に接続しておく運用も可能である。また、電力系統５０の停電時において、燃料電池ＦＣの出力が電気コンセント５７に接続される機器で消費されなくても、図２に例示したシステムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電力を、ヒータ制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ５５としての降圧型コンバータを用いて降圧し、その電力を余剰電力処理用ヒータ５６で消費することができ、図３に例示したシステムでは、インバータ５２の出力電力をヒータ制御回路５８の制御下でヒータ５９によって消費させることができる。
【０００７】
尚、図２に例示したような余剰電力処理用ヒータ５６や図３に例示したヒータ５９を用いても、燃料電池ＦＣの最低発電電力に満たない電力しか消費できないことがある。ここで、燃料電池ＦＣの最低発電電力は、使用する燃料を少ない方向に絞った状態で安定して運転を継続できる最小の燃料を消費する運転を行っているときの発電電力によって決まる。
【０００８】
一例として、燃料電池ＦＣの最低発電電力が２５０Ｗであり、最高発電電力が７００Ｗである場合、即ち、非停電時（ＡＣ２００Ｖ出力時）には２５０Ｗ〜７００Ｗの間で発電電力を変更でき、停電時（ＡＣ１００Ｖ出力時）には２５０Ｗ〜３５０Ｗの間で発電電力を変更できる場合を考える。
例えば、図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１が、その出力電圧を非停電時においてはＤＣ３００Ｖに制御し、停電時においてはＤＣ１５０Ｖに制御するように構成され、ヒータ制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ５５が降圧型コンバータであり、余剰電力処理用ヒータ５６の抵抗値が１１０Ωであるとき、非停電時であれば余剰電力処理用ヒータ５６において最大約８１８Ｗの電力を消費できるが、停電時には余剰電力処理用ヒータ５６において最大約２０５Ｗの電力しか消費できない。つまり、余剰電力処理用ヒータ５６の抵抗値（１１０Ω）は、非停電時であれば燃料電池ＦＣの最高発電電力（７００Ｗ）をも消費できる充分な値であるが、停電時であれば燃料電池ＦＣの最低発電電力（２５０Ｗ）のうちのそれに満たない約２０５Ｗ分しか消費できない。
同様に、図３において、インバータ５２が、その出力電圧を非停電時においてはＡＣ２００Ｖに制御し、停電時においてはＡＣ１００Ｖに制御するように構成され、ヒータ制御回路５８が位相制御や分周制御などによりヒータ５９への通電量を制御するように構成され、ヒータ５９の抵抗値が５０Ωであるとき、非停電時であればヒータ５９において最大約８００Ｗの電力を消費できるが、停電時にはヒータ５９において最大約２００Ｗの電力しか消費できない。つまり、ヒータ５９の抵抗値（５０Ω）は、非停電時であれば燃料電池ＦＣの最高発電電力（７００Ｗ）をも消費できる充分な値であるが、停電時であれば燃料電池ＦＣの最低発電電力（２５０Ｗ）のうちのそれに満たない約２００Ｗ分しか消費できない。
【０００９】
また、図４に例示したシステムでは、インバータ５２の出力側にヒータ制御回路５８及びヒータ５９を設けているが、インバータ５２をゲートブロックさせると、燃料電池ＦＣの出力をヒータ５９に供給できなくなる。
【００１０】
このように、図２〜図４に例示した何れのシステムにおいても、電力系統５０の停電時及び瞬時停電時や瞬時電圧低下時に燃料電池ＦＣを自立運転状態で運転するとき、燃料電池ＦＣの最低発電電力に満たない電力しか消費できないことがあり、その際には燃料電池ＦＣの燃料極で消費される燃料ガスの量が少なくなる。その結果、燃料電池ＦＣの燃料極に供給されたものの消費されずに排出される燃料ガスが多くなる。そして、燃料極から排出される燃料極排ガスを燃焼するように構成された燃焼部では、燃料極排ガスの燃焼により発生する熱量が増大して、燃焼部の温度が高温となる異常が現れる可能性がある。また、燃料電池発電装置の自立運転状態において、燃料電池冷却水の放熱用に設けられる空冷式や水冷式の放熱器が、電気コンセント５７に接続されていないために動作できなければ、冷却水の温度が異常上昇するといった問題や、燃料極排ガスの熱を回収する空冷式や水冷式の熱交換器（図示せず）の熱媒の温度が異常上昇するといった問題も生じ得る。更に、それらの温度異常に起因して燃料電池ＦＣの出力電圧が低下するといった問題なども生じ得る。
【００１１】
以上のように、特許文献１のような燃料電池発電装置を用いた場合、電力系統の停電時及び瞬時停電時や瞬時電圧低下時の自立運転中に温度異常が発生して燃料電池発電装置の運転が停止される可能性がある。そして、このような温度異常に伴う燃料電池発電装置の運転停止が行われると、メンテナンス要員によって点検・修理などが行われない限りは、燃料電池の再起動が禁止されてしまう。つまり、特許文献１のような燃料電池発電装置を用いた場合で、電力系統の停電時および瞬時停電時や瞬時電圧低下時に自立運転が行われた場合、温度異常が燃料電池及び燃料電池関連装置自体の故障などに起因して現れたものではなく、メンテナンス要員による点検・修理などが不要であるにも関わらず、燃料電池の再起動が禁止されるという不都合が生じる。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常検出手段が燃料電池及び燃料電池関連機器の異常状態を検出したとしても、再起動が必要以上に禁止されることの無い燃料電池発電装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池発電装置の特徴構成は、燃料ガスが供給される燃料極及び酸素が供給される酸素極を含むセルを有する燃料電池と、前記燃料電池の運転に関連して動作される燃料電池関連機器と、前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器での異常状態を検出する異常検出手段と、前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を制御する制御手段とを備える燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池の発電出力の供給先と接続される電力系統が停電状態にあることを検出する停電検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しておらず且つ前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、再起動を禁止した状態で前記燃料電池の運転を停止させ、
前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しており且つ前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、再起動を許容した状態で前記燃料電池の運転を停止させる点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、制御手段は、停電検出手段が電力系統の停電状態を検出しておらず且つ異常検出手段が異常状態を検出したときは、再起動を禁止した状態で燃料電池の運転を停止させる。つまり、異常検出手段が検出した異常状態は、電力系統の停電状態に因らずに発生したものであるが、制御手段が、再起動を禁止した状態で燃料電池の運転を停止させることで、燃料電池及び燃料電池関連機器が異常状態の下で運転され続けることを防止できる。その結果、燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止できる。
加えて、制御手段は、停電検出手段が電力系統の停電状態を検出しており且つ異常検出手段が異常状態を検出したときは、再起動を許容した状態で燃料電池の運転を停止させる。つまり、異常検出手段が検出した異常状態は、電力系統の停電状態に起因して発生したものであることを考慮して、制御手段は、燃料電池の再起動を許容している。その結果、再起動した燃料電池を有効活用できる。
従って、異常検出手段が燃料電池及び燃料電池関連機器の異常状態を検出したとしても、再起動が必要以上に禁止されることの無い燃料電池発電装置を提供できる。
【００１５】
本発明に係る燃料電池発電装置の別の特徴構成は、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を記憶可能な異常記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していれば、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶させずに前記燃料電池の運転を停止させ、及び、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していなければ、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶して前記燃料電池の運転を停止させ、
前記制御手段は、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶された状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば前記燃料電池の再起動を禁止し、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶されていない状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば前記燃料電池の再起動を許容する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、制御手段は、異常記憶手段に異常状態が記憶された状態で燃料電池の運転が停止されているか、或いは、異常記憶手段に異常状態が記憶されていない状態で燃料電池の運転が停止されているかに基づいて、燃料電池の再起動を禁止するか、或いは、燃料電池の再起動を許容するかを決定できる。その結果、異常記憶手段に異常状態が記憶された状態で燃料電池の運転が停止されていれば、燃料電池の再起動を禁止して燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止することができ、異常記憶手段に異常状態が記憶されていない状態で燃料電池の運転が停止されていれば、燃料電池の再起動を許容して、再起動した燃料電池を有効活用できる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池発電装置の更に別の特徴構成は、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を記憶可能な異常記憶手段と、
使用者による指令を受け付ける指令受付手段と、
前記異常検出手段が前記異常状態を検出したことに伴って前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器が停止されたことを示すエラー状態を使用者に報知するエラー状態報知手段とを備え、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したとき、前記エラー状態報知手段から前記エラー状態を報知させると共に、前記異常検出手段が検出した前記異常状態を前記異常記憶手段に記憶して前記燃料電池及び前記燃料電池関連機器の運転を停止させ、
前記制御手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していれば、前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態を使用者が前記指令受付手段を用いて解除可能な状態に設定し、及び、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していなければ、前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態を使用者が前記指令受付手段を用いて解除不可能に設定し、
前記制御手段は、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶され且つ前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態が解除されていない状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば、前記燃料電池の再起動を禁止し、及び、前記異常記憶手段に前記異常状態が記憶され且つ前記エラー状態報知手段から報知された前記エラー状態が解除された状態で前記燃料電池の運転が停止されていれば、前記燃料電池の再起動を許容する点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、制御手段は、エラー状態が解除されていない状態で燃料電池の運転が停止されているか、或いは、エラー状態が解除された状態で燃料電池の運転が停止されているかに基づいて、燃料電池の再起動を禁止するか、或いは、燃料電池の再起動を許容するかを決定できる。その結果、エラー状態が解除されていない状態で燃料電池の運転が停止されていれば、燃料電池の再起動を禁止して燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止することができ、エラー状態が解除された状態で燃料電池の運転が停止されていれば、燃料電池の再起動を許容して、再起動した燃料電池を有効活用できる。
【００１９】
本発明に係る燃料電池発電装置の更に別の特徴構成は、前記異常検出手段は、前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出しているときは、原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする前記燃料ガスを生成する改質部の温度、及び、前記燃料電池での発電反応に用いられた後に前記燃料極から排出される燃料極排ガスを燃焼して前記改質部を加熱する燃焼部の温度、及び、前記セルを冷却するための冷却水の温度と、前記冷却水から熱を回収するための熱媒の温度、及び、前記改質部に供給する水蒸気を発生する水蒸気発生部の温度、及び、前記燃料ガスの温度、及び、前記セルからの出力電圧のうちの少なくとも何れか一つが夫々の停電時用閾値になると前記異常状態であると決定し、前記停電検出手段が前記電力系統の前記停電状態を検出していないときは、前記改質部の温度、及び、前記燃焼部の温度、及び、前記冷却水の温度と、前記熱媒の温度、及び、前記水蒸気発生部の温度、及び、前記燃料ガスの温度、及び、前記セルからの出力電圧のうちの少なくとも何れか一つが夫々の前記停電時用閾値とは異なる非停電時用閾値になると前記異常状態であると決定し、前記停電時用閾値は、前記非停電時用閾値よりも正常値に近い側の値に設定されている点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、異常検出手段は、異常状態であるか否かを決定するための基準として、停電検出手段が電力系統の停電状態を検出しているときの停電時用閾値、及び、停電検出手段が電力系統の停電状態を検出していないときの非停電時用閾値、という互いに異なる基準を用いる。加えて、停電時用閾値は、非停電時用閾値よりも正常値に近い側の値に設定されている。つまり、異常検出手段によって異常状態、即ち、燃料電池発電装置の運転環境が悪化した状態、と判定されて燃料電池の運転が停止されるとき、停電状態であるときの方が、非停電状態であるときよりも燃料電池発電装置の運転環境は相対的に悪化していない。その結果、電力系統が停電状態であることを起因として燃料電池発電装置の構成部品が過酷な環境に晒されることを極力抑制でき、燃料電池発電装置の構成部品に対する不必要な損傷を抑制できる。
【００２１】
本発明に係る燃料電池発電装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段は、前記停電検出手段が前記停電状態を検出すると、前記燃料電池が最低発電電力で運転されるように動作する点にある。
【００２２】
上記特徴構成によれば、燃料電池発電装置は、燃料電池が最低発電電力で運転されるように動作するので、燃料極で消費されずに排出される燃料ガスを、燃料電池が最低発電電力よりも高い出力で運転する場合よりも相対的に少なくできる。その結果、例えば燃料極から排出される燃料極排ガスを燃焼するように構成された燃焼部において、燃料極排ガスの燃焼により発生する熱量が過大になることを防止して、燃焼部の温度が高温となる異常が現れる可能性を低くさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】燃料電池発電装置の構成を説明する図である。
【図２】電力系統に燃料電池を連系したシステムの構成例を示す図である。
【図３】電力系統に燃料電池を連系したシステムの構成例を示す図である。
【図４】電力系統に燃料電池を連系したシステムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の燃料電池発電装置について説明する。
図１は、燃料電池発電装置の構成を説明する図である。燃料電池発電装置は、燃料ガスが供給される燃料極３及び酸素が供給される酸素極５を含むセルＣを有する燃料電池ＦＣと、その燃料電池ＦＣの運転に関連して動作される燃料電池関連機器とを備える。燃料電池関連機器は、燃料電池ＦＣに供給する燃料ガスの生成及び供給過程で用いられる各種機器（改質部１、燃焼部２、水蒸気発生部９など）や、燃料電池ＦＣの冷却用途に直接的又は間接的に用いられる冷却部６や熱交換器８や熱交換器６０や貯湯タンク７やポンプＰ１、Ｐ２やセンサなどの各種補機等の機器である。セルＣは、電解質膜４を燃料極３及び酸素極５で挟んで構成される。図１中では簡略化のため単一のセルＣのみを記載しているが、燃料電池ＦＣはセルＣを複数積層して備える。
【００２５】
冷却部６は、発電時に発生する熱を回収することで燃料電池ＦＣを冷却する目的で燃料電池ＦＣに設けられる。本実施形態では水冷式の冷却部６を採用している。具体的には、この冷却部６には冷却水循環路１７をポンプＰ１によって循環させられる水（以下、「冷却水」と記載する）が供給されて、燃料電池ＦＣの冷却が行われる。冷却部６を通過することで温度が上昇した冷却水は、冷却水循環路１７の途中に設けられた熱交換器８に流入する。詳細は後述するが、この熱交換器８において、冷却水は、排熱回収路１９を流れる熱媒（例えば、湯水）と熱交換して燃料電池ＦＣから回収した排熱をその熱媒に渡す。熱媒は、貯湯タンク７に貯えられ、そこで蓄熱が行われる。
【００２６】
改質部１には、炭化水素を含む原燃料（例えば、メタンを含む都市ガスなど）が原料ガス通流路１１を介して供給され、及び、水蒸気発生部９で発生された水蒸気が水供給路１８を介して供給される。本実施形態では、水供給路１８は、冷却水循環路１７から分岐した流路であり、水蒸気発生部９で発生される水蒸気のもとになる水は冷却水循環路１７を循環する水と同じである。燃料電池ＦＣを運転するときはバルブＶ１が開作動されて水が水蒸気発生部９に供給され、燃料電池ＦＣを運転するときはバルブＶ１が閉作動されて水が水蒸気発生部９に供給されない。改質部１は、併設される燃焼部２から与えられる燃焼熱を利用して、原燃料の水蒸気改質を行う。改質部１での水蒸気改質により得られた水素を主成分とする燃料ガスは、燃料ガス通流路１２を介して燃料極３に供給される。また、図示していないが、燃焼部２で発生された燃焼熱を水蒸気発生部９にも供給することで、水蒸気の発生が行われるようにすることができる。
【００２７】
燃料極３では、供給された全ての燃料ガスが発電反応で消費される訳ではない。そのため、燃料極３から排出される燃料極排ガスの中には水素等の燃料ガスの成分が残存している。そこで、燃焼部２での燃焼用ガスとして、燃料極排ガスを利用している。具体的には、燃料極３から燃焼部２へ、燃料極排ガス路１３を介して燃料極排ガスを供給する。燃焼部２で燃焼された後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス路１４を介して外部に排出される。また、燃料極排ガス路１３の途中には熱交換器６０が設けられている。この熱交換器６０において、燃料極排ガス路１３を流れる燃料極排ガスは、排熱回収路１９を流れる熱媒と熱交換して、燃料極排ガスが保有している熱をその熱媒に渡す。熱媒は、貯湯タンク７に貯えられ、そこで蓄熱が行われる。
酸素極５には、空気通流路１５を介して酸素（空気）が供給される。そして、酸素極５での発電反応に用いられた後のガスは、排空気通流路１６を介して排出される。
尚、図示はしていないが、燃料極排ガス、酸素極５から排出されるガス、燃焼排ガス等に含まれる水分を回収して、上記冷却水循環路１７を流れる冷却水及び水蒸気発生部９に供給される水として再利用することもできる。
【００２８】
上述した熱交換器８において冷却水から回収した排熱（即ち、燃料電池ＦＣから回収した排熱）、及び、熱交換器６０において燃料極排ガスから回収した排熱は、排熱回収路１９を流れる熱媒に与えられ、その熱媒は貯湯タンク７に貯えられる。そして、排熱回収路１９を通って、貯湯タンク７に貯えている熱媒が貯湯タンク７と熱交換器８と熱交換器６０の間で循環する。排熱回収路１９における熱媒の流速はポンプＰ２によって調整される。また、貯湯タンク７に蓄えている熱媒は、熱媒循環路２０を通って熱利用装置１０に供給される。熱媒循環路２０における熱媒の流速はポンプＰ３によって調整される。熱利用装置１０が、熱媒の熱のみを利用する床暖房装置などの場合、熱利用装置１０で熱が利用された後の熱媒は熱媒循環路２０を通って貯湯タンク７に帰還する。或いは、熱利用装置１０が、熱媒自体を利用する給湯装置などの場合、貯湯タンク７には熱媒は帰還しない。
【００２９】
燃料電池ＦＣで発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に供給されて、所望の電圧に変換され、更にインバータ５２で所望の交流電力に変換される。インバータ５２から出力される電力は、電力消費装置５３に供給される。尚、電力消費装置５３には電力系統５０も接続されている。つまり、電力消費装置５３に対しては、燃料電池ＦＣ及び電力系統５０の少なくとも一方から電力供給を行うことができる。このように、電力系統５０は、燃料電池ＦＣの発電電力の供給先に接続される系統である。図１において電力系統５０には、２本の電圧線（Ｒ相、Ｔ相）と１本の中性線（Ｎ相）が接続されている。また、インバータ５２にも中性線は接続されており、図中ではその中性線を破線で示している。
【００３０】
インバータ５２の出力側と電力系統５０との間にはスイッチ５４が設けられている。このスイッチ５４は、インバータ５２の出力側を電力系統５０に接続する切換状態と、インバータ５２の出力側を電気コンセント５７に接続する切換状態との間で切り換えられる。この電気コンセント５７は、例えば、停電時に使用する１００Ｖ負荷を接続可能とする電気コンセントである。
【００３１】
スイッチ５４の切換操作、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の動作、ヒータ制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ５５（本実施形態では、降圧型コンバータ）の動作は、後述するように運転制御装置３０が行う。
【００３２】
燃料電池発電装置は、指令受付手段４１と表示手段４２と音声出力手段４３とを有するリモコン装置４０を備える。リモコン装置４０は、燃料電池発電装置が設置されている家屋や施設の内部に設けられている。指令受付手段４１は、例えば、燃料電池ＦＣに対する起動・停止などの指令や発電可能時間帯などの設定変更を行うために利用可能である。表示手段４２は、例えば、燃料電池ＦＣ、熱利用装置１０、電力消費装置５３の運転状態などの表示を行うことができる。音声出力手段４３は、例えば、声や音で情報を出力することができる。
【００３３】
次に、燃料電池発電装置が備える運転制御装置３０の構成について説明する。
運転制御装置３０は、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器での異常状態を検出する異常検出手段３１と、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の運転を制御する制御手段３２と、燃料電池ＦＣの発電出力の供給先と接続される電力系統５０が停電状態にあることを検出する停電検出手段３３とを備える。更に、本実施形態の燃料電池発電装置は、異常検出手段３１が検出した異常状態を記憶可能な異常記憶手段３４を備える。そして、制御手段３２は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しておらず且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したとき、再起動を禁止した状態で燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の運転を停止させ、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しており且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したとき、再起動を許容した状態で燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の運転を停止させるという制御を行う。
【００３４】
異常検出手段３１は、原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする燃料ガスを生成する改質部１の温度、及び、燃料電池ＦＣでの発電反応に用いられた後に燃料極３から排出される燃料極排ガスを燃焼して改質部１を加熱する燃焼部２の温度、及び、セルＣを冷却した後（即ち、セルＣから熱を回収した後）の冷却水の温度と、冷却水から熱を回収するための熱交換器８から流出して排熱回収路１９を流れる熱媒の温度（即ち、冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度）、及び、改質部１に供給する水蒸気を発生する水蒸気発生部９の温度、及び、燃料ガスの温度、及び、セルＣからの出力電圧、及び、燃料極排ガスから熱を回収する熱交換器６０から流出して排熱回収路１９を流れる熱媒の温度（即ち、燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度）を監視し、それぞれに設定されている閾値に達すると異常状態であると判定する。つまり、異常検出手段３１は、燃料電池ＦＣ、並びに、改質部１及び燃焼部２及び冷却部６を有する冷却系統及び水蒸気発生部９などの燃料電池関連機器で異常状態が発生しているか否かを判定している。
【００３５】
具体的には、改質部１の温度は、改質部温度センサ２１で測定される。燃焼部２の温度は、燃焼部温度センサ２２で測定される。セルＣを冷却した後の冷却水の温度は、冷却部６からの冷却水の流出口付近に設けられる冷却水温度センサ２３で測定される。冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度は、熱交換器８からの熱媒の流出口付近に設けられる熱媒温度センサ２４で測定される。水蒸気発生部９の温度は、水蒸気発生部温度センサ２５で測定される。燃料ガスの温度は、燃料極３への燃料ガスの流入口付近に設けられる燃料ガス温度センサ２６で測定される。セルＣからの出力電圧は、セルＣとＤＣ／ＤＣコンバータ５１との間に設けられる出力電圧センサ２７で測定される。燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度は、熱交換器６０からの熱媒の流出口付近に設けられる熱媒温度センサ２９で測定される。
【００３６】
停電検出手段３３は、例えば、電力系統電圧センサ２８によって検出される電力系統５０の電力の電圧値を参照して、又は、電圧波形のゼロクロス点の間隔を参照して、電力系統５０が停電状態にあるか否かを判定する。例えば、停電検出手段３３は、電力系統５０の電力の電圧値が所定電圧未満になれば電力系統５０が停電状態にあると判定し、電力系統５０の電力の電圧値が上記所定電圧以上に上昇すれば復電した（即ち、停電状態から非停電状態になった）と判定する。或いは、停電検出手段３３は、電力系統５０の電力のゼロクロス点の間隔が例えば１０ｍｓｅｃを超えれば電力系統５０が停電状態にあると判定する。尚、電力系統５０の電力の周波数が６０Ｈｚの場合、約８．３ｍｓｅｃ間隔でゼロクロス点が検出されるはずである。そして、停電検出手段３３は、電力系統５０の電力のゼロクロス点の間隔が例えば８．５ｍｓｅｃよりも短くなれば電力系統５０が復電した（即ち、停電状態から非停電状態になった）と判定する。
【００３７】
そして、停電検出手段３３が電力系統５０の瞬時停電状態を検出したとき、燃料電池発電装置を電力系統５０から解列させた状態で燃料電池発電装置の運転を停止するのではなく、瞬時停電からの復電後すぐに発電を再開できるよう、燃料電池発電装置を電力系統５０から解列させずにインバータ５２をゲートブロックした状態で一時的に運転継続（一時的自立運転）させておく運用が行われる。この場合、制御手段３２は、インバータ５２が備える電気回路を用いて、インバータ５２の出力側と電力系統５０との電気的な接続を遮断せずに電気的には接続されているもののインバータ５２からは全く出力をしていない状態にする。そして、制御手段３２は、燃料電池発電装置（燃料電池ＦＣ）を運転継続させつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電力をヒータ制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧型コンバータ）５５を用いて降圧し、その電力が余剰電力処理用ヒータ５６で消費されるようにする。
また、制御手段３２は、電力系統５０の停電状態が継続したとき、燃料電池発電装置を電力系統５０から解列させた上で自立運転させることも可能である。この場合、制御手段３２は、インバータ５２の出力側と電力系統５０との間に設けたスイッチ５４を、インバータ５２の出力側と電気コンセント５７とが接続される状態に切り換える。その結果、電気コンセント５７に対しては電力供給を継続できる。
【００３８】
尚、上述したような電力系統５０の停電時及び瞬時停電時に上述のような自立運転状態で燃料電池発電装置の運転を行うと、その自立運転状態での運転に起因して発生する異常が異常検出手段３１で検出されることがある。例えば、電力系統５０の瞬時停電時に行われる自立運転状態では、燃料電池ＦＣに対して電力消費装置５３は接続されず、余剰電力処理用ヒータ５６を用いて燃料電池ＦＣの発電電力を消費することが行われる。また、電力系統５０の停電時に行われる自立運転状態では、停電時にも動作させておく必要のある重要度の高い電力消費装置（図示せず）のみが電気コンセント５７に接続される。また、電力系統５０の停電時において、燃料電池ＦＣの出力が電気コンセント５７に接続される機器で消費されなくても、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力電力をヒータ制御用ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧型コンバータ）５５を用いて降圧し、その電力を余剰電力処理用ヒータ５６で消費することができる。
【００３９】
但し、図１に示すような余剰電力処理用ヒータ５６の抵抗値は、非停電時にＡＣ２００Ｖ出力を行っているときは燃料電池ＦＣの発電電力全てを消費できるだけの大きさを持っているが、停電時にコンセント５７へＡＣ１００Ｖ出力を行っている自立運転時に燃料電池ＦＣを最低発電電力で運転したとしてもその出力を全て消費できるだけの大きさを持っていない。例えば、燃料電池ＦＣの最低発電電力が２５０Ｗであり、最高発電電力が７００Ｗである場合、即ち、非停電時（ＡＣ２００Ｖ出力時）には２５０Ｗ〜７００Ｗの間で発電電力を変更でき、停電時（ＡＣ１００Ｖ出力時）には２５０Ｗ〜３５０Ｗの間で発電電力を変更できる場合を考える。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１が、その出力電圧を非停電時においてはＤＣ３００Ｖに制御し、停電時においてはＤＣ１５０Ｖに制御するように構成され、余剰電力処理用ヒータ５６の抵抗値が１１０Ωであるとき、非停電時であれば余剰電力処理用ヒータ５６において最大約８１８Ｗの電力を消費できるが、停電時には余剰電力処理用ヒータ５６において最大約２０５Ｗの電力しか消費できない。つまり、余剰電力処理用ヒータ５６の抵抗値（１１０Ω）は、非停電時であれば燃料電池ＦＣの最高発電電力（７００Ｗ）をも消費できる充分な値であるが、停電時であれば燃料電池ＦＣの最低発電電力（２５０Ｗ）のうちのそれに満たない約２０５Ｗ分しか消費できない。
【００４０】
このように、電力系統５０の停電時及び瞬時停電時及び瞬時電圧低下時の何れの場合も消費電力は相対的に小さくなる。そのため、電力系統５０の停電時及び瞬時停電時及び瞬時電圧低下時に燃料電池発電装置を自立運転状態で運転するとき、燃料電池ＦＣの燃料極３に供給されたものの消費されずに排出される燃料ガスが多くなる。その結果、燃料極３から排出される燃料極排ガスを燃焼するように構成された燃焼部２では、燃料極排ガスの燃焼により発生する熱量が増大して、燃焼部２の温度が高温となる異常が現れる可能性がある。他にも、燃料電池発電装置の自立運転状態において、冷却水の放熱用に設けられる空冷式や水冷式の放熱器（図示せず）等が電気コンセント５７に接続されていなければ、冷却水の温度が異常上昇するといった問題や、燃料極排ガスの熱を回収する熱交換器６０から流出する熱媒の温度が異常上昇するといった問題なども生じ得る。更に、それらの温度異常に起因して燃料電池ＦＣの出力電圧が低下するといった問題も生じ得る。
【００４１】
このように、異常検出手段３１が検出する異常状態には、電力系統５０の停電に起因して引き起こされるものと、電力系統５０の停電とは無関係に発生するもの（即ち、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の故障などに起因すると推測できるもので、真に問題となるもの）とがある。そして、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の故障などに起因すると推測できる異常状態が検出された場合には、燃料電池発電装置の運転停止を行った上でメンテナンス要員による点検・修理などの措置を受けることが実体的には必要である。これに対して、電力系統５０の停電に起因して引き起こされる異常状態が検出された場合には、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の故障などに起因しないと推測できるため、メンテナンス要員による点検・修理などの措置を受けなくても燃料電池ＦＣの再起動を許容してもよい。
【００４２】
従って、本実施形態では、制御手段３２は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しておらず且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したときは、再起動を禁止した状態で燃料電池ＦＣの運転を停止させる。つまり、異常検出手段３１が検出した異常状態は、電力系統５０の停電状態に因らずに発生したものであるが、制御手段３２が、再起動を禁止した状態で燃料電池ＦＣの運転を停止させることで、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器が異常状態の下で運転され続けることを防止できる。その結果、燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止できる。加えて、制御手段３２は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しており且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したときは、再起動を許容した状態で燃料電池ＦＣの運転を停止させる。つまり、異常検出手段３１が検出した異常状態は、電力系統５０の停電状態に起因して発生したものであることを考慮して、制御手段３２は、燃料電池ＦＣの再起動を許容している。その結果、再起動した燃料電池ＦＣを有効活用できる。
【００４３】
停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しておらず且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したことに伴って燃料電池ＦＣの運転が停止された場合は、従来の異常検出手段３１が異常状態を検出した場合と同様に、メンテナンス要員による点検・修理などを経なければ再起動は行われない。これに対して、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しており且つ異常検出手段３１が異常状態を検出したことに伴って燃料電池ＦＣの運転が停止された場合は、従来の停電検出手段３３が停電状態を検出した場合と同様のメンテナンス要員による点検・修理などを経なくても再起動が可能である。そして、制御手段３２は、停電検出手段３３の検出結果を参照して、電力系統５０の電力供給が復帰したと判定すると、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器を自動的に再起動する。
【００４４】
具体的に説明すると、本実施形態では、制御手段３２は、異常記憶手段３４に異常状態が記憶された状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を禁止するように構成されている。但し、制御手段３２は、異常検出手段３１が異常状態を検出したときに停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出していれば、異常検出手段３１が検出した異常状態を異常記憶手段３４に記憶させずに燃料電池ＦＣの運転を停止させ、及び、異常検出手段３１が異常状態を検出したときに停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出していなければ、異常検出手段３１が検出した異常状態を異常記憶手段３４に記憶して燃料電池ＦＣの運転を停止させている。
【００４５】
このように、制御手段３２は、異常記憶手段３４に異常状態が記憶された状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されているか、或いは、異常記憶手段３４に異常状態が記憶されていない状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されているかに基づいて、燃料電池ＦＣの再起動を禁止するか、或いは、燃料電池ＦＣの再起動を許容するかを決定できる。その結果、異常記憶手段３４に異常状態が記憶された状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を禁止して燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止することができ、異常記憶手段３４に異常状態が記憶されていない状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を許容して、再起動した燃料電池ＦＣを有効活用できる。
【００４６】
尚、制御手段３２は、停電検出手段３３が停電状態を検出すると、燃料電池ＦＣが最低発電電力（出力可能電力の最低値）で運転されるように動作する。つまり、燃料電池発電装置は、燃料電池ＦＣが最低発電電力で自立運転されるように動作するので、燃料極３で消費されずに排出される燃料ガスを相対的に少なくできる。その結果、例えば燃料極３から排出される燃料極排ガスを燃焼するように構成された燃焼部２において、燃料極排ガスの燃焼により発生する熱量が過大になることを防止して、燃焼部２の温度が高温となる異常が現れる可能性を低くさせることができる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料電池発電装置は、制御手段３２による燃料電池ＦＣの運転停止の態様が第１実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の燃料電池発電装置について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、燃料電池発電装置は、異常検出手段３１が検出した異常状態を記憶可能な異常記憶手段３４と、使用者による指令を受け付ける指令受付手段４１と、異常検出手段３１が異常状態を検出したことに伴って燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器が停止されたことを示すエラー状態を使用者に報知するエラー状態報知手段（表示手段４２、音声出力手段４３）とを備える。そして、エラー状態報知手段は、エラー状態が解除されるまで、このエラー状態の報知を継続する。
【００４９】
エラー状態報知手段は、リモコン装置４０が有する表示手段４２及び音声出力手段４３の少なくとも何れか一方を用いて実現可能である。例えば、「発電停止しました。メンテナンス会社に連絡を行ってください。」などのエラー状態を表す情報を、表示手段４２を用いて文字情報として報知する（例えば、エラー状態が解除されるまで表示し続ける等）ことができ、及び、音声出力手段４３を用いて音声情報として報知する（例えば、エラー状態が解除されるまで所定タイミング毎に音声出力する等）ことができる。
【００５０】
制御手段３２は、異常検出手段３１が異常状態を検出したとき、上述したようにエラー状態報知手段からエラー状態を報知させると共に、異常検出手段３１が検出した異常状態を異常記憶手段３４に記憶して燃料電池ＦＣの運転を停止させる。
更に、制御手段３２は、異常検出手段３１が異常状態を検出したときに停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出していれば、エラー状態報知手段から報知されたエラー状態を使用者が指令受付手段４１を用いて解除可能な状態に設定し、及び、異常検出手段３１が異常状態を検出したときに停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出していなければ、エラー状態報知手段から報知されたエラー状態を使用者が指令受付手段４１を用いて解除不可能に設定する。つまり、メンテナンス会社に連絡が行われてメンテナンス要員が来訪して点検・修理等が行われたときに、メンテナンス要員が、エラー状態報知手段から報知されたエラー状態を解除できるようにしてある。
【００５１】
そして、制御手段３２は、異常記憶手段３４に異常状態が記憶され且つエラー状態報知手段から報知されたエラー状態が解除されていない状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を禁止し、及び、異常記憶手段３４に異常状態が記憶され且つエラー状態報知手段から報知されたエラー状態が解除された状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を許容する。このように、エラー状態が解除されていない状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を禁止して燃料電池発電装置での故障の発生・悪化や事故の発生などを防止することができ、エラー状態が解除された状態で燃料電池ＦＣの運転が停止されていれば、燃料電池ＦＣの再起動を許容して、再起動した燃料電池ＦＣを有効活用できる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の燃料電池発電装置は、異常検出手段３１による燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器の異常状態の判定手法が上記実施形態と異なっている。以下に第３実施形態の燃料電池発電装置について説明するが、これまで説明してきた実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５３】
本実施形態において、異常検出手段３１は、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器での異常状態を検出するために、停電用閾値と非停電用閾値という複数の閾値を切り換えて用いる。具体的には、異常検出手段３１は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出しているときは、改質部１の温度、及び、燃焼部２の温度、及び、セルＣを冷却した後の冷却水の温度、及び、冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度、及び、水蒸気発生部９の温度、及び、燃料ガスの温度、及び、セルＣからの出力電圧、及び、燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度のうちの少なくとも何れか一つが夫々の停電時用閾値になると異常状態であると決定する。加えて、異常検出手段３１は、停電検出手段３３が電力系統５０の停電状態を検出していないときは、改質部１の温度、及び、燃焼部２の温度、及び、セルＣを冷却した後の冷却水の温度と、冷却水から熱を回収した後の熱媒の温度、及び、水蒸気発生部９の温度、及び、燃料ガスの温度、及び、セルＣからの出力電圧、燃料極排ガスから熱を回収した後の熱媒の温度のうちの少なくとも何れか一つが、上記停電時用閾値とは異なる夫々の非停電時用閾値になると異常状態であると決定する。
以下の表１に、非停電時用閾値と停電時用閾値と正常値（通常運転時の正常範囲）とを例示する。
【００５４】
【表１】
2014056766.tif 000003
【００５５】
以上のように、各停電時用閾値は、各非停電時用閾値とは異なる値で且つ各非停電時用閾値よりも正常側（即ち、温度に関しては低温側、出力電圧に関しては高電圧側）に設定してある。このように停電時用閾値と非停電時用閾値との何れかに基づいて、電力系統５０での停電の発生或いは正常な電力供給状態に応じて、異常検出手段３１は燃料電池ＦＣの運転環境の悪化程度が相対的に進行していない段階で異常状態と判定し、結果として燃料電池ＦＣの運転は停止する。つまり、異常検出手段３１によって異常状態、即ち、燃料電池発電装置の運転環境が悪化した状態、と判定されて燃料電池ＦＣの運転が停止されるとき、停電状態であるときの方が、非停電状態であるときよりも燃料電池発電装置の運転環境は相対的に悪化していない。その結果、電力系統５０が停電状態であることを起因として燃料電池発電装置の構成部品が過酷な環境に晒されることを極力抑制でき、燃料電池発電装置の構成部品に対する不必要な損傷を抑制できる。
【００５６】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、燃料電池発電装置の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は上述したものに限定されず適宜変更可能である。例えば、改質部１で生成された改質ガス（水素を主成分とするガス）に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成処理する変成部や、変成処理後のガスに残存している一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する酸化部などを備えていてもよい。また、電力消費装置５３の接続位置や、余剰電力処理用ヒータ５６の接続位置なども適宜変更可能である。
【００５７】
＜２＞
上記実施形態では、異常検出手段３１の検出対象について例示したが、上述したもの以外を検出対象としてもよい。例えば、上記変成部や酸化部の温度異常を異常検出手段３１で検出するように構成してもよい。更に、上述した停電時用閾値及び非停電時用閾値及び通常運転時の正常範囲について例示した数値は適宜変更可能である。
【００５８】
＜３＞
上記実施形態では、停電検出手段３３が、電力系統５０の電力の電圧値が所定電圧以上に上昇すれば、或いは、電力系統５０の電力のゼロクロス点の間隔が例えば８．５ｍｓｅｃよりも短くなれば、電力系統５０が復電した（即ち、停電状態から非停電状態になった）と判定する例を説明したが、電力系統５０が停電状態から非停電状態に変化したと判定する際に上記電圧値や上記ゼロクロス点間隔に加えて他の情報を参照してもよい。
例えば、電力系統５０が復電後に安定したことを確認することを目的として、停電検出手段３３が、電力系統５０の電力の電圧値が所定電圧以上に上昇してその状態が所定期間継続すれば、或いは、電力系統５０の電力のゼロクロス点の間隔が例えば８．５ｍｓｅｃよりも短くなってその状態が所定期間継続すれば、電力系統５０が復電した（即ち、停電状態から非停電状態になった）と判定するようにしてもよい。この場合、停電検出手段３３が、電力系統５０が停電状態から非停電状態に復電したと判定するまでは、燃料電池ＦＣの自立運転は継続される。また、上記第２実施形態においては、異常検出手段３１も、停電検出手段３３が、電力系統５０が停電状態から非停電状態に復電したと判定するまでは、燃料電池ＦＣ及び燃料電池関連機器での異常状態を検出するために上記停電用閾値を用い、電力系統５０が停電状態から非停電状態に復電したと判定した後で上記非停電用閾値を用いる。
【００５９】
＜４＞
上記実施形態では、停電検出手段３３による停電検出の手法として、電力系統５０の電圧値やゼロクロス点の間隔を監視する手法を例示したが、その他の判別手法を用いてもよい。例えば、電力系統５０の電圧の高調波成分の増減により停電を検出する手法や、電力系統５０の電圧又は電流の周波数変化率から、更に周波数変化を助長させるように急峻に無効電力を注入し、周波数異常となるか否かにより停電を検出する手法などを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、異常検出手段が燃料電池及び燃料電池関連機器の異常状態を検出したとしても、再起動が必要以上に禁止されることの無い燃料電池発電装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  改質部（燃料電池関連機器）
２  燃焼部（燃料電池関連機器）
３  燃料極（セル  Ｃ）
４  電解質膜（セル  Ｃ）
５  酸素極（セル  Ｃ）
６  冷却部（燃料電池関連機器）
７  貯湯タンク（燃料電池関連機器）
８  熱交換器（燃料電池関連機器）
９  水蒸気発生部（燃料電池関連機器）
３１  異常検出手段
３２  制御手段
３３  停電検出手段
３４  異常記憶手段
４１  指令受付手段
４２  表示手段（エラー状態報知手段）
４３  音声出力手段（エラー状態報知手段）
５０  電力系統
６０  熱交換器
【図１】
2014056766.tif 000004
【図２】
2014056766.tif 000005
【図３】
2014056766.tif 000006
【図４】
2014056766.tif 000007