(57)【要約】【課題】燃料電池システムが異常停止に至ったときに、施工者が復旧対応できる故障原因のみを対象に施工者が使用するためのエラー解除手段と、すべての故障原因を対象に開発製造メーカが使用するためのエラー解除手段とを提供する。【解決手段】燃料電池システム内の各種の機器の運転状況を常時監視し、正常な運転状況を逸脱して異常停止した場合に、その故障原因を施工者へ通知し、施工者が復旧対応できる故障原因であれば、それらの故障原因に対応したエラーのみを解除対象とした第１のエラー解除方法を実行するとともに、施工者が復旧対応できない故障原因であれば、施工者は開発製造メーカに連絡し、開発製造メーカは復旧対応を行なった後に、すべての故障原因に対応したエラーを解除対象とした第２のエラー解除方法を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの起動および停止を制御するとともに操作部を備えている制御器とを備えている燃料電池システムであって、
前記制御器は、前記操作部で予め定められる第１操作方法が実行された場合には前記燃料電池システムが施工される際に発生する施工エラーのみが解除され、前記操作部で前記第１操作方法とは異なる第２操作方法が実行された場合には前記燃料電池システムに発生する全てのエラーが解除されるように構成されている燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池ユニットが発電する際に発生した熱を吸収する水を貯めるための貯湯ユニットと、
前記貯湯ユニット内の貯湯タンクから前記燃料電池ユニットに水を供給するための第１配管と、
前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに水を供給するための第２配管と、
をさらに備え、
前記施工エラーは、前記第１配管と前記第２配管とが誤って接続されている場合に発生するエラーと、前記燃料電池システムにガスを供給するための配管に配置されているガス栓が開いていない場合に発生するエラーと、商用電源から供給される電流を測定する電流センサーが誤って接続されている場合に発生するエラーとを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記施工エラーは、ガス漏れが発生した場合に発生するエラーを含んでいない、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池ユニットは、燃料ガスと酸化剤ガスとが反応するセルスタックを収納する筐体をさらに備え、
前記制御器の前記操作部は、前記筐体内に配置されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第２操作方法は、前記第１操作方法よりも複雑度の高い操作手順を要する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池システムが異常停止に至った場合に、その故障の程度により適切な復旧処理を実施できるように改良を施した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電システムにおいては、化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成し、燃料ガスと空気とをセルスタックで反応させて、電力・熱を供給する。このように複雑な工程を経て動作するため、これらの工程のいずれかの段階で異常が検出された場合、安全性確保の観点から停止を行うシステムが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムに発生する故障の原因は、様々な種類のものが含まれる。例えば、燃料処理器へのガス供給量と空気供給量の制御アンバランスによって燃料処理機内が高温になる場合や一酸化炭素ガスの発生、流出などが考えられる。これらの場合、施工業者が単独で故障原因を取り除くことは困難であり、開発製造メーカに故障原因の解析を依頼し、その解析結果をもって部品交換を実施することによって燃料電池システムを再稼動させることができる。
【０００５】
一方で、故障の原因の中には、施工業者が機器外部の配管誤接続やガス栓の開け忘れなどに起因する故障も含まれる。これらの故障原因を解消することは比較的容易であり、施工業者が単独で配管の誤接続を修正したりガス栓を開けたりすることで故障原因を取り除き、燃料電池システムを再稼動させることが可能である。
【０００６】
通常、施工中に何らかの原因で運転停止が発生した場合、施工業者が故障原因を取り除くための対処を実施するが、施工業者が対処できない故障原因により運転停止した場合は、メンテナンスの専門業者や製造者などの特定の技術をもつ者に通知し、それらの者によって調査・点検を実施し、復旧作業を行うことになる。
【０００７】
従来の燃料電池発電システムにおいては、燃料電池システムに故障が発生した際にそのエラーを解除し運転再開を許可するためのエラー解除手段として、エラーの種類に関わらずすべてのエラーを解除するための手段のみが存在し、施工業者も開発製造メーカーもこの機能を使用してエラー解除を行なっていた。現在、施工業者はガス会社から燃料電池システムに関する一定の教育を受けた者であるため、故障が発生した際の故障原因を正しく認識し、施工業者が対処して運転再開できる故障であるのか、あるいは開発製造メーカーに対処を依頼して故障原因を取り除く必要があるのか、を正しく判断し運用している。
【０００８】
しかし、将来に燃料電池システムの普及が進み、多数の施工者によって機器設置が行なわれるようになると、施工者の技術レベルにばらつきが生じることや、本来は開発製造メーカーに対処を依頼して故障原因を取り除く必要があるにも関わらず施工者が勝手にエラー解除を行なうなどの不具合が予想される。こういった施工業者が開発製造メーカの意図しない修理を行なうことによって重大な事故を発生させ、施工業者やユーザーが危険な状
況に置かれるという可能性がある。また、不用意なエラー解除と運転再開によって機器がダメージを受けるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、燃料電池システムが異常に至った場合に、施工者の施工ミスに起因する故障原因の解消は施工者自身で対処できるようにし、それ以外の故障原因は事業者、製造者に対処させることで、施工者の安全を確保し、機器のダメージを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの起動および停止を制御するとともに操作部を備えている制御器と、を備えている燃料電池システムであって、前記制御器は、前記操作部で予め定められる第１操作方法が実行された場合には前記燃料電池システムが施工される際に発生する施工エラーのみが解除され、前記操作部で前記第１操作方法とは異なる第２操作方法が実行された場合には前記燃料電池システムに発生する全てのエラーが解除されるように構成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、燃料電池システムが異常停止に至った場合に、発生した異常が、施工される際の作業ミスに起因して発生した故障の場合には、施工者が直ちに復旧処理を行ない、エラー解除することができる。
【００１２】
また、施工起因以外の故障を解除させないことによって、施工者が修理することができない故障原因で故障した場合に、施工者が不用意に故障の解除を行って燃料電池システムを動作させ、機器にダメージを与えることを抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池ユニットが発電する際に発生した熱を吸収する水を貯めるための貯湯ユニットと、前記貯湯ユニット内の貯湯タンクから前記燃料電池ユニットに水を供給するための第１配管と、前記燃料電池ユニットから前記貯湯タンクに水を供給するための第２配管と、をさらに備え、前記施工エラーは、前記第１配管と前記第２配管とが誤って接続されている場合に発生するエラーと、前記燃料電池システムにガスを供給するための配管に配置されているガス栓が開いていない場合に発生するエラーと、商用電源から供給される電流を測定する電流センサーが誤って接続されている場合に発生するエラーと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、燃料電池システムが異常停止に至った場合に、施工者が上記第１操作方法によりエラー解除できる対象を、施工者が頻繁に発生させる施工ミスに起因する故障としている。これにより施工者が直ちに復旧処理を行ない、エラー解除することができる。
【００１５】
燃料電池ユニットと貯湯ユニットの間を接続する配管は、貯湯ユニットから燃料電池ユニットへ低温水を送るための配管と、燃料電池ユニットで加熱した高温水を貯湯ユニットへ送り返すための配管とが存在するが、この２本の配管を誤って接続すると、燃料電池ユニットが期待する低温水が供給されず、高温水が燃料電池ユニットから供給されることとなり、誤接続を検出することができる。施工者はこの誤接続を単独で修正することができる。
【００１６】
また、燃料電池ユニットはメタンやエタンなどで組成される都市ガスから水素を含む燃料ガスを生成して発電に利用する。施工者が施工時に都市ガスのガス栓を開栓し忘れるケ
ースや、ガス配管の折れ曲がりや詰まりなどによって都市ガスが所望の流量で流れない場合が考えられる。燃料電池ユニットはこの状態をガス圧計などの計測機器によって検知し、ガス供給の不具合を検出することができるが、施工者はこの誤接続を単独で修正することができる。
【００１７】
請求項３に記載の燃料電池システムは、前記施工エラーは、ガス漏れが発生した場合に発生するエラーを含んでいない、請求項１又は２に記載の燃料電池システムであることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、施工者が故障原因を取り除けない故障については、施工者はエラー解除することができないので、不用意なエラー解除と機器の運転再開による機器のダメージを抑制することができる。仮に燃料電池システムからガス漏れが発生した場合に、施工者が行なう第１操作方法ではそれらのエラーを解除できないので運転を再開することができず、施工者にガス爆発などの危険が及ばない。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料電池ユニットは、燃料ガスと酸化剤ガスとが反応するセルスタックを収納する筐体をさらに備え、前記制御器の前記操作部は、前記筐体内に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、前記制御器の前記操作部を前記筐体内に配置することにより、施工者は施工対象である前記燃料電池ユニットの筐体内に設置された操作部にて上記第１操作方法によりエラー解除できる。仮に、前記制御器の前記操作部を前記筐体内に配置せず、例えば屋内の台所や風呂場に設置されるリモコン操作部にのみこの機能を実装した場合には、施工者や開発製造メーカーが故障原因の除去と燃料電池システムの運転再開のために訪問しても、機器の所有者が留守で屋内に入れず、所望の作業が実施できない場合が想定される、上記のような本発明の燃料電池システムによれば、屋外に設置された前記制御器の前記操作部が前記筐体内に配置されているため、機器の所有者が留守で屋内に入れない場合であっても、施工者や開発製造メーカーが所望の作業を行なうことができる。
【００２１】
請求項５に記載の燃料電池システムは、前記第２操作方法は、前記第１操作方法よりも複雑度の高い操作手順を要する、請求項１に記載の燃料電池システムであることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、燃料電池システムが異常停止に至った場合に、施工者が施工起因の故障を解除するための上記第１操作方法と比べて、上記第２操作方法を複雑な操作手順にすることで、施工起因以外の故障解除をより行いにくくしている。
【００２３】
これによって施工者による不用意なエラー解除と機器の運転再開による機器のダメージを抑制することができる。また仮に燃料電池システムからガス漏れが発生した場合に、施工者が行なう第１操作方法ではそれらのエラーを解除できないので運転を再開することができず、施工者にガス爆発などの危険が及ばないという利点がある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、燃料電池システムに発生する故障のうち、施工者が単独で故障原因を取り除くことができるものについては施工者が単独でエラーの解除を実施して、運転を再開することができることから、運転を再開するまでの停止時間を短縮することができる。
【００２５】
また、施工者には施工起因以外の故障を解除させないことによって、施工者が修理する
ことができない故障原因までもエラーの解除を行って燃料電池システムを不用意に動作させ、機器にダメージを与えることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る燃料電池システムの処理の流れを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る燃料電池発電システムの実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２８】
図１において、異常検出手段１は、当該燃料電池ユニットの改質器や空気供給装置等の各装置に備えられた各種のセンサー類から燃料電池システム内の流体温度や圧力、内部機器の出力等の情報を収集し、それらの情報をもとに適正な運転条件から逸脱した値を検出する手段である。
【００２９】
異常情報保存手段２は、システム異常発生時に、前記異常検出手段１により検出された異常状態情報を保存する手段である。
【００３０】
制御器３は、燃料電池システムの運転制御を行なう。前記異常検出手段１にて検出した異常値が、運転を継続することができる程度の異常か、あるいは即座に燃料電池システムの運転を即座に停止させるべき程度の異常かを判断する手段である。
【００３１】
操作部は制御器３に接続され、所定の手段によって施工者や開発製造メーカがエラー解除の要求を入力する手段である。所定の手段は、例えば操作部に実装された液晶画面にエラー解除するための操作項目を表示し、入力確定のためのタクトスイッチを押下することでエラー解除要求が発行されるものでよい。あるいは、所定の手段は、操作部に実装された７セグＬＥＤにエラー解除するための操作項目を表示し、入力確定のためのタクトスイッチを押下することでエラー解除要求が発行されるものでよい。あるいはこれ以外の方法でもよい。
【００３２】
情報提供手段７は、前記制御器３によって、当該異常状態が安全や機器損壊に関わる可能性がある重度の異常であると判断された場合、あるいは、施工者によって該故障原因が除去可能であると判断された場合に、その状況の情報提供を行うユーザインターフェース装置である。
【００３３】
エラー解除手段８は、操作部から入力された上記第１操作方法、あるいは第２操作方法によるエラー解除の要求内容に応じて、前記異常情報保存手段２から該当する異常状態情報を消去する手段である。すなわち、第１操作方法によりエラー解除の要求があった場合には第１操作方法の要求に対応したエラー状態を解除し、他方の第２操作方法によりエラー解除の要求があった場合には現在燃料電池システムに発生しているすべてのエラーを解除する。第１操作方法とは、施工者が行うエラー解除の方法であり、第２操作方法は、製造者のみが行うことができるエラー解除の方法である。
【００３４】
さらに、エラー解除手段８は前記情報提供手段７を介して施工者に対し表示している故障内容を消去する手段でもある。
【００３５】
上記のような構成を有する燃料電池システムの動作、作用について、図２を用いて、以下に説明する。すなわち、異常検出手段１により燃料電池システムの改質器や空気供給装置等の各部位の温度、出力、流体圧力等の運転情報が常時監視され（ステップ２０１）、
それらが適正な運転状態から逸脱した場合には（ステップ２０２）、異常情報保存手段２に保存される（ステップ２０３）。
【００３６】
燃料電池システムの故障状態情報は、前記情報提供手段７にその内容が表示され（ステップ２０５）、施工者はこの表示を見ることによって燃料電池システムの故障を認識する。
【００３７】
前記情報提供手段７から通知された情報により、施工者は燃料電池システムに故障が発生したことを認識する。施工者は燃料電池システムに発生した故障の異常原因が施工者にて除去可能と判断した場合（ステップ２０７）、当該異常原因を除去し（ステップ２１２）、前記操作部３を介して前記第１操作方法によってエラー解除の指示を行なう（ステップ２１３）。第１操作方法によって、現在の燃料電池システムに発生しているすべての故障が解除された場合（ステップ２１４）は、前記制御器によって運転再開のための復旧処理が行われる（ステップ２１５）。
【００３８】
なお、ステップ２０７にて、施工者が異常原因を除去可能とするエラーの種類には、ガス栓の開け忘れ、ガス配管と水経路配管との誤接続、電流センサーの誤接続などによるエラーが含まれる。
【００３９】
上記のような本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムに発生した異常が、施工者が復旧可能なものの場合には、施工者が直ちに故障原因の除去を行ない、燃料電池システムの運転再開を行なうことができる。
【００４０】
一方、ステップ２０７において、前記エラー解除手段８により、当該異常が施工者の調査・復旧の対象ではない、言い換えれば、当該異常が燃料電池システムの運転の安全・損壊等に関わる重度の異常であると判断された場合には、現在の燃料電池システムに発生している故障のうち、ステップ２１４にて施工者が解除できるエラーのみを解除し、他の開発製造メーカによる詳細調査が必要な故障はエラー解除しない。エラー解除されずに残った故障原因は情報提供手段７を介して施工者が認識し、開発製造メーカに通知する（ステップ２３３）。
【００４１】
尚、ステップ２０７にて、施工者が異常原因を除去できないエラーの種類には、ガス漏れの発生、一酸化炭素ガスの漏洩などのエラーが含まれる。
【００４２】
ステップ２３３において、施工者からの通知を受けた開発製造メーカは故障原因の解析を行ない、その解析結果をもって部品交換等の復旧作業を実施して故障原因を取り除く（ステップ２３０）。その後、開発製造メーカは前記操作部３を介して第２操作方法によってエラー解除を行ない（ステップ２３１）、燃料電池システムを再稼動させる（ステップ２３２）。
【００４３】
上記のような本発明の燃料電池システムによれば、発生した異常が燃料電池システムの開発製造メーカによらなければその復旧ができないようなものである場合には、施工者に対して開発製造メーカへ詳細調査及び修理を依頼するよう通知することができるので、発生した異常の程度に応じて、常に適切な復旧処理を実施することができ、施工者による不適切なエラー解除と運転再開によって再び故障が発生して施工者へ危険が及ぶ心配がない。さらに、施工者には施工起因以外の故障を解除させないことによって、施工者では修理することができない故障原因で故障した場合に、施工者が不用意にエラー解除を行って燃料電池システムを動作させ、機器にダメージを与えることを抑制することができる。
【００４４】
また、前記制御器の前記操作部を前記筐体内に配置することにより、施工者は施工対象
である前記燃料電池ユニットの筐体内に設置された操作部にてエラー解除することができる。
【００４５】
また、上記第２操作方法は第１操作方法と比較してより複雑度の高い操作手順を必要とすることにより、施工者による不用意なエラー解除と機器の運転再開による機器のダメージを抑制することができる。仮に燃料電池システムからガス漏れが発生した場合に、施工者が行なう第１操作方法ではそれらのエラーを解除できないので運転を再開することができず、施工者にガス爆発などの危険が及ばない。
【００４６】
なお、複雑度の高い操作手順とは、前記制御器の前記操作部における操作に長い時間を要するものや、操作回数が多いもの、２つ以上のスイッチ入力操作を同時に行わなくてはならないもの、あるいは所定のパスワード入力を実行しなければならないもの、などが考えられるが、これ以外の態様であってもよい。
【００４７】
操作手順に長い時間を要するものの具体的な例としては、上記第１操作方法がタクトスイッチを１秒以下の期間だけ押下すれば操作を受理するのに対して、上記第２操作方法は、タクトスイッチを３秒よりも長く押下する手順、などが考えられる。操作回数が多いものの例としては、複数のスイッチ入力を所定の順番どおりに行なえば操作を受理する、などが考えられる。パスワード入力もこの一例に含まれる。２つ以上のスイッチ入力操作を同時に行わなくてはならないものの例としては、２つのタクトスイッチを同時に３秒以上押下すれば操作を受理する、などが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる、燃料電池システムとそのプログラムは、燃料電池コージェネレーションシステムを制御するシステムとして利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  異常検出手段
２  異常情報保存手段
３  制御器（操作部）
７  情報提供手段
８  エラー解除手段
【図１】
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【図２】
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