(57)【要約】【課題】異常を検出したときの運転状態と検出した異常項目との組み合わせに応じて予め設定した制御運転へ自動的に移行させることで、異常状態に適合する最適な制御運転を行う。【解決手段】燃料ガスと空気との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池本体７を備える燃料電池発電装置であって、装置に発生した異常の種類と、当該異常発生時の装置の各運転モードとの組み合わせ毎に対応する制限された運転方法をあらかじめ設定しておき、各運転モードにおいて異常を検出した場合、対応する制御運転を実行し、運転の停止又は制限した状態で運転を継続させる。【選択図】図８
2007141787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池を備えた燃料電池発電装置の運転方法において、
異常の種類と、当該異常発生時の前記燃料電池発電装置の各運転工程との組み合わせ毎に対応する運転制御方法をあらかじめ設定し、
前記各工程で異常を検出した際、前記設定された運転制御方法を行い、停止又は運転を制限した状態で継続させることを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項２】
前記運転工程は、前記燃料電池発電装置の起動準備工程と、前記燃料電池の冷却水及び前記燃料ガスを改質するための改質装置を加熱する起動昇温工程と、燃料電池の発電工程と、燃料電池の停止工程とを少なくとも含むものであり、
前記異常の種類は、冷却水の温度異常、改質装置の温度異常、系統の電圧異常、改質装置のバーナ失火、インバータ異常、熱利用設備故障、外部からの通常停止指令、外部からの緊急停止指令を少なくとも含むものであり、
前記運転制御方法は、発電出力を低下させて運転を継続させる方法と、発電は継続するが、系統とは切り離して自立運転させる方法と、起動操作を中止する起動時通常停止方法と、発電させながら燃料電池を一定の温度になるまで冷却しその後停止させる発電通常停止方法と、直ちに発電を停止させる緊急停止方法とを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項３】
前記運転工程が発電工程であり、かつ、前記異常の種類が、改質装置の温度又は冷却水温度の異常である場合、発電出力を制限して運転を設定時間継続させると共に、前記設定時間経過後、前記異常状態が検出されているときは発電通常停止方法により運転を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応により電気エネルギーを得る燃料電池発電装置の異常を検出し、異常の種類と異常発生時の運転工程とに応じて制御運転を行う燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを、機械エネルギーや熱エネルギーを経由することなく直接電気エネルギーに変換する発電装置であり、高いエネルギー効率を得ることができる。
【０００３】
燃料電池は、電解質層を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極（アノード側）に水素を含有する燃料ガスを供給すると共に、他方の電極（カソード側）に酸素を含有する酸化ガス（空気）を供給ことで、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を発生させる。
【０００４】
燃料電池で起きる電気化学反応式は以下の通りである。ここで、（１）式はアノード側に於ける反応、（２）式はカソード側に於ける反応であり、燃料電池全体では、（３）式に示す反応が進行する。
【０００５】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−              ・・・（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ     ・・・（２）
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ            ・・・（３）
燃料電池は、採用する電解質の違いにより、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池に大別される。これらの燃料電池の中で、固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池は、採用する電解質の性質から、二酸化炭素を含んだ酸化ガスや炭酸ガスを供給することが可能である。そのため、通常これらの燃料電池では、空気を酸化ガスとして用い、天然ガス等の炭化水素系の燃料ガスを水蒸気改質して生成した水素を含むガスを燃料ガスとして用いている。
【０００６】
このような燃料電池を備える燃料電池発電装置は、改質装置及び一酸化炭素（ＣＯ）変成器を備えており、この改質装置及びＣＯ変成器にて燃料ガスの改質を行ない燃料ガスを生成するようにしている。メタンガスを供給ガスとして使用する場合の改質装置における改質反応は、
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （+２０６．１４ＫＪ／ｍｏｌ：吸熱反応）・・・（４）
となる。
【０００７】
（４）式に示す通り、メタンガスを水素ガスを含むガスに改質する反応は吸熱反応である。そのため、メタンガスに水蒸気を添加したうえで、燃料電池からの燃料オフガスを燃焼させた燃焼排ガスから回収した熱を利用して、粒状改質触媒を６００〜７００℃に保つことにより、水素に富む改質ガスを生成する。
【０００８】
そして、改質装置を出た改質ガスは、改質ガス中のＣＯを低減するためにＣＯ変成器に供給し、ここでＣＯと水蒸気とを変成反応させて、ＣＯを二酸化炭素（ＣＯ２）に変成させることで、改質ガス中の水素濃度を上げながらＣＯ濃度を１％以下に低減させている。そして、燃料電池がリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）の場合は、この改質ガスを燃料電池へ供給して発電を行なう。
【０００９】
ＣＯ変成器におけるＣＯの変成反応は、次式の通りである。
【００１０】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2（−４１．１７ＫＪ／ｍｏｌ：発熱反応）・・・（５）
このＣＯ変成器による変成反応は発熱反応であるため、反応熱を冷却し、変成反応温度である１６０〜２５０℃に保つ必要がある。
【００１１】
ところで、燃料電池発電装置は、複数の機器が組み合わされて構成されており、相互の影響因子も複雑に組み合わさっている。従って、機器の故障や劣化に伴う影響も様々であり、例えば、改質装置のバーナの火が消えた場合は、それ以降の改質反応を継続して行うことができないため、発電を継続して行うことができなくなる。
【００１２】
そのため、例えば、特許文献１（特開２００２−３５２８３９号公報）には、燃料電池発電装置の異常を検出した場合、予め設定されている複数の停止モードから当該異常状態に応じた停止モードを選択し、選択した停止モードに従って装置を停止させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５２８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上述した文献に開示されている技術では、異常を検出した場合、停止動作へ移行する制御を行うように設定されているため、燃料電池発電装置は異常が検出される都度に停止されてしまい、安定した運転を行うことができなくなる。
【００１４】
また、燃料電池発電装置を頻繁に起動停止させると性能劣化が助長され、耐久性が低下する問題もある。
【００１５】
従って、本発明の目的は、異常を検出したときの運転状態と検出した異常項目との組み合わせに応じて予め設定した制御運転へ自動的に移行させることで、異常状態に適合する最適な制御運転を行い、装置の性能劣化を抑制し、耐久性の向上を実現することのできる燃料電池発電装置の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、第１の発明は、燃料ガスと空気との電気化学的反応により発電を行なう燃料電池を備えた燃料電池発電装置の運転方法において、異常の種類と、当該異常発生時の前記燃料電池発電装置の各運転工程との組み合わせ毎に対応する運転制御方法をあらかじめ設定し、前記各工程で異常を検出した際、前記設定された運転制御方法を行い、停止又は運転を制限した状態で継続させることを特徴とする。
【００１７】
このような構成では、異常が発生した場合、異常の種類と、当該異常発生時の燃料電池発電装置の各運転工程とに応じた運転制御方法を行い、停止又は運転を制限した状態で継続させるようにしたので、異常状態に適合する最適な制御運転が行われ、装置の性能劣化を抑制し、耐久性の向上を実現することができる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、前記運転工程は、前記燃料電池発電装置の起動準備工程と、前記燃料電池の冷却水及び前記燃料ガスを改質するための改質装置を加熱する起動昇温工程と、燃料電池の発電工程と、燃料電池の停止工程とを少なくとも含むものであり、前記異常の種類は、冷却水の温度異常、改質装置の温度異常、系統の電圧異常、改質装置のバーナ失火、インバータ異常、熱利用設備故障、外部からの通常停止指令、外部からの緊急停止指令を少なくとも含むものであり、前記運転制御方法は、発電出力を低下させて運転を継続させる方法と、発電は継続するが、系統とは切り離して自立運転させる方法と、起動操作を中止する起動時通常停止方法と、発電させながら燃料電池を一定の温度になるまで冷却しその後停止させる発電通常停止方法と、直ちに発電を停止させる緊急停止方法とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００１９】
このような構成では、各運転工程と異常の種類に応じて運転制御方法を、発電出力を低下させて運転を継続させる方法と、発電は継続するが、系統とは切り離して自立運転させる方法と、起動操作を中止する起動時通常停止方法と、発電させながら燃料電池を一定の温度になるまで冷却しその後停止させる発電通常停止方法と、直ちに発電を停止させる緊急停止方法とを適用するようにしたので、異常状態に適合する最適な制御運転が行われ、装置の性能劣化を抑制し、耐久性の向上を実現することができる。
【００２０】
第３の発明は、第１或いは第２の発明において、前記運転工程が発電工程であり、かつ、前記異常の種類が、改質装置の温度又は冷却水温度の異常である場合、発電出力を制限して運転を設定時間継続させると共に、前記設定時間経過後、前記異常状態が検出されているときは発電通常停止方法により運転を停止させることを特徴とする。
【００２１】
このような構成では、発電工程で、かつ、異常の種類が、改質装置の温度又は冷却水温度の異常である場合は、発電出力を制限して運転を設定時間継続させると共に設定時間経過後、異常状態が検出されているときは発電通常停止方法により運転を自動的に停止させるようにしたので、無駄な運転が継続されず経済的である。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明によれば、異常を検出したときの運転状態と検出した異常項目との組み合わせに応じて予め設定した制御運転へ自動的に移行させるようにしたので、異常状態に適合する最適な制御運転を行い、装置の性能劣化を抑制し、耐久性の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に固体高分子型燃料電池発電装置のシステムフローを示す。
【００２４】
同図に示す固体高分子型燃料電池発電装置は、既に知られている構成であるため、個々では、同図に示すシステムフローに基づき、この燃料電池発電装置の動作について簡単に説明する。
【００２５】
燃料ガス（本形態では、都市ガス）は脱硫器２へ導入されて燃料ガス内に含まれる硫黄成分が除去される。そして、硫黄成分が除去された燃料ガスがガス昇圧器１にて、改質用水蒸気とともに改質装置３の改質部３ａに供給されて、上述した（４）式に示す反応により水素リッチな改質ガスが生成される。
【００２６】
この改質装置３は、燃焼筒３ｅを中心に改質部３ａとＣＯ変成部３ｂとＣＯ除去部３ｃとが同軸円筒状に配置されており、改質部３ａで生成された改質ガスは、ＣＯ変成部３ｂにおいて、上述した（５）式に示す反応により改質ガス中のＣＯ濃度が１％未満まで低減される。そして、ＣＯ編成部３ｂでＣＯ濃度が所定に低減された改質ガスがＣＯ除去部３ｃに供給され、選択酸化空気ブロワ４によって供給された空気との反応（２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２）で、ＣＯを選択酸化させ、ＣＯ濃度を更に１０ｐｐｍ未満に低減させる。そして、ＣＯ除去部３ｃでＣＯが所定に除去された改質ガスが燃料電池本体７の燃料極７ａに供給される。
【００２７】
燃料電池本体７は電解質層（図示せず）を挟んで燃料極７ａと空気極７ｂとが配設されており、更に冷却板７ｃを通過する純水により冷却すると共に加湿部７ｄが内蔵されている。この加湿部７ｄには、反応空気ブロワ８から空気が供給されており、供給された空気を加湿した後、空気極７ｂへ供給する。
【００２８】
燃料電池本体７では燃料極７ａに供給された改質ガスと空気極７ｂに供給された空気とを電気化学反応させて発電し、この発電出力をインバータユニット（図示せず）にて、所定電圧の交流電力に変換し電力系統に連係される。
【００２９】
また、改質部３ａに供給する改質用水は、電池冷却水タンク２５に貯留されている純水（電池冷却水）を改質用水供給ポンプ９にて改質装置３へ送給するが、その際、蒸発部３ｆにて、ＣＯ除去部３ｃ、ＣＯ変成部３ｂを冷却しながら通過させることで吸熱し、水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気を燃料ガスに混合して改質部３ａに供給する。
【００３０】
また、各反応部３ａ〜３ｃでは、触媒による化学反応を行うため、燃料電池発電装置を起動させるに際しては、適正な温度、すなわち、改質部３ａは５００〜７００℃、ＣＯ変成部３ｂは２００〜３００℃、ＣＯ除去部３ｃは１００〜２５０℃に上昇するまで予熱する。通常運転時は燃料電池本体７の燃料極７ａからの燃料オフガスをバーナ３ｄへ供給し、燃料オフガスに含まれている余剰の水素をバーナ３ｄで燃焼させることで改質部３ａを加熱する。一方、起動時は燃料ガスをバーナ３ｄに供給して燃焼させることで昇温させる。尚、バーナ３ｄには燃焼空気ブロワ１０により燃焼用空気が供給される。
【００３１】
次に、燃料電池の水冷却設備２１及び熱利用設備４１の動作について説明する。水冷却設備２１は、電池冷却水冷却器２２と、空気極出口空気冷却器２３と、排ガス冷却器２４と、純水を貯留する電池冷却水タンク２５と、電池冷却水循環ポンプ２６とを備えている。
【００３２】
燃料電池本体７は約８０℃で運転され、電池冷却水循環ポンプ２６によって、電池冷却水タンク２５に貯留されている純水を冷却板７ｃを通過させることで冷却して温度制御し、冷却水の受熱は電池冷却水冷却器２２によって回収される。
【００３３】
電池冷却水冷却器２２、空気極出口空気冷却器２３、及び排ガス冷却器２４には、貯湯槽２７に連通する循環水ライン３２が挿通されており、貯湯槽２７に貯留されている冷却水が、温水循環ポンプ３３により循環水ライン３２を循環する。そして、この循環水ライン３２を流れる冷却水が各冷却器２２〜２４を通過する際に熱を回収し、貯湯槽２７に蓄熱する。この貯湯槽２７に貯留されている温水の一部が給湯や暖房に利用され、他の一部が温水循環ポンプ３３により循環水ライン３２へ供給され、その途中に介装されているラジエータ３４によって冷却されて、冷却水として利用される。
【００３４】
一方、熱利用設備４１は、回収水タンク４２と、回収水ポンプ４３などを備えている。回収水タンク４２の上部に、空気極出口空気冷却器２３、及び排ガス冷却器２４が接続されており、各冷却器２３，２４で冷却された空気極７ｂからのオフ空気、及び改質装置３からの燃焼排ガスが回収水タンク４２の上部に導入され、このオフ空気、及び燃焼排ガスに含有されている水分が凝縮されて回収される。
【００３５】
この回収水タンク４２に貯留された回収水は、回収水ポンプ４３により水処理装置４５へ送給されて純水化された後、電池冷却水タンク２５へ補給される。回収水タンク４２に貯留される回収水の液面レベルは、水位センサ５１により監視されており、液面レベルが低下した場合には、市水（水道水）が補給水として供給され、また、液面レベルがオーバしたときは排水することで、液面レベルが一定の範囲に収まるように制御される。
【００３６】
また、循環水ライン３２のラジエータ３４下流に、外部冷却水温Ｔｗｇを検出する冷却水温センサ５２と冷却水流量を検出する冷却水流量センサ５３とが配設されている。更に、改質装置３に、改質装置触媒温度Ｔｃを検出する改質装置触媒温度センサ５４、及びバーナ３ｄの燃焼温度（以下「バーナ温度」と称する）Ｔｂを検出するバーナ温度センサ５５が臨まされている。更に、電池冷却水タンク２５の上流に、電池冷却水温度Ｔｄを検出する電池冷却水温センサ５６が配設されている。
【００３７】
上述した燃料電池発電装置の運転制御は、図２に示す発電制御部１０１で制御される。この発電制御部１０１はマイクロコンピュータなどのコンピュータを主体に構成されており、燃料電池発電装置の運転状態を検出する各種センサ・スイッチ類で構成された運転状態検出手段１０２からの検出信号に基づき、予め設定されている制御プログラムに従い、起動から停止までの一連の発電動作を制御する。
【００３８】
また、図３に示すように、発電制御部１０１は、動作異常を検出する異常検出部１０３、及び異常検出部１０３で異常が検出された場合、異常の程度に応じた制御レベルを判定し、判定した制御レベルに応じて、発電動作を制限し、或いは停止させる制御レベル判定部１０４を備えている。この異常検出部１０３の入力側には、運転状態検出部１０２に備えた、異常判定に必要なパラメータを検出するセンサ・スイッチ類が接続されている。すなわち、異常検出部１０３の入力側には冷却水温センサ５２、改質装置触媒温度センサ５４、系統電圧センサ５７、電池冷却水温センサ５６、バーナ温度センサ５５、インバータ電圧センサ５８、熱利用設備故障検出手段５９、通常停止スイッチＳＷ１、緊急停止スイッチＳＷ２が接続されている。
【００３９】
ここで、系統電圧センサ５７は、燃料電池本体７と共に負荷に対して電力を供給している燃料電池外の電源の電圧Ｖｓを検出するものであり、インバータ電圧センサ５８はインバータユニット（図示せず）から出力されるインバータ電圧Ｖｉｖを検出するものである。また、熱利用設備故障検出手段５９は、貯湯槽２７の漏水など、熱利用設備４１全体の故障を検知するためのセンサ類の総称である。例えば、熱利用設備故障検出手段５９として貯湯槽２７の漏水を検出する漏水センサがある場合、この漏水センサで液面レベルの変化を検出し、液面レベルの減少割合が多き場合は漏水と判定する。
【００４０】
図４には、発電制御部１０１で実行される起動から停止までの運転制御ルーチンが示されている。このルーチンでは、燃料電池発電装置の起動スイッチをＯＮすると、先ず、ステップＳ１の工程で起動準備モードが実行され、回収水タンク４２に市水（水道水）が補給される。そして、この回収水タンク４２に補給された市水の一部が、回収水ポンプ４３にて水処理装置４５へ送給され、ここで、純水化された後、電池冷却水タンク２５に電池冷却水として供給する。
【００４１】
次いで、ステップＳ２へ進み、この工程で起動昇温モードが実行される。この起動昇温モードでは、電池冷却水タンク２５に貯留されている電池冷却水を、この電池冷却水タンク２５に内蔵するヒータ（図示せず）で加熱昇温し、更に、改質装置３のバーナ３ｄに燃料ガスを供給して燃焼させて改質装置３を加熱する。
【００４２】
その後、ステップＳ３へ進み、この工程で改質昇温モードが実行される。この改質昇温モードでは、改質装置３のバーナ３ｄに燃料ガスや燃料オフガスを供給して燃焼させて、改質装置３内の雰囲気を所定温度まで昇温させる。
【００４３】
次いで、ステップＳ４へ進み、この工程で発電昇温モードを実行する。この発電昇温モードでは、燃料電池本体７を発電動作させ、そのときの発熱により改質装置３を更に昇温させる。その際、温水循環ポンプ３３は停止させておき、改質装置３からの放熱を抑制して電池冷却水の昇温を促進させる。
【００４４】
そして、ステップＳ５へ進み、この工程で発電モードを実行する。この発電モードでは通常の発電を実行し、電力系統の要求負荷に応じた電気出力を発電する。その際、発電に伴って発生する熱は、電池冷却水冷却器２２から、温水循環ポンプ３３の駆動により循環されている温水にて回収させ、貯湯槽２７に蓄熱する。
【００４５】
その後、ステップＳ６へ進み、この工程で停止スイッチＳＷ１がＯＮか否かを調べ、ＯＦＦの状態のときはステップＳ５へ戻り、通常の発電モードを継続させる。
【００４６】
一方、停止スイッチＳＷ１がＯＮされたときは、ステップＳ７へ進み、この工程で発電冷却モードを実行する。この発電冷却モードでは、燃料電池発電装置を停止する前に、燃料電池本体７を設定温度まで冷却するために、先ず、燃料電池本体７の発電量を減少させて発熱温度を低下させる。同時に、温水循環ポンプ３３で供給する温水流量を増加させ、電池冷却水冷却器２２の冷却効率を高め、燃料電池本体７を、予め設定されている温度まで強制的に冷却させる。
【００４７】
その後、ステップＳ８へ進み、この工程で停止準備モードを実行する。この停止準備モードでは、燃料ガスの供給を停止すると共に、反応空気ブロワ８を停止させて燃料電池本体７に供給する改質ガス、及び空気の供給を停止させる。また、燃料電池発電装置内に残留する可燃性ガスをパージするために、窒素ガス（図示せず）を装置に供給する。尚、本形態に示す固体高分子型燃料電池発電装置では、窒素ガスを供給せず、水蒸気と燃料ガスとを用いて残留可燃ガスをパージする場合もある。
【００４８】
そして、ステップＳ９へ進み、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００４９】
ところで、燃料電池発電装置を構成する機器が故障した場合、その都度、システムを停止させると、内部に残留するガスと水分とのバランスが崩れ、性能劣化が助長されてしまう。そのため、上述した異常検出部１０３では、各運転モード毎に異常の有無を調べ、異常が検出されたときは、制御レベル判定部１０４において制御レベルを判定し、制御レベルに応じた制御モードを実行させる。
【００５０】
本形態では、制御レベルを、故障の程度の比較的軽いレベル１から故障の程度が比較的重いレベル６までの６段階に設定している。各制御レベルで実行される運転制御は以下の通りである。
・レベル１（１０％負荷軽減）
燃料電池本体７の発電出力を１０％低下させ、負荷軽減させて発電を継続させる。
・レベル２（最下限まで負荷低減）
燃料電池本体７の発電出力を最下限まで低下させて、発電を継続させる。
・レベル３（自立・待機）
燃料電池本体７は発電を継続させるが、電力系統とは切り離して自立運転させる。
・レベル４（起動時通常停止）
起動操作を中止して、システムを停止させる。
・レベル５（発電時通常停止）
燃料電池本体７は自立運転で発電を継続させるが、燃料電池本体７が一定温度に低下するまで冷却し、その後、システムを停止する。
・レベル６（緊急停止）
燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器を停止させる。
【００５１】
上述した異常検出部１０１、及び制御レベル判定部１０４で実行される燃料電池発電装置の運転制御は、具体的には、図５〜図８のフローチャート従って処理される。
【００５２】
各フローチャートは、上述した図２に示す運転制御フローチャートの各運転モードに対応して実行される。
【００５３】
先ず、図５に示す起動準備／起動昇温時異常判定ルーチンは、起動準備モード、及び起動昇温モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【００５４】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ１１〜ステップＳ２０で異常項目を調べ、何れかの項目で異常が検出された場合は、制御レベルをレベル４に設定する。すなわち、起動準備モード、及び起動昇温モードは、未だシステムが立ち上がったばかりであるため、異常を検知したとき起動操作を中止して、システムを停止させても、性能劣化が助長されることはないため、システムを安定した状態で停止させることができる。
【００５５】
このルーチンでは、ステップＳ１１で、冷却水温センサ５２で検出した循環水ライン３２を流れる温水のラジエータ３４で冷却された直後の温度（以下、「冷却水温度」と称する）Ｔｗｇと、高温判定温度Ｔｗｇｏとを比較し、Ｔｗｇ＜Ｔｗｇｏのときは正常と判定してステップＳ１２へ進む。また、Ｔｗｇ≧Ｔｗｇｏのときは冷却水温が高いと判定し、ステップＳ２１へジャンプする。
【００５６】
ステップＳ１２では、改質装置触媒温度センサ５４で検出した改質装置触媒温度Ｔｃと高温判定温度Ｔｃｏとを比較し、Ｔｃ＜Ｔｃｏのときは正常と判定してステップＳ１３へ進む。また、Ｔｃ≧Ｔｃｏのときは改質装置触媒温度が高いと判定し、ステップＳ２１へジャンプする。
【００５７】
ステップＳ１３では、系統電圧センサ５７で検出した燃料電池外の電源の電圧Ｖｓと電圧異常判定温度Ｖｓｏとを比較し、Ｖｓ＜Ｖｓｏのときは正常と判定してステップＳ１４へ進む。また、Ｖｓ≧Ｖｓｏのときは電圧異常と判定してステップＳ２１へジャンプする。
【００５８】
ステップＳ１４では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水タンク２の直上流の電池冷却水温Ｔｄと低温判定温度Ｔｄｌとを比較し、Ｔｄ＞Ｔｄｌのときは正常と判定してステップＳ１５へ進む。また、Ｔｄ≦Ｔｄｌのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ２１へジャンプする。
【００５９】
ステップＳ１５では、バーナ温度センサ５５で検出したバーナ温度Ｔｂと失火判定温度Ｔｂｏとを比較し、Ｔｂ＞Ｔｂｏのときは正常と判定してステップＳ１６へ進む。また、Ｔｂ≦Ｔｂｏのときはバーナ失火と判定して、ステップＳ２１へジャンプする。
【００６０】
ステップＳ１６では、インバータ電圧センサ５８で検出したインバータ電圧Ｖｉｖと異常判定電圧Ｖｉｖｏとを比較し、Ｖｉｖ＜Ｖｉｖｏのときは正常と判定してステップＳ１７へ進む。また、Ｖｉｖ≧Ｖｉｖｏのときはインバータ異常と判定して、ステップＳ２１へジャンプする。
【００６１】
ステップＳ１７では、熱利用設備故障検出手段５９で故障が検出されたか否かを調べ、故障が検出されないときはステップＳ１８へ進み、故障が検出されたときはステップＳ２１へ進む。
【００６２】
ステップＳ１８では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと高温判定温度Ｔｄｈとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈのときは正常と判定してステップＳ１９へ進む。また、Ｔｄ≧Ｔｄｈのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ２１へジャンプする。
【００６３】
ステップＳ１９，Ｓ２０では、通常停止スイッチＳＷ１、或いは緊急停止スイッチＳＷ２がＯＮされたか否かを調べ、何れもＯＦＦのときは、そのままルーチンを抜ける。一方、通常停止スイッチＳＷ１と緊急停止スイッチＳＷ２との少なくとも一方がＯＮされたとき、すなわち停止指令が出力されたときはステップＳ２１へジャンプする。
【００６４】
そして、上述したステップＳ１１〜Ｓ２０の何れかからステップＳ２１へ進むと、制御レベルをレベル４に設定し、レベル４の制御処理、すなわち、起動操作を中止し、システムを停止させた後、ルーチンを終了する。
【００６５】
また、図６に示す改質昇温モード時異常判定ルーチンは、改質昇温モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【００６６】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ３１で、緊急停止スイッチＳＷ２がＯＮか否かを調べ、ＯＦＦのときはステップＳ３２へ進む。また、ＯＮのとき、すなわち、緊急停止指令が出力されたときはステップＳ４１へジャンプし、制御レベルをレベル６に設定し、レベル６の制御処理、すなわち、燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００６７】
また、ステップＳ３１からステップＳ３２へ進むと、このステップＳ３２〜Ｓ４０は、図５に示す起動準備／起動昇温時異常判定ルーチンのステップＳ１１〜Ｓ１９と同様の処理を行い、全てがＮＯの場合は、そのままルーチンを抜ける。一方、何れかのステップがＹＥＳのときは、ステップＳ４２へ進み、制御レベルをレベル４に設定し、レベル４の制御処理、すなわち、起動操作を中止し、システムを停止させた後、ルーチンを終了する。
【００６８】
また、図７に示す発電昇温モード時異常判定ルーチンは、発電昇温モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【００６９】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ５１で、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと低温判定温度Ｔｄｌとを比較し、Ｔｄ＞Ｔｄｌのときは正常と判定してステップＳ５２へ進む。また、Ｔｄ≦Ｔｄｌのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ６１へジャンプする。
【００７０】
ステップＳ５２では、バーナ温度センサ５５で検出したバーナ温度Ｔｂと失火判定温度Ｔｂｏとを比較し、Ｔｂ＞Ｔｂｏのときは正常と判定してステップＳ５３へ進む。また、Ｔｂ≦Ｔｂｏのときはバーナ失火と判定して、ステップＳ６１へジャンプする。
【００７１】
ステップＳ５３では、インバータ電圧センサ５８で検出したインバータ電圧Ｖｉｖと異常判定電圧Ｖｉｖｏとを比較し、Ｖｉｖ＜Ｖｉｖｏのときは正常と判定してステップＳ５４へ進む。また、Ｖｉｖ≧Ｖｉｖｏのときはインバータ異常と判定して、ステップＳ６１へジャンプする。
【００７２】
ステップＳ５４では、緊急停止スイッチＳＷ２がＯＮか否かを調べ、ＯＦＦのときはステップＳ５５へ進む。また、ＯＮのとき、すなわち、緊急停止指令が出力されたときはステップＳ６１へ進む。
【００７３】
そして、ステップＳ５１〜Ｓ５４の何れかからステップＳ６１へ進むと、制御レベルをレベル６に設定し、レベル６の制御処理、すなわち、燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００７４】
一方、ステップＳ５５では、冷却水温センサ５２で検出した冷却水温度Ｔｗｇと、高温判定温度Ｔｗｇｏとを比較し、Ｔｗｇ＜Ｔｗｇｏのときは正常と判定してステップＳ５６へ進む。また、Ｔｗｇ≧Ｔｗｇｏのときは冷却水温が高いと判定し、ステップＳ６２へジャンプする。
【００７５】
ステップＳ５６では、改質装置触媒温度センサ５４で検出した改質装置触媒温度Ｔｃと高温判定温度Ｔｃｏとを比較し、Ｔｃ＜Ｔｃｏのときは正常と判定してステップＳ５７へ進む。また、Ｔｃ≧Ｔｃｏのときは改質装置触媒温度が高いと判定し、ステップＳ６２へジャンプする。
【００７６】
ステップＳ５７では、系統電圧センサ５７で検出した燃料電池外の電源の電圧Ｖｓと電圧異常判定温度Ｖｓｏとを比較し、Ｖｓ＜Ｖｓｏのときは正常と判定してステップＳ５８へ進む。また、Ｖｓ≧Ｖｓｏのときは電圧異常と判定してステップＳ６２へジャンプする。
【００７７】
ステップＳ５８では熱利用設備故障検出手段５９で故障が検出されたか否かを調べ、故障が検出されないときはステップＳ５９へ進み、故障が検出されたときはステップＳ６２へ進む。
【００７８】
ステップＳ５９では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと高温判定温度Ｔｄｈとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈのときは正常と判定してステップＳ６０へ進む。また、Ｔｄ≧Ｔｄｈのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ６２へジャンプする。
【００７９】
ステップＳ６０では、通常停止スイッチＳＷ１がＯＮされたか否かを調べ、ＯＦＦのときは、そのままルーチンを抜ける。一方、通常停止スイッチＳＷ１がＯＮの通常停止指令が出力されたときはステップＳ６２へジャンプする。
【００８０】
そして、ステップＳ５５〜Ｓ６０の何れかからステップＳ６２へ進むと、制御レベルをレベル５に設定し、レベル５の制御処理、すなわち、燃料電池本体７は自立運転で発電を継続させて燃料電池本体７が一定温度に低下するまで冷却し、燃料電池本体７が一定温度に低下した後、システムを停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００８１】
また、図８に示す発電モード時異常判定ルーチンは、発電モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【００８２】
このルーチンでのステップＳ７１〜Ｓ７４では、図７に示すステップＳ５１〜Ｓ５４と同一の処理を行う。そして、ステップＳ７１〜Ｓ７４の何れかからステップＳ８１へ進むと、制御レベルをレベル６に設定し、レベル６の制御処理、すなわち、燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００８３】
一方、ステップＳ７４からステップＳ７５へ進むと、熱利用設備故障検出手段５９で故障が検出されたか否かを調べ、故障が検出されないときはステップＳ７６へ進み、故障が検出されたときはステップＳ８２へジャンプする。
【００８４】
ステップＳ７６では、通常停止スイッチＳＷ１がＯＮされたか否かを調べ、ＯＦＦのときは、ステップＳ７７へ進み、ＯＮの通常停止指令が出力されたときときはステップＳ８２へジャンプする。
【００８５】
そして、ステップＳ７５或いはＳ７６からステップＳ８２へ進むと、制御レベルをレベル５に設定し、レベル５の制御処理、すなわち、燃料電池本体７は自立運転で発電を継続させて燃料電池本体７が一定温度に低下するまで冷却し、燃料電池本体７が一定温度に低下した後、システムを停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００８６】
一方、ステップＳ７６からステップＳ７７へ進むと、系統電圧センサ５７で検出した燃料電池外の電源の電圧Ｖｓと電圧異常判定温度Ｖｓｏとを比較し、Ｖｓ＜Ｖｓｏのときは正常と判定してステップＳ７８へ進む。また、Ｖｓ≧Ｖｓｏのときは電圧異常と判定してステップＳ８３へジャンプする。
【００８７】
ステップＳ８３では、制御レベルをレベル３に設定し、レベル３の制御処理、すなわち、燃料電池本体７の発電は継続させるが、電力系統とは切り離して自立運転させた後、ルーチンを抜ける。
【００８８】
ステップＳ７８では、改質装置触媒温度センサ５４で検出した改質装置触媒温度Ｔｃと高温判定温度Ｔｃｏとを比較し、Ｔｃ＜Ｔｃｏのときは正常と判定してステップＳ７９へ進む。また、Ｔｃ≧Ｔｃｏのときは改質装置触媒温度が高いと判定し、ステップＳ８４へジャンプする。
【００８９】
ステップＳ７９では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと高温判定温度Ｔｄｈとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈのときは正常と判定してステップＳ８０へ進む。また、Ｔｄ≧Ｔｄｈのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ８４へジャンプする。
【００９０】
ステップＳ７８或いはＳ７９からステップＳ８４へ進むと、制御レベルをレベル２に設定し、レベル２の制御処理、すなわち、燃料電池本体７の発電出力を最下限まで低下させた状態で発電を継続させた後、ルーチンを抜ける。
【００９１】
また、ステップＳ７９からステップＳ８０へ進むと、冷却水温センサ５２で検出した冷却水温度Ｔｗｇと、高温判定温度Ｔｗｇｏとを比較し、Ｔｗｇ＜Ｔｗｇｏのときは正常と判定して、そのままルーチンを抜ける。また、Ｔｗｇ≧Ｔｗｇｏのときは冷却水温が高いと判定し、ステップＳ８５へジャンプし、制御レベルをレベル１に設定し、レベル１の制御処理、すなわち、燃料電池本体７の発電出力を１０％低下させて負荷を軽減させた後、ルーチンを抜ける。
【００９２】
このように、制御レベルがレベル１〜３のときは、燃料電池発電装置を停止することなく、発電動作に制限を加えた状態で継続させるようにしたので、性能劣化の進行を抑制し、耐久性を向上させることができる。この場合、設定時間経過後も状況に変化が無いときは、通常停止動作へ移行して自動的に停止させるようにしても良い。自動停止させることで、無駄な運転が継続されず経済的である。
【００９３】
また、図９に示す発電冷却モード時異常判定ルーチンは、発電モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【００９４】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ９１では、バーナ温度センサ５５で検出したバーナ温度Ｔｂと失火判定温度Ｔｂｏとを比較し、Ｔｂ＞Ｔｂｏのときは正常と判定してステップＳ９２へ進む。また、Ｔｂ≦Ｔｂｏのときはバーナ失火と判定して、ステップＳ１０１へジャンプする。
【００９５】
ステップＳ９２では、インバータ電圧センサ５８で検出したインバータ電圧Ｖｉｖと異常判定電圧Ｖｉｖｏとを比較し、Ｖｉｖ＜Ｖｉｖｏのときは正常と判定してステップＳ９３へ進む。また、Ｖｉｖ≧Ｖｉｖｏのときはインバータ異常と判定して、ステップＳ１０１へジャンプする。
【００９６】
ステップＳ９３では、緊急停止スイッチＳＷ２がＯＮか否かを調べ、ＯＦＦのときはステップＳ９４へ進む。また、ＯＮの緊急停止指令が出力されたときはステップＳ１０１へ進む。
【００９７】
そして、ステップＳ９１〜Ｓ９３の何れかからステップＳ１０１へ進むと、制御レベルをレベル６に設定し、レベル６の制御処理、すなわち、燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【００９８】
一方、ステップＳ９３からステップＳ９４へ進むと、冷却水温センサ５２で検出した冷却水温度Ｔｗｇと、高温判定温度Ｔｗｇｏとを比較し、Ｔｗｇ＜Ｔｗｇｏのときは正常と判定してステップＳ９５へ進む。また、Ｔｗｇ≧Ｔｗｇｏのときは冷却水温が高いと判定し、ステップＳ１０２へジャンプする。
【００９９】
ステップＳ９５では、改質装置触媒温度センサ５４で検出した改質装置触媒温度Ｔｃと高温判定温度Ｔｃｏとを比較し、Ｔｃ＜Ｔｃｏのときは正常と判定してステップＳ９６へ進む。また、Ｔｃ≧Ｔｃｏのときは改質装置触媒温度が高いと判定し、ステップＳ１０２へジャンプする。
【０１００】
ステップＳ９６では、系統電圧センサ５７で検出した燃料電池外の電源の電圧Ｖｓと電圧異常判定温度Ｖｓｏとを比較し、Ｖｓ＜Ｖｓｏのときは正常と判定してステップＳ９７へ進む。また、Ｖｓ≧Ｖｓｏのときは電圧異常と判定してステップＳ１０２へジャンプする。
【０１０１】
ステップＳ９７では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと低温判定温度Ｔｄｌとを比較し、Ｔｄ＞Ｔｄｌのときは正常と判定してステップＳ９８へ進む。また、Ｔｄ≦Ｔｄｌのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ１０２へジャンプする。
【０１０２】
ステップＳ９８では、熱利用設備故障検出手段５９で故障が検出されたか否かを調べ、故障が検出されないときはステップＳ９９へ進み、故障が検出されたときはステップＳ１０２へ進む。
【０１０３】
ステップＳ９９では、電池冷却水温センサ５６で検出した電池冷却水温Ｔｄと高温判定温度Ｔｄｈとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈのときは正常と判定してステップＳ１００へ進む。また、Ｔｄ≧Ｔｄｈのときは電池冷却水温異常と判定し、ステップＳ１０２へジャンプする。
【０１０４】
ステップＳ１００では、通常停止スイッチＳＷ１がＯＮされたか否かを調べ、ＯＦＦのときは、そのままルーチンを抜ける。一方、通常停止スイッチＳＷ１がＯＮの通常停止指令が出力されたときはステップＳ１０２へジャンプする。
【０１０５】
そして、ステップＳ９４〜Ｓ１００の何れかからステップＳ１０２へ進むと、制御レベルをレベル５に設定し、レベル５の制御処理、すなわち、燃料電池本体７は自立運転で発電を継続させて燃料電池本体７が一定温度に低下するまで冷却し、燃料電池本体７が一定温度に低下した後、システムを停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。
【０１０６】
また、図１０に示す停止準備モード時異常判定ルーチンは、停止準備モードを実行している際に、バックグラウンドで設定演算周期毎に起動される。
【０１０７】
このルーチンは、先ずステップＳ１１１でバーナ温度センサ５５で検出したバーナ温度Ｔｂと失火判定温度Ｔｂｏとを比較し、Ｔｂ＞Ｔｂｏのときは正常と判定してステップＳ１１２へ進む。また、Ｔｂ≦Ｔｂｏのときはバーナ失火と判定して、ステップＳ１１３へジャンプする。
【０１０８】
ステップＳ１１２では、緊急停止スイッチＳＷ２がＯＮか否かを調べ、ＯＦＦのときは、そのままルーチンを抜ける。また、ＯＮの緊急停止指令が出力されたときはステップＳ１１３へ進む。
【０１０９】
そして、ステップＳ１１１或いはＳ１１２からステップＳ１１３へ進むと、制御レベルをレベル６に設定し、レベル６の制御処理、すなわち、燃料電池本体７を冷却することなく直ちに発電を停止させ、全ての機器が停止したとき、ルーチンを終了する。停止準備モードでは、燃料電池発電装置を停止させようとしているため、緊急停止させても性能劣化が進行することはない。
【０１１０】
このように、本形態では、システムに異常が生じた場合、常に停止させるのではなく、そのときの運転モードと異常状態に応じて制御レベルを設定し、異常の度合いが比較的軽度の場合は（レベル１〜３）、発電動作に制限を加えた状態で運転を継続させるようにしたので、性能劣化の進行を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】固体高分子型燃料電池発電装置のシステムフロー
【図２】制御系の概略構成図
【図３】動作異常を検出する制御系の概略構成図
【図４】運転制御ルーチンを示すフローチャート
【図５】起動準備／起動昇温時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【図６】改質昇温モード時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【図７】発電昇温モード時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【図８】発電モード時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【図９】発電冷却モード時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【図１０】停止準備モード時異常判定ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
【０１１２】
１：ガス昇圧器
２：脱硫器
３：改質装置
３ａ：改質部
３ｂ：ＣＯ変成部
３ｃ：ＣＯ除去部
３ｄ：バーナ
３ｅ： 燃焼筒
３ｆ： 蒸発部
４：選択酸化空気ブロワ
７：燃料電池本体
７ａ：燃料極
７ｂ：空気極
７ｃ：冷却板
７ｄ：加湿部
８：反応空気ブロワ
９：改質用水供給ポンプ
２１：水冷却設備
２２：電池冷却水冷却器
２３：空気極出口空気冷却器
２４：排ガス冷却器
２５：電池冷却水タンク
２６：電池冷却水循環ポンプ
２７：貯湯槽
３２：循環水ライン
３３：温水循環ポンプ
３４：ラジエータ
４１：熱利用設備
４２：回収水タンク
４３：回収水ポンプ
４５：水処理装置
５１：水位センサ
５２：冷却水温センサ
５３：冷却水流量センサ
５４：改質装置触媒温度センサ
５５：バーナ温度センサ
５６：電池冷却水温センサ
Ｔｃ：改質装置触媒温度
Ｔｄ：電池冷却水温度
Ｔｗｇ：外部冷却水温
【図１】
2007141787.tif 000003
【図２】
2007141787.tif 000004
【図３】
2007141787.tif 000005
【図４】
2007141787.tif 000006
【図５】
2007141787.tif 000007
【図６】
2007141787.tif 000008
【図７】
2007141787.tif 000009
【図８】
2007141787.tif 000010
【図９】
2007141787.tif 000011
【図１０】
2007141787.tif 000012