(57)【要約】【課題】燃料電池をより良好に運転させる。【解決手段】発電装置は、燃料電池を含む発電部と、発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、制御部とを備える。制御部は、酸素含有ガス供給部が発電部に供給する酸素含有ガスの供給量を制御する。制御部は、燃料電池において着火前に換気する際、発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、当該温度が所定範囲外にある場合とで、酸素含有ガス供給部が発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を含む発電部と、
前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量を制御する制御部と、
を備える発電装置であって、
前記制御部は、前記燃料電池において着火前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が前記所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御する、発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置であって、
前記所定範囲は、第１温度を下限とする範囲であり、
前記制御部は、前記発電部に関連する温度が前記所定範囲内である場合、前記温度が前記第１温度を下回る場合よりも、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が多くなるように制御する、発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電装置であって、
前記所定範囲は、第２温度を上限とする範囲であり、
前記制御部は、前記温度が前記第２温度以上である場合、前記温度が前記第２温度を下回る場合よりも、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が少なくなるように制御する、発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発電装置であって、
前記第１温度は、前記発電装置を起動させる際の前記発電部に関連する温度に基づいて定められる、発電装置。
【請求項５】
請求項３に記載の発電装置であって、
前記第２温度は、前記発電部に関連する温度と当該温度に起因する前記発電部における着火前のダメージとの関係に基づいて定められる、発電装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の発電装置であって、
前記発電部に接続される改質部を備え、
前記発電部に関連する温度は、前記改質部に関連する温度である、発電装置。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一項に記載の発電装置であって、
前記発電部に接続される改質部を備え、
前記発電部に関連する温度は、前記改質部から前記発電部に燃料ガスが供給される経路において検出される温度である、発電装置。
【請求項８】
請求項２に記載の発電装置であって、
前記発電部は、第１発電部及び第２発電部を含み、
前記制御部は、前記第１発電部に関連する温度及び前記第２発電部に関連する温度の両方が前記所定範囲内にある場合、前記第１発電部に関連する温度及び前記第２発電部に関連する温度の少なくとも一方が前記第１温度を下回る場合よりも、前記酸素含有ガス供給部が前記第１発電部及び前記第２発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が多くなるように制御する、発電装置。
【請求項９】
請求項３に記載の発電装置であって、
前記発電部は、第１発電部及び第２発電部を含み、
前記制御部は、前記第１発電部に関連する温度及び前記第２発電部に関連する温度の少なくとも一方が前記第２温度を上回る場合、前記第１発電部に関連する温度及び前記第２発電部に関連する温度の両方が前記第２温度以下となる場合よりも、前記酸素含有ガス供給部が前記第１発電部及び前記第２発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が少なくなるように制御する、発電装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載の発電装置であって、
前記発電部は、第１発電部及び第２発電部を含み、
前記酸素含有ガス供給部は、前記第１発電部に酸素含有ガスを供給する第１酸素含有ガス供給部、及び、前記第２発電部に酸素含有ガスを供給する第２酸素含有ガス供給部を含み、
前記制御部は、前記第１酸素含有ガス供給部及び前記第２酸素含有ガス供給部を制御する、発電装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか一項に記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの流量を一定にしつつ、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に酸素含有ガスを供給する時間を制御する、発電装置。
【請求項１２】
燃料電池を含む発電部と、前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを備える発電装置を制御する制御装置であって、
前記燃料電池において着火前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が前記所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御する、発電装置。
【請求項１３】
燃料電池を含む発電部と、前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部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前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が前記所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御するステップ
を実行させる、制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、このような発電装置の制御装置、及び、このような制御装置に実行させる制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、燃料ガス等を用いた電気化学反応によって発電する。このような発電装置では、燃料電池の発電を停止させた後、燃料電池内に燃料ガス等が残留してしまうことがある。燃料電池内に残留した燃料ガス等は、燃料電池が再び運転を開始したときに、燃料電池の運転に不具合を生じさせることがある。
【０００３】
そこで、残留している燃料ガス等を燃料電池の外へ排出するために、燃料電池の発電を停止させた後、燃料電池内を換気する発電装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−００３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発電装置では、燃料電池を起動させる際に、燃料電池内を換気することもできる。燃料電池を起動させる際の燃料電池内を換気する方法を改善することによって、燃料電池をより良好に運転させることができる。
【０００６】
本開示の目的は、燃料電池をより良好に運転させる、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る発電装置は、燃料電池を含む発電部と、前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、制御部とを備える。前記制御部は、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量を制御する。前記制御部は、前記燃料電池において着火前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が前記所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御する。
【０００８】
一実施形態に係る制御装置は、燃料電池を含む発電部と、前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを備える発電装置を制御する。前記制御装置は、前記燃料電池において着火前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が前記所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御する。
【０００９】
一実施形態に係る制御プログラムは、燃料電池を含む発電部と、前記発電部に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを備える発電装置を制御する制御装置の制御プログラムである。前記制御プログラムは、前記制御装置に、前記燃料電池において着火前に換気する際、前記発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、前記温度が所定範囲外にある場合とで、前記酸素含有ガス供給部が前記発電部に供給する酸素含有ガスの供給量が異なるように制御するステップを実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
一実施形態に係る発電装置、制御装置及び制御プログラムよれば、燃料電池をより良好に運転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一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】一実施形態に係る発電装置構成の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。
【図３】一実施形態に係る温度条件と空気の供給量との関係を示す図である。
【図４】一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。
【図５】一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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、本開示の一実施形態に係る発電装置の構成を説明する。
【００１３】
図１は、本開示の一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は、本開示の一実施形態に係る発電装置の構成の一部をより詳細に示す機能ブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本開示の一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。また、図１に示すように、発電装置１には、外部からガス、水及び酸素含有ガスが供給される。なお、酸素含有ガスとしては、例えば空気を例示できる。以下、酸素含有ガスは、空気であるものとして説明する。発電装置１は、供給されたガス、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。
【００１５】
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、インバータ４０と、排熱回収処理部５０と、循環水処理部５２とを備える。
【００１６】
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／又はディスクリート回路として実装されてもよい。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装されてもよい。
【００１７】
ある実施形態において、プロセッサは、１以上のデータ計算手続又は処理を実行するために構成された、１以上の回路又はユニットを含む。例えば、プロセッサは、１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デバイス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って、以下に説明する機能を実行してもよい。
【００１８】
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、酸素含有ガス供給部３４（以下、「空気供給部３４」と記載する）と、改質水供給部３６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し、この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から他の機能部に制御信号又は各種の情報等が送信される場合、制御部１０と他の機能部とは、有線又は無線により接続されてもよい。制御部１０が行う本実施形態における特徴的な制御については、さらに後述する。
【００１９】
記憶部１２は、制御部１０から取得した情報を記憶部する。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を記憶する。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。さらに、記憶部１２は、制御部１０が動作する際のワークメモリ等も含むことができるものとして、以下説明する。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てもよい。これらに限定されず、記憶部１２は、任意の記憶装置であってもよい。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もよいし、光磁気ディスク等であってもよい。
【００２０】
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とを備える。図２には、図１に示す発電装置１において、制御部１０、燃料電池モジュール２０及び空気供給部３４のみを示す。図２に示す燃料電池モジュール２０は、２つの改質器２２Ａ及び改質器２２Ｂと、２つのセルスタック２４Ａ及び２４Ｂとを備える。しかしながら、燃料電池モジュール２０が備える改質器及びセルスタックの数は、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」と記載する。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」と記載する。本開示において、実際に発電を行う燃料電池を含むセルスタック２４を、適宜、「発電部」と記す。また、本開示において、「発電部」とは、発電を行う各種の機能部であってもよい。例えば、「発電部」は、燃料電池モジュール２０であってもよいし、単体のセルであってもよい。本実施形態では、セルスタック２４Ａを第１発電部とし、セルスタック２４Ｂを第２発電部とする。すなわち、本実施形態に係る発電装置１は、燃料電池を含む第１発電部（セルスタック２４Ａ）と、燃料電池を含む第２発電部（セルスタック２４Ｂ）とを備える。燃料電池モジュール２０内で発電した直流電力は、インバータ４０に出力される。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。
【００２１】
改質器２２は、ガス供給部３２から供給されるガス及び改質水供給部３６から供給される改質水を用いて、水素及び／又は一酸化炭素を生成する。例えば、改質器２２は、改質供給部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から供給されるガスを用いて、水素及び／又は一酸化炭素を生成する。セルスタック２４は、改質器２２で生成された水素及び／又は一酸化炭素と、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。すなわち、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、改質器としては、前述の水蒸気改質を行う改質器を例示しているが、これに限定されない。他の改質器として、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））を行う改質器等であってよい。
【００２２】
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。
【００２３】
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、発電装置１は、発電部として、セルスタック２４ではなく、単に、燃料電池のセル１つのみを備えるものであってよい。また、例えば、発電部は、例えばＰＥＦＣのように、ＳＯＦＣの場合と異なり、改質器を有しないモジュール（ケース）に含まれるる燃料電池であってよい。
【００２４】
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、ガス供給部３２は、ガスの脱硫処理を行ってもよいし、ガスを予備的に加熱してもよい。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。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、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。本実施形態において、ガス供給部３２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燃料ガスを供給する。
【００２５】
図１に示す空気供給部３４は、燃料電池モジュール２０のセルスタック２４に空気を供給する。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。
【００２６】
図２に示すように、空気供給部３４は、空気ブロワ９２Ａ，９２Ｂと、流量計９４Ａ，９４Ｂとを備える。空気供給部３４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に接続される。図２に示す空気供給部３４は、２つの空気ブロワ９２Ａ及び空気ブロワ９２Ｂ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９２Ａと空気ブロワ９２Ｂとを特に区別しない場合、単に「空気ブロワ９２」と記載する。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」と記載する。
【００２７】
図２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９２Ａと、空気ブロワ９２Ｂ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９２Ａ及び空気ブロワ９２Ｂに、それぞれ別個の供給源から空気が供給されるようにしてもよい。
【００２８】
空気ブロワ９２Ａは、流量計９４Ａに接続される。空気ブロワ９２Ａ（第１空気供給部）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（第１発電部）に送出する。空気ブロワ９２Ｂは、流量計９４Ｂに接続される。空気ブロワ９２Ｂ（第２空気供給部）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（第２発電部）に送出する。なお、セルスタック２４に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９２に採用することができる。
【００２９】
流量計９４Ａは、流量計９４Ａを経て流れる空気の流量を測定する。同様に、流量計９４Ｂは、流量計９４Ｂを経て流れる空気の流量を測定する。ここで、流量計９４が測定する空気の流量とは、例えば、単位時間あたりに空気が流量計９４を経て移動する量であってよい。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。
【００３０】
流量計９４が計測した空気の流量の情報は、制御部１０に送信される。これにより、制御部１０は、流量計９４が計測した空気の流量を把握することができる。また、制御部１０は、空気ブロワ９２がセルスタック９４に送出する空気の流量を調整（増減）することができる。従って、本実施形態において、制御部１０は、セルスタック２４に供給される空気の流量を調整することができる。
【００３１】
図１に示す改質水供給部３６は、改質水を、図２に示す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。
【００３２】
インバータ４０は、燃料電池モジュール２０に接続される。インバータ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。インバータ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、インバータ４０から出力された電力を受電する。図１には、負荷１００は、１つの部材として図示してある。しかしながら、負荷１００は、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。
【００３３】
排熱回収処理部５０は、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もよい。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。
【００３４】
循環水処理部５２は、貯湯タンク６０から排熱回収処理部５０へ水を循環させる。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た後、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、上述のように、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られてもよい。
【００３５】
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、燃料電池モジュール２０のセルスタック２４等から回収された排熱を利用して湯を生成することができる。貯湯タンク６０は、生成した湯を貯めることができる。
【００３６】
また、図２に示すように、発電装置１は、温度センサ８０Ａ，８０Ｂをさらに備える。温度センサ８０Ａは、改質器２２Ａ（第１改質部）の近傍に設置される。温度センサ８０Ｂは、改質器２２Ｂ（第２改質部）の近傍に設置される。以下、温度センサ８０Ａと温度センサ８０Ｂとを特に区別しない場合、単に「温度センサ８０」と記載する。
【００３７】
温度センサ８０は、改質器２２に関連する温度（以下、「改質部に関連する温度」とも記載する）を検出する。温度センサ８０は、図２に示すように、改質器２２の近傍に設置することができる。ここで、温度センサ８０が温度を検出する改質器２２の近傍は、発電装置１において改質器２２に関連する温度の測定に好適な位置であってよく、例えば、改質器２２に発生する熱が適度に伝導する位置であってよい。例えば、温度センサ８０が温度を検出する改質器２２の近傍は、改質器２２から燃料ガスが送出される出口（以下、「改質出口」と記載する）の近傍であってよい。また、本実施形態において、温度センサ８０が検出する温度は、例えば、改質器２２の内部の温度であってもよいし、改質器２２の全体の温度であってもよい。以下、温度センサ８０が検出する温度は、改質出口の温度（以下、「改質出口温度」と記載する）であるものとする。
【００３８】
温度センサ８０は、例えば、熱電対等で構成されてもよい。この場合、改質出口の付近に、熱電対が挿入されてもよい。一方、温度センサ８０を構成する素材に起因して、温度センサ８０が過度の高熱を計測できない場合も想定される。この場合、温度センサ８０は、例えば、改質器２２から離れている位置の温度であるが、改質器２２に発生する熱が伝導する位置の温度を検出してもよい。
【００３９】
温度センサ８０は、熱電対に限定されない。温度を測定可能な部材であれば、任意の部材を温度センサ８０に採用することができる。例えば、温度センサ８０は、サーミスタ又は白金測温抵抗体であってよい。温度センサ８０は、制御部１０に接続される。温度センサ８０は、検出した温度に基づく信号を制御部１０に送信する。この信号を受信することによって、制御部１０は、改質出口温度を把握することができる。
【００４０】
また、図２に示すように、発電装置１は、温度センサ８２Ａ，８２Ｂをさらに備える。温度センサ８２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」と記載する）の温度を検出する。温度センサ８２Ａ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８２Ｂ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８２Ｂ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。以下、温度センサ８２Ａと温度センサ８２Ｂとを特に区別しない場合、単に「温度センサ８２」と記載する。
【００４１】
温度センサ８２は、検出した燃焼部の温度を、制御部１０に出力する。制御部１０は、温度センサ８２が検出する温度に基づいて、燃焼部が失火したと判定することができる。例えば、制御部１０は、温度センサ８２が検出する温度が所定値を下回るとき、燃焼部が失火したと判定する。
【００４２】
図２に示すように、発電装置１は、着火ヒータ８４Ａ，８４Ｂをさらに備える。着火ヒータ８４Ａ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８４Ｂ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。以下、着火ヒータ８４Ａと着火ヒータ８４Ｂとを特に区別しない場合、単に「着火ヒータ８４」と記載する。
【００４３】
着火ヒータ８４は、制御部１０からの制御信号に基づいて、発電装置１を起動させる際に、すなわち未反応燃料が燃焼していないときに、当該未反応燃料に着火する。着火ヒータ８４が未反応燃料に一旦着火すれば、その後は、セルスタック２４から僅かずつ漏れ出る未反応燃料が燃料し続けることによって、セルスタック２４の温度が高温に維持され得る。
【００４４】
次に、本実施形態に係る発電装置１の動作を説明する。
【００４５】
制御部１０は、発電装置１が停止状態にあるときに、例えば外部から運転開始の指示を受けると、発電装置１を起動させる。
【００４６】
発電装置１の起動時、燃料電池モジュール２０の主要機器の温度が比較的低い場合がある（いわゆるコールドスタート）。本実施形態において、例えば、発電装置１の起動時、改質部に関連する温度（改質出口温度）が２００度未満であるとき、燃料電池モジュール２０の主要機器の温度が比較的低い場合としてもよい。この場合、セルスタック２４の燃焼部に着火を起こす前に、着火ヒータ８４を予熱する時間を、比較的長く（例えば、３０秒程度）してもよい。
【００４７】
一方、発電装置１の起動時、燃料電池モジュール２０の主要機器の温度が比較的高い場合もある（いわゆるホットスタート）。本実施形態において、例えば、発電装置１の起動時、改質部に関連する温度（改質出口温度）が２００度以上であるとき、燃料電池モジュール２０の主要機器の温度が比較的高い場合としてもよい。この場合、セルスタック２４の燃焼部に着火を起こす前に、着火ヒータ８４を予熱する時間を、比較的短く（例えば、１０秒程度）してもよい。
【００４８】
以下、発電に関連する温度において、燃料電池モジュール２０の主要機器の温度が比較的低い場合と比較的高い場合の境界となる温度を「基準温度」と記載する。
【００４９】
本実施形態に係る制御部１０は、発電装置１の起動処理において、着火ヒータ８４を動作させる前、空気供給部３４を動作させて燃料電池モジュール２０内を換気する。このような制御によって、燃料電池モジュール２０内に残留している燃料ガス等が燃料電池モジュール２０の外へ排出される。なお、燃料電池モジュール２０には、図２に示すように、残留している燃料ガス等を外部に排出するための排気口２６が設けられていてもよい。
【００５０】
換気処理において、制御部１０は、発電部に関連する温度に応じて、空気供給部３４が発電部に供給する空気の供給量を変える。具体的には、制御部１０は、発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、発電部に関連する温度が所定範囲外にある場合とで、空気の供給量が異なるように制御する。発電部に関連する温度は、改質部に関連する温度（例えば、改質出口温度）であってもよいし、改質部から発電部に燃料ガスが供給される経路において検出される温度（例えば、燃焼部に関連する温度）であってもよい。この制御の詳細を、図３を参照して説明する。
【００５１】
図３は、本開示の一実施形態に係る温度範囲と空気の供給量との関係を示す図である。図３に示す温度Ｔは、発電部に関連する温度である。図３では、上述の所定範囲は、第１温度を下限、かつ第２温度を上限とする範囲（第１温度以上かつ第２温度未満の範囲）であるものとする。
【００５２】
制御部１０は、温度Ｔが第１温度を下回る場合、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量が、第１供給量になるように制御する。第１温度は、発電装置１を起動させる際の発電部に関連する温度に基づいて定められてよい。第１温度は、例えば、上述の基準温度であってよい。この場合、温度Ｔが改質出口温度であれば、第１温度は、例えば、２００度である。また、第１供給量は、燃料電池モジュール２０内に残留している燃料ガス等を燃料電池モジュール２０の外へ排出するために用いられる空気の供給量であってよい。例えば、第１供給量は、発電装置１をコールドスタートで起動させる際に、燃料電池モジュール２０を換気するために標準的に用いられる空気の供給量であってよい。このような制御によって、燃料電池モジュール２０内に残留している燃料ガス等を、燃料電池モジュール２０の外に排出することができる。残留している燃料ガス等を外部に排出することによって、セルスタック２４が発電を開始した際、燃料ガス等が残留している状態で温度を上げたときに発生する場合がある異常な燃焼を低減することができる。
【００５３】
制御部１０は、温度Ｔが所定範囲内である場合（温度Ｔが第１温度以上かつ第２温度未満である場合）、温度Ｔが第１温度を下回る場合よりも、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量が多くなるように制御する。制御部１０は、空気の供給量が、第１供給量よりも多い第２供給量になるように制御する。
【００５４】
温度Ｔが所定範囲内にある場合は、例えば発電装置１が停止してから時間がそれほど経過しないうちに、発電装置１を起動させた場合等に相当する。このような場合では、燃料電池モジュール２０内に燃料ガスが残留していることに加えて、燃料電池モジュール２０内の断熱材等に水蒸気が残留していることが想定される。燃料電池モジュール２０内の断熱材に水蒸気が残留している状態では、次の処理において燃焼部で良好に着火できないことが想定される。
【００５５】
そこで、制御部１０は、温度Ｔが所定範囲にある場合、第１供給量よりも多い第２供給量で燃料電池モジュール２０を換気する。第２供給量は、上述の第１供給量に、燃料電池モジュール２０の断熱材の容積及び材質を考慮して算出される値を加えた値であってよい。又は、第２供給量は、発電装置１の起動処理において、換気処理に費やせる最大限の時間を考慮して設定されてもよい。この場合、第２供給量は、換気処理に費やせる最大限の時間と、空気ブロワ９２の任意の流量とを乗算させた値であってよい。このような制御によって、燃料電池モジュール２０内に残留している燃料ガスに加えて、燃料電池モジュール２０の断熱材に残留している水蒸気も、燃料電池モジュール２０の外に排出することができる。従って、本実施形態では、次の処理で、燃焼部を良好に着火することができる。
【００５６】
制御部１０は、温度Ｔが第２温度以上である場合、温度Ｔが第２温度を下回る場合よりも、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量が少なくなるように制御する。制御部１０は、空気の供給量が、第１供給量よりも少ない第３供給量になるように制御する。第２温度は、発電部に関連する温度と当該温度に起因する着火前のダメージとの関係に基づいて定められてよい。例えば、セルスタック２４は、発電していない状態で、ある程度高い温度に維持され続けると、ダメージを受けることがある。この場合、第２温度は、セルスタック２４が発電していないときのセルスタック２４の温度に依拠するセルスタック２４のダメージを考慮して設定されてよい。第２温度は、セルスタック２４の構造及び材料等に依拠するが、例えば、４００度から５００度である。
【００５７】
温度Ｔが第２温度以上である状態は、セルスタック２４が発電していない状態でその温度に維持され続けると、セルスタック２４がダメージを受けると懸念される状態である。
【００５８】
そこで、制御部１０は、温度Ｔが第２温度以上である場合、セルスタック２４の発電を早く開始するために、第１供給量よりも少ない第３供給量で燃料電池モジュール２０を換気する。第３供給量は、空気ブロワ９２において設定可能な最小の送出時間に基づいて設定されてもよい。この場合、第３供給量は、空気ブロワ９２において設定可能な最小の送出時間と、空気ブロワ９２の任意の流量とを乗算して算出される値であってよい。
【００５９】
ここで、制御部１０は、空気ブロワ９２が送出する空気の流量を一定にしつつ、空気ブロワ９２が燃料電池モジュール２０に空気を供給する時間（換気時間）のみを調整することによって、空気供給部３４から燃料電池モジュール２０への空気の供給量を制御してもよい。また、空気ブロワ９２の流量によって空気ブロワ９２の消費電力が大きく変動する場合、空気ブロワ９２の流量は、空気ブロワ９２の消費電力に基づいて決定されてもよい。図３に示すように、制御部１０は、空気ブロワ９２の流量を８０［ＮＬ／ｍｉｎ］と一定にしつつ、換気時間を６０［ｓ］、６００［ｓ］及び１［ｓ］にすることで、空気の供給量が、それぞれ、第１供給量、第２供給量及び第３供給量となるようにしてもよい。空気ブロワ９２の換気時間のみを調整することによって、空気供給部３４による空気の供給量の制御を、より簡易化することができる。
【００６０】
図４は、本開示の一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。図４に示す処理は、発電装置１の起動処理において、燃料電池モジュール２０を換気する処理である。以下では、発電部に関連する温度Ｔは、改質出口温度であるものとする。
【００６１】
制御部１０は、温度センサ８０から、温度Ｔを取得する（ステップＳ１１）。制御部１０は、温度Ｔが第１温度を下回るか否か判定する（ステップＳ１２）。制御部１０は、温度Ｔが第１温度を下回ると判定したとき（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４の処理に進む。一方、制御部１０は、温度Ｔが第１温度以上であると判定したとき（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１３の処理に進む。
【００６２】
ステップＳ１３の処理では、制御部１０は、温度Ｔが第２温度を下回るか否か判定する。制御部１０は、温度Ｔが第２温度以上であると判定したとき（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理に進む。制御部１０は、温度Ｔが第２温度を下回ると判定したとき（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の処理に進む。
【００６３】
ステップＳ１４の処理では、制御部１０は、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量を、第１供給量に決定する。このように、温度Ｔが第１温度を下回る場合、空気の供給量は第１供給量に決定される。
【００６４】
ステップＳ１５の処理では、制御部１０は、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量を、第２供給量に決定する。このように、温度Ｔが所定範囲内にある場合（温度Ｔが第１温度以上かつ第２温度未満である場合）、空気の供給量は、第１供給量よりも多い第２供給量に決定される。
【００６５】
ステップＳ１６の処理では、制御部１０は、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に送出する空気の供給量を、第３供給量に決定する。このように、温度Ｔが第２温度以上である場合、空気の供給量は、第１供給量よりも少ない第３供給量に決定される。
【００６６】
ステップＳ１７の処理では、制御部１０は、決定した空気の供給量に基づいて、空気供給部３４によって燃料電池モジュール２０に空気を送出する。
【００６７】
以上のように、本実施形態では、制御部１０は、燃料電池において着火前に換気する際、発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、当該温度が所定範囲外にある場合とで、空気供給部３４が燃料電池モジュール２０に供給する空気の供給量が異なるように制御する。
【００６８】
例えば、制御部１０は、図３に示すように、温度Ｔが所定範囲内にある場合の第２供給量が、温度Ｔが第１温度を下回る場合の第１供給量よりも、多くなるように制御する。このような制御によって、発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合、燃料電池モジュール２０内に残留している燃料ガスに加えて、燃料電池モジュール２０の断熱材に残留している水蒸気も、燃料電池モジュール２０の外に排出することができる。これにより、本実施形態では、次の処理で、燃焼部を良好に着火することができる。
【００６９】
例えば、制御部１０は、図３に示すように、温度Ｔが第２温度以上となる場合の第３供給量が、温度Ｔが第１温度を下回る場合の第１供給量よりも、少なくなるように制御する。このような制御によって、セルスタック２４の劣化が進むと懸念される状態である場合、セルスタック２４の発電を早く開始するために、第１供給量よりも少ない第３供給量で燃料電池モジュール２０内が換気される。これにより、本実施形態では、セルスタック２４の劣化の度合いを低減することができる。
【００７０】
従って、本実施形態によれば、燃料電池をより良好に運転させる発電装置１が提供され得る。
【００７１】
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。
【００７２】
例えば、制御部１０は、第１空気供給部（空気ブロワ９２Ａ）と第２空気供給部（空気ブロワ９２Ｂ）とをそれぞれ別個に制御してもよい。つまり、制御部１０は、第１発電部に供給する空気の供給量と、第２発電部に供給する空気の供給量とをそれぞれ別個に制御してもよい。
【００７３】
例えば、空気供給部３４が備える空気ブロワ及び流量計の数は、それぞれ、１つであってもよい。この場合、制御部１０は、第１発電部に関連する温度及び第２発電部に関連する温度の両方が所定範囲内にあるとき、空気供給部３４がセルスタック２４Ａ及びセルスタック２４Ｂのそれぞれに供給する空気の供給量が第２供給量になるように制御してもよい。また、この場合、制御部１０は、第１発電部に関連する温度及び第２発電部に関連する温度の少なくとも一方が所定範囲を上回るとき、空気供給部３４がセルスタック２４Ａ及びセルスタック２４Ｂのそれぞれに供給する空気の供給量が第３供給量になるように制御してもよい。
【００７４】
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５に示す。図５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、燃料電池において着火前に換気する際、発電部に関連する温度が所定範囲内に場合と、当該温度が所定範囲外にある場合とで、空気供給部３４が発電部に供給する空気の供給量が異なるように制御する。
【００７５】
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、燃料電池において着火前に換気する際、発電部に関連する温度が所定範囲内にある場合と、当該温度が所定範囲外にある場合とで、空気供給部３４が発電部に供給する空気の供給量が異なるように制御するステップを実行させる。
【符号の説明】
【００７６】
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（改質部）
２４，２４Ａ，２４Ｂ  セルスタック
２６  排気口
３２  ガス供給部
３４  空気供給部（酸素含有ガス供給部）
３６  改質水供給部
４０  インバータ
５０  排熱回収処理部
５２  循環水処理部
６０  貯湯タンク
８０，８０Ａ，８０Ｂ  温度センサ
８２，８２Ａ，８２Ｂ  温度センサ
８４，８４Ａ，８４Ｂ  着火ヒータ
９２，９２Ａ，９２Ｂ  空気ブロワ
９４，９４Ａ，９４Ｂ  流量計
１００  付加
２００  商用電源
【図１】
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【図２】
2019009066.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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