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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024115261
(43)【公開日】2024-08-26
(54)【発明の名称】異常診断装置
(51)【国際特許分類】
   H01M 8/04664 20160101AFI20240819BHJP
   H01M 8/04029 20160101ALI20240819BHJP
   H01M 8/04313 20160101ALI20240819BHJP
   H01M 8/04537 20160101ALI20240819BHJP
   H01M 8/0438 20160101ALI20240819BHJP
   H01M 8/0432 20160101ALI20240819BHJP
【FI】
H01M8/04664
H01M8/04029
H01M8/04313
H01M8/04537
H01M8/0438
H01M8/0432
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023020871
(22)【出願日】2023-02-14
(71)【出願人】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人R&C
(72)【発明者】
【氏名】大西 哲朗
(72)【発明者】
【氏名】岩見 潤
(72)【発明者】
【氏名】森一 雅貴
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 勇輔
(72)【発明者】
【氏名】脇 欣士郎
【テーマコード(参考)】
5H127
【Fターム(参考)】
5H127AB02
5H127AB08
5H127AB23
5H127AC17
5H127BA02
5H127BA05
5H127BA13
5H127BA18
5H127BA33
5H127BA34
5H127BA37
5H127BA59
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB18
5H127BB19
5H127BB37
5H127DB86
5H127DB87
5H127DB88
5H127DB90
5H127EE02
5H127EE03
5H127EE29
5H127GG04
5H127GG09
(57)【要約】
【課題】燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置の提供。
【解決手段】異常診断装置は、燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した、水量測定器で測定される改質用水の量と、循環ポンプの出力及びその回転速度とを参照して、改質用水タンクに貯えられている改質用水の量が所定の下限水量以下である状態が設定時間連続しているという第1判定条件が満たされ、且つ、循環ポンプの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件が満たされる場合、排熱回収用熱交換器における熱媒体の通流不良が発生していると判定する。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて前記燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置であって、
前記燃料電池装置は、外側容器、及び、当該外側容器の内部空間に設けられる内側容器を有するホットモジュールを備え、前記ホットモジュールは、前記内側容器の内部に、供給される改質用水を気化させる気化器、原燃料を前記気化器から供給される水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器、前記改質器から燃料ガス供給路を介して供給される燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部を備え、
前記燃料電池装置は、
前記内側容器の外部に排出される、前記燃焼部での燃焼により発生したガスを含む排出ガスと熱媒体との熱交換を行う排熱回収用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器で前記熱媒体と熱交換した後の前記排出ガスが流れる排出ガス流路と、
前記排熱回収用熱交換器で前記熱媒体と熱交換した後の前記排出ガスに含まれる凝縮水を分離する気液分離部と、
前記気液分離部によって分離された前記凝縮水が流れる水回収路と、
回収した前記凝縮水を、前記水蒸気改質に用いる前記改質用水として貯える改質用水タンクと、
前記改質用水タンクに貯えられている前記改質用水の量を測定する水量測定器と
前記改質用水タンクに貯えている前記改質用水を前記気化器に供給する改質用水供給器と、
前記熱媒体を貯える熱媒体タンクから前記排熱回収用熱交換器へ向けて前記熱媒体が流れる往路、前記排熱回収用熱交換器から前記熱媒体タンクへ向けて前記熱媒体が流れる復路を有する熱媒体循環路と、
前記熱媒体循環路において前記熱媒体を流す循環ポンプと、を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度とを参照して、前記改質用水タンクに貯えられている前記改質用水の量が所定の下限水量以下である状態が設定時間連続しているという第1判定条件が満たされ、且つ、前記循環ポンプの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件が満たされる場合、前記排熱回収用熱交換器における前記熱媒体の通流不良が発生していると判定する異常診断装置。
【請求項2】
前記燃料電池装置は、前記熱媒体循環路の前記往路の途中に設けられ、ラジエータファンを回転させて前記外側容器の内部に存在する空気を流動させることで、前記往路を流れる前記熱媒体を冷却するラジエータを備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記ラジエータファンの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第3判定条件が満たされる場合、前記ラジエータファンに異常があると判定する請求項1に記載の異常診断装置。
【請求項3】
前記燃料電池装置は、
前記熱媒体循環路の前記往路の途中の、前記ラジエータと前記排熱回収用熱交換器との間を流れる前記熱媒体の温度を測定する第1熱媒体温度測定器を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第1熱媒体温度測定器によって測定される前記熱媒体の温度が所定の計測上限値及び計測下限値の間の許容範囲から逸脱しているという第4判定条件が満たされる場合、前記第1熱媒体温度測定器に異常があると判定する請求項2に記載の異常診断装置。
【請求項4】
前記燃料電池装置は、
前記熱媒体循環路の前記往路の途中の、前記熱媒体タンクと前記ラジエータとの間を流れる前記熱媒体の温度を測定する第2熱媒体温度測定器と、
前記外側容器に設けられる換気口を介して前記外側容器の内部の空気を換気する換気ファンと、を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記ラジエータファンの動作中において、前記第2熱媒体温度測定器によって測定される前記熱媒体の温度から、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度を減算して算出される温度差が所定温度差以下であるという第5判定条件が満たされる場合、前記外側容器の前記内部空間の空気の換気不良が発生していると判定する請求項3に記載の異常診断装置。
【請求項5】
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量より少ない状態から前記上限水量以上の状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされない場合、前記改質用水タンクからの前記改質用水の漏洩が発生していると判定する請求項4に記載の異常診断装置。
【請求項6】
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量より少ない状態から前記上限水量以上の状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされる場合、前記水量測定器に異常があると判定する請求項4に記載の異常診断装置。
【請求項7】
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、過去の所定期間内に発生した前記水量測定器の故障履歴とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量以上の状態及び前記下限水量以下の状態の両方が前記所定期間内に発生したという条件と前記水量測定器の故障が前記所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされる場合、前記水量測定器に異常があると判定する請求項4に記載の異常診断装置。
【請求項8】
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記所定期間内に発生した前記水量測定器の故障履歴とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記第6判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量以上の状態及び前記下限水量以下の状態の両方が前記所定期間内に発生したという条件と前記水量測定器の故障が前記所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされない場合、前記第2熱媒体温度測定器の異常、前記水量測定器の異常、前記改質用水タンクからの前記改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つが発生していると判定する請求項6又は7に記載の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1(特開2016-184319号公報)には、発電システムの故障部位を診断及び特定でき、故障時の誤診断を抑えられるシステムが記載されている。
具体的には、特許文献1に記載のシステムでは、発電システムが故障した場合、発電装置の各部位に設けられた複数の検出手段それぞれでの検出信号履歴を含む故障データが生成される。そして、データベースに記録された過去故障時データの中から、今回の故障時の故障データと相関関係が強い相関故障時データが選択される。更に、選択された相関故障時データに対応付けられた故障診断結果及び故障対応記録が出力される。このように、特許文献1に記載のシステムでは、今回の故障が発生した場合に検出される検出信号履歴を含む故障時データと相関関係が強い過去故障時データを特定し、今回の故障も、その相関関係が強い過去故障時データと同様の故障原因によって発生したものと見なしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016-184319号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
相関関係の強さという統計的な手法によらずに、燃料電池装置の動作状態を診断する手法も求められている。
【0005】
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、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための本発明に係る異常診断装置の特徴構成は、施設に設置される燃料電池装置から情報通信回線を介して受信した情報に基づいて前記燃料電池装置で発生する異常の内容を診断する異常診断装置であって、
前記燃料電池装置は、外側容器、及び、当該外側容器の内部空間に設けられる内側容器を有するホットモジュールを備え、前記ホットモジュールは、前記内側容器の内部に、供給される改質用水を気化させる気化器、原燃料を前記気化器から供給される水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器、前記改質器から燃料ガス供給路を介して供給される燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部を備え、
前記燃料電池装置は、
前記内側容器の外部に排出される、前記燃焼部での燃焼により発生したガスを含む排出ガスと熱媒体との熱交換を行う排熱回収用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器で前記熱媒体と熱交換した後の前記排出ガスが流れる排出ガス流路と、
前記排熱回収用熱交換器で前記熱媒体と熱交換した後の前記排出ガスに含まれる凝縮水を分離する気液分離部と、
前記気液分離部によって分離された前記凝縮水が流れる水回収路と、
回収した前記凝縮水を、前記水蒸気改質に用いる前記改質用水として貯える改質用水タンクと、
前記改質用水タンクに貯えられている前記改質用水の量を測定する水量測定器と
前記改質用水タンクに貯えている前記改質用水を前記気化器に供給する改質用水供給器と、
前記熱媒体を貯える熱媒体タンクから前記排熱回収用熱交換器へ向けて前記熱媒体が流れる往路、前記排熱回収用熱交換器から前記熱媒体タンクへ向けて前記熱媒体が流れる復路を有する熱媒体循環路と、
前記熱媒体循環路において前記熱媒体を流す循環ポンプと、を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度とを参照して、前記改質用水タンクに貯えられている前記改質用水の量が所定の下限水量以下である状態が設定時間連続しているという第1判定条件が満たされ、且つ、前記循環ポンプの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件が満たされる場合、前記排熱回収用熱交換器における前記熱媒体の通流不良が発生していると判定する点にある。
【0007】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、改質用水タンクに貯えられている改質用水の量が所定の下限水量以下である状態が設定時間連続しているという第1判定条件が満たされ、且つ、循環ポンプの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件が満たされていれば、排熱回収用熱交換器における熱媒体の通流不良が発生していると判定する。つまり、異常診断装置は、水量測定器の測定結果に現れる異常についての診断結果を自動で決定できる。
【0008】
例えば、燃料電池装置が有する複数の測定器のうちの少なくとも一つの測定器の測定結果に異常が現れたという事実のみに基づいてメンテナンス担当者などが出動した場合、その場でメンテナンス担当者がその異常についての診断結果を下す必要がある。ところが本特徴構成では、異常診断装置がその異常についての診断結果の特定を自動で行うため、メンテナンス担当者などはその診断結果に応じた準備を事前に行った上で出動できる。
従って、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置を提供できる。
【0009】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置は、前記熱媒体循環路の前記往路の途中に設けられ、ラジエータファンを回転させて前記外側容器の内部に存在する空気を流動させることで、前記往路を流れる前記熱媒体を冷却するラジエータを備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記ラジエータファンの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第3判定条件が満たされる場合、前記ラジエータファンに異常があると判定する点にある。
【0010】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、前記ラジエータファンの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第3判定条件が満たされる場合、ラジエータファンに異常があるという診断を自動で行うことができる。
【0011】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置は、
前記熱媒体循環路の前記往路の途中の、前記ラジエータと前記排熱回収用熱交換器との間を流れる前記熱媒体の温度を測定する第1熱媒体温度測定器を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第1熱媒体温度測定器によって測定される前記熱媒体の温度が所定の計測上限値及び計測下限値の間の許容範囲から逸脱しているという第4判定条件が満たされる場合、前記第1熱媒体温度測定器に異常があると判定する点にある。
【0012】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、第1熱媒体温度測定器によって測定される熱媒体の温度が所定の計測上限値及び計測下限値の間の許容範囲から逸脱しているという第4判定条件が満たされる場合、熱媒体循環路の往路の途中の、ラジエータと排熱回収用熱交換器との間を流れる熱媒体の温度を測定する第1熱媒体温度測定器に異常があるという診断を自動で行うことができる。
【0013】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置は、
前記熱媒体循環路の前記往路の途中の、前記熱媒体タンクと前記ラジエータとの間を流れる前記熱媒体の温度を測定する第2熱媒体温度測定器と、
前記外側容器に設けられる換気口を介して前記外側容器の内部の空気を換気する換気ファンと、を備え、
前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記ラジエータファンの動作中において、前記第2熱媒体温度測定器によって測定される前記熱媒体の温度から、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度を減算して算出される温度差が所定温度差以下であるという第5判定条件が満たされる場合、前記外側容器の前記内部空間の空気の換気不良が発生していると判定する点にある。
【0014】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、上記第4判定条件が満たされず、且つ、ラジエータファンの動作中において、第2熱媒体温度測定器によって測定される熱媒体の温度から、第1熱媒体温度測定器で測定される熱媒体の温度を減算して算出される温度差が所定温度差以下であるという第5判定条件が満たされる場合、外側容器の内部空間の空気の換気不良が発生しているという診断を自動で行うことができる。
【0015】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量より少ない状態から前記上限水量以上の状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされない場合、前記改質用水タンクからの前記改質用水の漏洩が発生していると判定する点にある。
【0016】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、上記第4判定条件が満たされず、且つ、上記第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされない場合、改質用水タンクからの改質用水の漏洩が発生しているという診断を自動で行うことができる。
【0017】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量より少ない状態から前記上限水量以上の状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされる場合、前記水量測定器に異常があると判定する点にある。
【0018】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、上記第4判定条件が満たされず、且つ、上記第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされる場合、水量測定器に異常があるという診断を自動で行うことができる。
【0019】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、過去の所定期間内に発生した前記水量測定器の故障履歴とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が前記所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量以上の状態及び前記下限水量以下の状態の両方が前記所定期間内に発生したという条件と前記水量測定器の故障が前記所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされる場合、前記水量測定器に異常があると判定する点にある。
【0020】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、上記第4判定条件が満たされず、且つ、上記第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされず、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、上限水量以上の状態及び下限水量以下の状態の両方が所定期間内に発生したという条件と水量測定器の故障が所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされる場合、水量測定器に異常があるという診断を自動で行うことができる。
【0021】
本発明に係る異常診断装置の別の特徴構成は、前記燃料電池装置から前記情報通信回線を介して受信した、前記水量測定器で測定される前記改質用水の量と、前記循環ポンプの出力及びその回転速度と、前記ラジエータファンの出力及びその回転速度と、前記第1熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記第2熱媒体温度測定器で測定される前記熱媒体の温度と、前記所定期間内に発生した前記水量測定器の故障履歴とを参照して、前記第1判定条件が満たされ、且つ、前記第2判定条件が満たされず、且つ、前記第3判定条件が満たされず、且つ、前記第4判定条件が満たされず、且つ、前記第5判定条件が満たされず、且つ、前記第6判定条件が満たされず、且つ、前記水量測定器によって測定される前記改質用水の量について、前記上限水量以上の状態及び前記下限水量以下の状態の両方が前記所定期間内に発生したという条件と前記水量測定器の故障が前記所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされない場合、前記第2熱媒体温度測定器の異常、前記水量測定器の異常、前記改質用水タンクからの前記改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つが発生していると判定する点にある。
【0022】
上記特徴構成によれば、異常診断装置は、上記第1判定条件が満たされ、且つ、上記第2判定条件が満たされず、且つ、上記第3判定条件が満たされず、且つ、上記第4判定条件が満たされず、且つ、上記第5判定条件が満たされず、且つ、上記第6判定条件が満たされず、且つ、水量測定器によって測定される改質用水の量について、上限水量以上の状態及び下限水量以下の状態の両方が所定期間内に発生したという条件と水量測定器の故障が所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされない場合、第2熱媒体温度測定器の異常、水量測定器の異常、改質用水タンクからの改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つが発生しているという診断を自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】異常診断装置を備える診断システムの構成を示す図である。
図2】燃料電池装置の構成を示す図である。
図3】異常診断処理の例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下に図面を参照して本発明の実施形態に係る異常診断装置4について説明する。
図1は、異常診断装置4を備える診断システムの構成を示す図である。図示するように、住戸及び事業者などの施設1に燃料電池装置10が設けられている。また、施設1には、電力消費装置5、ガス消費装置6、HEMS(Home Energy Management System)7も設けられている。HEMS7は、電力消費装置5、燃料電池装置10、ガス消費装置6などの制御対象装置の動作を制御する装置であり、制御対象装置との間で通信線を介して情報通信を行って、各装置からの情報を受信すると共に、各装置への情報の伝達を行うことができる。また、HEMS7は、各装置から受信した情報を、情報通信回線2を介して異常診断装置4などに送信することもできる。
【0025】
電力消費装置5及び燃料電池装置10は、電力系統に連系される電力線8に接続されて、電力系統からの電力供給を受けることができる。また、燃料電池装置10の発電電力を、電力線8を介して電力系統に供給することもできる。ガス消費装置6及び燃料電池装置10は、ガス供給管9から供給される例えば都市ガスなどのガスの供給を受けることができる。図1では2つの施設1を描いているが、その数は適宜変更可能である。
ガス供給管9から供給される例えば都市ガスなどのガスは本発明の「原燃料」に相当し、以下の説明でも原燃料と記載することがある。
【0026】
燃料電池装置10は、HEMS7を介して、或いは、HEMS7を介さずに、情報通信回線2にアクセスできる。そして、燃料電池装置10は、情報通信回線2に接続されている異常診断装置4、情報提供サーバ装置3、メンテナンス担当者端末装置60、製造関係者端末装置61、管理者端末装置62などとの間で情報通信を行うことができる。
【0027】
図2は、燃料電池装置10の構成を示す図である。燃料電池装置10は、外側容器11の内部に各種部品を備えている。以下に、燃料電池装置10の構成を、ホットモジュール13、原燃料供給系、空気供給系、還流ガス供給系、水回収系、改質用水供給系、排熱回収系に分けて説明する。
【0028】
〔ホットモジュール13〕
外側容器11の内部には、高温環境下で動作するセルスタック18等などの機器を収容するホットモジュール13が設けられる。具体的には、ホットモジュール13の内部には、気化器14、改質器15、マニホールド16、セルスタック18などが設けられる。気化器14は、改質用水を気化させて改質器15に供給する。改質器15は、原燃料を水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する。改質器15には、改質器15の例えば改質触媒(図示せず)の温度を測定する改質器温度測定器としての温度測定器T1が設けられている。
【0029】
セルスタック18は、燃料ガス供給路L2によって供給される、改質器15で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セル17を有する。例えば、改質器15で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路L2を通ってマニホールド16に至り、マニホールド16で、燃料ガスは各燃料電池セル17に分配される。
【0030】
セルスタック18の上方の空間は、セルスタック18から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部19となる。この燃焼熱は、その上方の気化器14及び改質器15に伝達される。燃焼部19の温度は、燃焼部温度測定器としての温度測定器T2で測定される。点火器20は、オフガスに点火させる。
【0031】
ホットモジュール13の給気口21には空気供給路L10が接続され、ホットモジュール13の内部に空気が供給される。ホットモジュール13の排気口22から、ホットモジュール13の内部に存在するガスがホットモジュール13の外部に排出される。排気口22には、排出されるガスに含まれる水素、一酸化炭素などを、酸素を用いて触媒燃焼させる燃焼触媒部23が設けられている。
【0032】
燃焼触媒部23を通過した排出ガスは、排熱回収用熱交換器34に供給される。排熱回収用熱交換器34では、排出ガスと、熱媒体循環路としての湯水循環路L7を流れる排熱回収用の熱媒体としての湯水との熱交換、即ち、排出ガスの冷却が行われ、排出ガスに含まれていた水分が凝縮する。
【0033】
排熱回収用熱交換器34の下流側には、排出ガスに含まれる凝縮水を分離する気液分離部35が設けられる。そして、排出ガス中の気相成分は排出ガス流路L4を通って外側容器11の外部に排出され、排出ガス中の液相成分は水回収路L5を通って水精製器37に供給される。また、外側容器11には、換気口55も設けられている。換気口55の近傍には換気ファン59が設けられ、換気ファン59が動作することで、外側容器11の内部の空気が換気される。外側容器11の内部には、換気ファン59によって換気される、外側容器11の内部空間の空気の温度を測定する内部空間温度測定器としての温度測定器T3が設けられている。
【0034】
〔原燃料供給系〕
原燃料供給系は、原燃料供給路L1を介して、改質器15に原燃料を供給する系統である。具体的には、原燃料供給系は、遮断弁26、圧力測定器27、原燃料流量測定器28、ゼロガバナ29、原燃料供給器30、脱硫器31を備える。
【0035】
遮断弁26は、原燃料供給路L1への原燃料の流入を許可する状態又は遮断する状態に切り替える。圧力測定器27は、原燃料供給路L1に流入する原燃料の圧力を測定する。原燃料供給器30は、改質器15に原燃料を供給する。具体的には、原燃料供給器30は、改質器15に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する。原燃料流量測定器28は、原燃料供給器30によって改質器15に供給される原燃料の単位時間当たりの流量を測定する。例えば、原燃料供給器30は、原燃料流量測定器28で測定される原燃料の流量が目標流量になるように原燃料供給器30の出力、例えば原燃料供給器30としてのブロアのPWM制御のデューティ比を増減させる。また、燃料電池制御部49は、その際の原燃料供給器30としてのブロアの回転速度の情報を入手できる。ゼロガバナ29は、原燃料供給路L1を流れる原燃料の圧力を大気圧と同じに調節する。脱硫器31は、原燃料に含まれる硫黄化合物などを除去する。
【0036】
尚、原燃料供給器30による原燃料の供給が正常に行われている場合、原燃料供給器30としてのブロアの出力とその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。例えば、原燃料供給器30としてのブロアの出力(例えば30%など)ごとに標準回転速度(200rpm)が定まる場合、原燃料供給器30による原燃料の供給が正常に行われていれば、実際の回転速度は標準回転速度から基準値未満(例えば±30%未満など)の乖離しか存在しない。
【0037】
〔空気供給系〕
空気供給系は、空気供給路L10を介して、ホットモジュール13に空気を供給する系統である。空気供給器41は、内側容器12の内部に空気を供給する。具体的には、空気供給器41は、内側容器12の内部に供給する空気の単位時間当たりの流量を調節する。空気流量測定器42は、空気供給器41によって内側容器12の内部に供給される空気の単位時間当たりの流量を測定する。例えば、空気供給器41は、空気流量測定器42で測定される空気の流量が目標流量になるように空気供給器41の出力、例えば空気供給器41としてのブロアのPWM制御のデューティ比を増減させる。また、燃料電池制御部49は、その際の空気供給器41としてのブロアの回転速度の情報を入手できる。異物除去フィルタ40は、空気供給器41によって内側容器12の内部に供給される空気に含まれる異物を捕捉する。
【0038】
尚、空気供給器41による空気の供給が正常に行われている場合、空気供給器41としてのブロアの出力とその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。例えば、空気供給器41としてのブロアの出力(例えば30%など)ごとに標準回転速度(200rpm)が定まる場合、空気供給器41による空気の供給が正常に行われていれば、実際の回転速度は標準回転速度から基準値未満(例えば±30%未満など)の乖離しか存在しない。
【0039】
〔還流ガス供給系〕
還流ガス供給系は、還流ガス供給路L3を介して、改質器15で生成された燃料ガスの一部を原燃料供給路L1に供給する系統である。還流ガス供給路L3は、燃料ガス供給路L2の途中の分岐部24から分岐して、脱硫器31よりも上流側の原燃料供給路L1の途中の合流部25に合流し、燃料ガス供給路L2を流れる燃料ガスの一部を原燃料供給路L1に供給する。それにより、脱硫器31に水素を供給できる。還流ガス供給路L3は、ホットモジュール13の内部から外部に引き出される。オリフィス33は、還流ガス供給路L3の途中に設けられ、還流ガス供給路L3を流れる燃料ガスの単位時間当たりの流量を調節する。温度調節部材32は、還流ガス供給路L3を流れる改質ガスの温度を保つために還流ガス供給路L3の少なくとも一部分の周囲に設けられる。凝縮水回収器36は、還流ガス供給路L3で発生した凝縮水を回収する。還流ガス温度測定器としての温度測定器T4は、温度調節部材32が設けられている部位での還流ガス供給路L3の温度、即ち、還流ガス供給路L3を流れる還流ガスの温度である還流ガス温度を測定する。例えば、温度測定器T4は、還流ガス供給路L3を構成する配管の外表面の温度を測定する機器、還流ガス供給路L3を構成する配管の内部の温度を測定する機器などである。
【0040】
〔水回収系〕
水回収系は、燃料電池装置10で生成された水を回収する系統である。水回収路L5を用いて回収した凝縮水は改質用水タンク38に供給される。改質用水タンク38には、改質用水タンク38に貯えられている改質用水の量を測定する水量測定器58が設けられている。例えば、水量測定器58はフロート式の水量測定器である。図示する例では、水回収路L5は、気液分離部35から水を回収する第1回収路L5aと、凝縮水回収器36から水を回収する第2回収路L5bとを有する。第1回収路L5a及び第2回収路L5bによって回収された凝縮水は、水精製器37を経由して、改質用水タンク38に供給される。水精製器37は、回収した凝縮水に含まれる不純物を除去するための機器である。例えば、水精製器37は、イオン交換樹脂等を充填しており、回収した凝縮水に含まれる電解質のイオン(例えば、イオン化して溶存している塩類やアンモニアなど)を例えばH、OHと交換することで、回収水した凝縮水に含まれる電解質の濃度を相対的に低くさせる(即ち、電気伝導度を低くさせる)機能を果たす。
【0041】
改質用水供給路L6の途中には、改質用水タンク38から気化器14に供給される改質用水の電気伝導度を測定する電気伝導度計57が設けられている。
【0042】
〔改質用水供給系〕
改質用水供給系は、改質用水供給路L6を介して、改質器15に改質用水を供給する系統である。尚、本実施形態では、改質用水タンク38に貯えられている改質用水は気化器14に供給され、気化器14から改質器15に供給される。改質用水供給系は、改質用水供給路L6、改質用水タンク38、改質用水供給器39などを備える。改質用水タンク38は、改質用水を貯える。改質用水供給器39は、改質器15に向けて改質用水を供給する。具体的には、改質用水供給器39は、改質用水供給路L6の途中に設けられ、改質用水供給路L6を流れる改質用水の単位時間当たりの流量を調節する。
【0043】
〔排熱回収系〕
排熱回収系は、燃料電池装置10で発生する熱を回収する系統である。排熱回収系は、熱媒体タンクとしての貯湯タンク45、給水路L8、出湯路L9、湯水循環路L7、循環ポンプ44などを備える。貯湯タンク45には、熱媒体としての湯水が貯えられる。湯水循環路L7は、貯湯タンク45と排熱回収用熱交換器34との間で湯水を循環させる。貯湯タンク45には、相対的に低温の湯水がその下部に貯えられ、相対的に高温の湯水がその上部に貯えられるように、即ち、温度成層を形成する状態で湯水が貯えられる。具体的に説明すると、湯水循環路L7は、貯湯タンク45から排熱回収用熱交換器34へ湯水を移送する往路L7aと、排熱回収用熱交換器34から貯湯タンク45へ湯水を移送する復路L7bとで構成され、往路L7aの途中に設けられる循環ポンプ44とを有する。
【0044】
このような構成により、貯湯タンク45の下部から湯水循環路L7の往路L7aを介して排熱回収用熱交換器34に供給される湯水はその排熱回収用熱交換器34で加熱され、加熱後の湯水は湯水循環路L7の復路L7bを介して貯湯タンク45の上部に供給される。復路L7bの途中に、排熱回収用熱交換器34から貯湯タンク45へ移送される湯水の温度を測定する温度測定器T5が設けられる。本実施形態では、燃料電池制御部49は、復路L7bを流れて貯湯タンク45に流入する湯水の温度(温度測定器T5で測定される湯水の温度)が所定の貯湯目標温度(例えば65℃など)になるように循環ポンプ44の出力、例えば循環ポンプ44のPWM制御のデューティ比を増減させる。また、燃料電池制御部49は、その際の循環ポンプ44の回転速度の情報を入手できる。このようにして、貯湯タンク45に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯、即ち、蓄熱される。
【0045】
尚、循環ポンプ44による湯水の流動が正常に行われている場合、循環ポンプ44の出力とその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。例えば、循環ポンプ44の出力(例えば30%など)ごとに標準回転速度(200rpm)が定まる場合、循環ポンプ44による湯水の流動が正常に行われていれば、実際の回転速度は標準回転速度から基準値未満(例えば±30%未満など)の乖離しか存在しない。
【0046】
加えて、燃料電池装置10は、湯水循環路L7の往路L7aの途中に設けられ、ラジエータファン56aを回転させて外側容器11の内部に存在する空気を流動させることで、往路L7aを流れる湯水を冷却するラジエータ56を備える。また、燃料電池装置10は、湯水循環路L7の往路L7aの途中の、ラジエータ56と排熱回収用熱交換器34との間を流れる湯水の温度を測定する第1熱媒体温度測定器としての排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6と、湯水循環路L7の往路L7aの途中の、貯湯タンク45とラジエータ56との間を流れる湯水の温度を測定する第2熱媒体温度測定器としてのラジエータ56の入口温度センサT7とを備える。
【0047】
燃料電池制御部49は、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度が設定熱媒体温度以上の場合に、ラジエータ56のラジエータファン56aを回転動作させる。例えば、燃料電池制御部49は、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度が上限熱媒体温度以上の場合に、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度が上述した上限熱媒体温度よりも低い目標熱媒体温度以下になるように、ラジエータ56のラジエータファン56aの出力、例えばPWM制御のデューティ比を増減させる。また、燃料電池制御部49は、その際のラジエータファン56aの回転速度の情報を入手できる。
【0048】
尚、ラジエータファン56aの動作が正常に行われている場合、ラジエータファン56aの出力とその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。例えば、ラジエータファン56aの出力(例えば30%など)ごとに標準回転速度(200rpm)が定まる場合、ラジエータファン56aの動作が正常に行われていれば、実際の回転速度は標準回転速度から基準値未満(例えば±30%未満など)の乖離しか存在しない。
【0049】
貯湯タンク45の下部には、貯湯タンク45に上水を供給するための給水路L8が接続され、貯湯タンク45の上部には、貯湯タンク45で貯えている湯水を排出するための出湯路L9が接続される。貯湯タンク45が貯えている湯水には、給水路L8の内部に加わっている給水圧が加わっている。このような構成により、貯湯タンク45では、例えば出湯路L9に接続される水栓(図示せず)が開かれることで出湯路L9へ貯湯タンク45から湯水が排出されるのに伴って、給水路L8から貯湯タンク45に上水が供給される。
【0050】
燃料電池装置10のセルスタック18は、電力変換回路部46を介して電力線8に接続される。図2には、電力変換回路部46が昇圧回路47とインバータ48とを備える例を記載している。
【0051】
燃料電池装置10は、燃料電池制御部49と、燃料電池装置10で取り扱われる情報を記憶する記憶部50と、通信部51とを備える。燃料電池制御部49には、燃料電池装置10が備える測定器の測定結果、機器の動作状態などが伝達され、その測定結果は記憶部50に記憶される。そして、燃料電池制御部49は、それらの測定結果及び動作状態を所定タイミングで通信部51から異常診断装置4に送信する。また、燃料電池制御部49は、それらの測定結果及び動作状態に現れる異常も、測定結果及び動作状態の一部として通信部51から異常診断装置4に送信する。
【0052】
燃料電池制御部49は、上述した点火器20、遮断弁26、原燃料供給器30、改質用水供給器39、空気供給器41、循環ポンプ44、電力変換回路部46、ラジエータ56、換気ファン59などの各種機器の動作を制御する。
【0053】
次に、異常診断装置4が、施設1に設置される燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した情報に基づいて燃料電池装置10で発生する異常の内容を診断する手法について説明する。異常診断装置4は、記憶部4aと診断処理部4bとを備える。
【0054】
異常診断装置4の記憶部4aは、燃料電池装置10が有する複数の測定器のうちの少なくとも一つの測定器の測定結果及び動作状態に現れる異常と、異常の発生要因及び異常への対処法の少なくとも一方を含むその異常について考えられる複数の診断結果のうちの一つを特定するための異常診断処理とを関連付けて、複数の異常毎に記憶する。具体的には、異常診断処理は、燃料電池装置10の測定器の測定結果及び機器の動作状態及び燃料電池装置10の動作環境の少なくとも一方が所定の判定条件を満たしているか否かを判定する判定処理が複数個組み合わされて構成される。判定条件を満たしているか否かに応じて定まる判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合と、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合との少なくとも一種類を含む。ここで、燃料電池装置10の測定器の測定結果は例えば温度測定器の測定結果などである。機器の動作状態は例えば機器が正常に動作しているか否か、機器が実際にどのような動作状態であるか(例えばラジエータファン56aの出力及び回転速度など)である。燃料電池装置10の動作環境は例えば燃料電池装置10と連系されている電力系統の状態(例えば停電の有無など)、系統解列の有無、系統解列の長さ、燃料電池装置10への原燃料の供給状態、実際に供給されている原燃料の熱量(ガス種)、燃料電池装置10で使用が想定されている原燃料の熱量などである。尚、燃料電池装置10の測定器の測定結果及び機器の動作状態及び燃料電池装置10の動作環境はここで例示したものに限定されず適宜設定可能である。
【0055】
そして、異常診断装置4の診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した測定結果及び動作状態に異常が現れる場合、記憶部4aに記憶している、当該異常に対応する異常診断処理の内容と、燃料電池装置10の測定器の測定結果及び機器の動作状態及び燃料電池装置10の動作環境の少なくとも一方とに基づいて、受信した測定結果に現れる異常についての診断結果を特定する。
【0056】
〔異常診断処理〕
図3は、改質用水不足という異常が現れた場合に診断処理部4bが行う異常診断処理の内容を示すフローチャートである。
燃料電池装置10の燃料電池制御部49は、水量測定器58で測定される、改質用水タンク38に貯えられている改質用水の量を監視している。そして、燃料電池制御部49は、改質用水タンク38に貯えられている改質用水の量が所定の下限水量以下である状態が設定時間連続しているという第1判定条件が満たされる場合、改質用水不足という異常が発生したと判定する。そして、燃料電池制御部49は、改質用水不足という異常が発生したという測定結果を、通信部51から異常診断装置4に伝達する。
【0057】
異常診断装置4は、燃料電池装置10から改質用水不足という異常が発生したという測定結果の通知を受けた場合、記憶部4aに記憶している情報を参照して、対応する異常診断処理を読み出す。そして、診断処理部4bがその異常診断処理を実行する。
【0058】
図3に示すように、異常診断処理は、工程#10~工程#16の判定処理を組み合わせて構成される。
【0059】
工程#10の判定処理は、循環ポンプ44の出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件を満たしているか否かを判定するものである。つまり、工程#10では、循環ポンプ44の出力及びその回転速度が所定の判定条件を満たしているか否かを判定している。
【0060】
上述したように、燃料電池制御部49は、復路L7bを流れて貯湯タンク45に流入する湯水の温度(温度測定器T5で測定される湯水の温度)が所定の貯湯目標温度(例えば65℃など)になるように循環ポンプ44の出力、例えばPWM制御のデューティ比を増減させる。また、その際の循環ポンプ44の回転速度の情報を入手できる。この場合、排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良が発生していなければ、循環ポンプ44の出力及びその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。但し、排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良が発生している場合、循環ポンプ44の出力が高いにも関わらず回転速度が低いというように、循環ポンプ44の出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離が発生する。
【0061】
従って、工程#10の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度とを参照して、上記第1判定条件が満たされ、且つ、循環ポンプ44の出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第2判定条件が満たされると判定した場合には、排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良が発生しているという診断結果A1に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良を原因として発生したと診断されている。このように、工程#10の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0062】
それに対して、診断処理部4bは、工程#10において第2判定条件が満たされないと判定した場合には工程#11の判定処理に移行する。このように、工程#10の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。
【0063】
工程#11の判定処理は、ラジエータファン56aの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第3判定条件を満たしているか否かを判定するものである。
【0064】
上述したように、燃料電池制御部49は、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度が上限熱媒体温度以上の場合に、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度が上述した上限熱媒体温度よりも低い目標熱媒体温度以下になるように、ラジエータ56のラジエータファン56aの出力、例えばPWM制御のデューティ比を増減させる。また、燃料電池制御部49は、その際のラジエータファン56aの回転速度の情報を入手できる。この場合、ラジエータファン56aに異常が発生していなければ、ラジエータファン56aの出力とその回転速度との相関関係に基準値未満の乖離しか存在しない。但し、ラジエータファン56aに異物が絡まる、ラジエータファン56aに異物が接触する等の異常が発生している場合、ラジエータファン56aの回転が阻害されることで、ラジエータファン56aの出力が高いにも関わらず回転速度が低いというように、ラジエータファン56aの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離が発生する。
【0065】
従って、工程#11の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度と、ラジエータファン56aの出力及びその回転速度とを参照して、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、ラジエータファン56aの出力とその回転速度との相関関係に基準値以上の乖離があるという第3判定条件が満たされる場合、ラジエータファン56aに異常があると判定する診断結果A2に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、ラジエータファン56aの異常を原因として発生したと診断されている。このように、工程#11の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0066】
それに対して、診断処理部4bは、工程#11において第3判定条件が満たされないと判定した場合には工程#12の判定処理に移行する。このように、工程#11の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。
【0067】
工程#12の判定処理は、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6によって測定される湯水の温度が所定の計測上限値及び計測下限値の間の許容範囲から逸脱しているという第4判定条件を満たしているか否かを判定するものである。
【0068】
通常、湯水の温度には計測上限値及び計測下限値が存在する。例えば、熱媒体としての水の場合、計測上限値は100℃であり、計測下限値は0℃であり、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6によって測定される湯水の温度は0℃~100℃の間の許容範囲以内になるはずである。しかし、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6に異常が発生した場合、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6によって測定される湯水の温度はその許容範囲から逸脱する可能性がある。
【0069】
従って、工程#12の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度と、ラジエータファン56aの出力及びその回転速度と、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度とを参照して、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6によって測定される湯水の温度が所定の計測上限値及び計測下限値の間の許容範囲から逸脱しているという第4判定条件が満たされる場合、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6に異常があると判定する診断結果A3に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、入口温度センサT6の異常を原因として発生したと診断されている。このように、工程#12の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0070】
それに対して、診断処理部4bは、工程#12において第4判定条件が満たされないと判定した場合には工程#13の判定処理に移行する。このように、工程#12の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。
【0071】
工程#13の判定処理は、ラジエータファン56aの動作中において、ラジエータ56の入口温度センサT7によって測定される湯水の温度から、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度を減算して算出される温度差が所定温度差以下であるという第5判定条件を満たしているか否かを判定するものである。
【0072】
外側容器11の内部空間の換気が正常に行われていれば、即ち、外側容器11の内部空間の温度が燃料電池装置10が設置されている場所の外気温度と同程度であれば、ラジエータファン56aが動作することで、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度はラジエータ56の入口温度センサT7によって測定される湯水の温度よりも十分に低くなるはずである。しかし、外側容器11の内部空間の換気が正常に行われていない場合、ラジエータ56によって湯水を十分に冷却できず、その結果、ラジエータ56の入口温度センサT7によって測定される湯水の温度から、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度を減算して算出される温度差が所定温度差よりも大きくなる可能性がある。
【0073】
従って、工程#13の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度と、ラジエータファン56aの出力及びその回転速度と、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度と、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度とを参照して、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、第4判定条件が満たされず、且つ、ラジエータファン56aの動作中において、ラジエータ56の入口温度センサT7によって測定される湯水の温度から、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度を減算して算出される温度差が所定温度差以下であるという第5判定条件が満たされる場合、外側容器11の内部空間の空気の換気不良が発生していると判定する診断結果A4に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、外側容器11の内部空間の空気の換気不良を原因として発生したと診断されている。このように、工程#13の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0074】
それに対して、診断処理部4bは、工程#13において第5判定条件が満たされないと判定した場合には工程#14の判定処理に移行する。このように、工程#13の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。
【0075】
工程#14の判定処理は、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件を満たしているか否かを判定するものである。また、工程#15の判定処理は、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件を満たしているか否かを判定するものである。
【0076】
燃料電池装置10の発電実施中、改質用水タンク38には、内側容器12から排出される排出ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水が流入し続けるため、通常、貯えられている改質用水の量が短期的に大きく増減することはない。水量測定器58によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件を満たしているということは、改質用水タンク38に貯えられている改質用水の量が短期的に急激に減少したことを示している。また、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件を満たしているということは、改質用水タンク38に貯えられている改質用水の量が短期的に急激に増加したことを示している。
【0077】
従って、工程#14及び工程#15の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度と、ラジエータファン56aの出力及びその回転速度と、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度と、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度とを参照して、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、第4判定条件が満たされず、且つ、第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされない場合、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩が発生していると判定する診断結果A5に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩を原因として発生したと診断されている。このように、工程#14の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。また、工程#15の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0078】
また、工程#14及び工程#15の判定処理において診断処理部4bは、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、第4判定条件が満たされず、且つ、第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が過去の所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされ、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量より少ない状態から上限水量以上の状態への遷移が所定期間内に発生したという第7判定条件が満たされる場合、水量測定器58に異常があると判定する診断結果A6に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、水量測定器58の異常を原因として発生したと診断されている。このように、工程#14の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。また、工程#15の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0079】
尚、診断処理部4bは、工程#14において第6判定条件が満たされないと判定した場合には工程#16の判定処理に移行する。このように、工程#14の判定処理の判定結果は、別の判定処理への移行が指示される場合を含んでいる。
【0080】
工程#16の判定処理は、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量以上の状態及び下限水量以下の状態の両方が所定期間内に発生したという条件と水量測定器58の故障が所定期間に発生した(即ち、故障履歴が存在する)という条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件を満たしているか否かを判定するものである。水量測定器58の故障としては、例えば、水量測定器58としてのフロートスイッチの短絡故障を示すエラー、フロートスイッチの断線故障を示すエラーなどである。
【0081】
そして、工程#16の判定処理において診断処理部4bは、燃料電池装置10から情報通信回線2を介して受信した、水量測定器58で測定される改質用水の量と、循環ポンプ44の出力及びその回転速度と、ラジエータファン56aの出力及びその回転速度と、排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6で測定される湯水の温度と、ラジエータ56の入口温度センサT7で測定される湯水の温度と、過去の所定期間内に発生した水量測定器58の故障履歴とを参照して、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、第4判定条件が満たされず、且つ、第5判定条件が満たされず、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、所定の上限水量以上の状態から当該上限水量より少ない状態への遷移が所定期間内に発生したという第6判定条件が満たされず、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量以上の状態及び下限水量以下の状態の両方が所定期間内に発生したという条件と水量測定器58の故障が所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされる場合、水量測定器58に異常があると判定する診断結果A6に至る。このように、工程#16の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0082】
それに対して、診断処理部4bは、第1判定条件が満たされ、且つ、第2判定条件が満たされず、且つ、第3判定条件が満たされず、且つ、第4判定条件が満たされず、且つ、第5判定条件が満たされず、且つ、第6判定条件が満たされず、且つ、水量測定器58によって測定される改質用水の量について、上限水量以上の状態及び下限水量以下の状態の両方が所定期間内に発生したという条件と水量測定器58の故障が所定期間に発生したという条件との少なくとも一方が満たされるという第8判定条件が満たされない場合、ラジエータ56の入口温度センサT7の異常、水量測定器58の異常、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つが発生していると判定する診断結果A7に至る。つまり、ここでは、改質用水不足という異常は、ラジエータ56の入口温度センサT7の異常、水量測定器58の異常、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つを原因として発生したと診断されている。このように、工程#16の判定処理の判定結果は、異常診断処理の診断結果の特定に至る場合を含んでいる。
【0083】
上述した例では、異常診断処理の診断結果は、異常の発生要因として、「排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良が発生(診断結果A1)」、「ラジエータファン56aの異常(診断結果A2)」、「排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6の異常(診断結果A3)」、「外側容器11の内部空間の空気の換気不良が発生(診断結果A4)」、「改質用水タンク38からの改質用水の漏洩が発生(診断結果A5)」、「水量測定器58の異常(診断結果A6)」、「ラジエータ56の入口温度センサT7の異常、水量測定器58の異常、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩(診断結果A7)」というように、燃料電池装置10の特定の部位で発生している不具合の内容を含む。燃料電池装置10の管理者及びメンテナンス担当者及び製造関係者などは、異常の発生要因として、燃料電池装置10の特定の部位で発生している不具合の内容が分かれば、その部位の部品修理や部品交換などの必要な作業を決定できる。
【0084】
以上のように、異常診断装置4は、異常の発生からその異常についての診断結果の特定までを、予め作成された異常診断処理の手順に従って自動で行うことができる。そして、特定された診断結果は、異常診断装置4の記憶部4aに記憶される。また、異常診断装置4の記憶部4aは、燃料電池装置10の管理を行っている所有者等の管理者の連絡先及び燃料電池装置10のメンテナンス担当者の連絡先及び燃料電池装置10の組み立て者や部品製造者等の製造関係者の連絡先の少なくとも一つを記憶しており、診断処理部4bは、特定した診断結果を、管理者の連絡先及びメンテナンス担当者の連絡先及び製造関係者の連絡先の少なくとも一つに出力する。例えば、診断処理部4bは、燃料電池装置10の管理者の電子メールアドレス及び燃料電池装置10のメンテナンス担当者の電子メールアドレス及び燃料電池装置10の製造関係者の電子メールアドレスなどに、診断結果を送信する。その結果、燃料電池装置10の管理者はその管理者端末装置62で診断結果を確認でき、燃料電池装置10のメンテナンス担当者はそのメンテナンス担当者端末装置60で診断結果を確認でき、燃料電池装置10の製造関係者はその製造関係者端末装置61で診断結果を確認できる。このように、異常診断装置4がその異常についての診断結果の特定を自動で行うため、メンテナンス担当者などはその診断結果に応じた準備を事前に行った上で出動できる。
【0085】
例えば、燃料電池装置10のメンテナンス担当者は、燃料電池装置10の修理などの現場に到着する前に、診断結果に応じた修理などの準備を行うことができ、燃料電池装置10の製造関係者は診断結果に応じた修理などに必要な部品の準備を行うことができる。その結果、実際に修理などを行う現場で、修理を行う技能を持つ人員がいないといった問題や、修理に必要な部品を持参していなかったという問題などが発生することを回避できる。
【0086】
尚、診断結果は上述した例に限定されず、適宜変更可能である。
具体例を挙げると、診断結果は、異常への対処法として、燃料電池装置10の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を含んでもよい。
【0087】
例えば、上述した説明では診断結果A1が「排熱回収用熱交換器34における湯水の通流不良が発生している」という診断結果である例を説明したが、「排熱回収用熱交換器34の交換」という診断結果であってもよい。
【0088】
上述した説明では診断結果A2が「ラジエータファン56aに異常がある」という診断結果である例を説明したが、「ラジエータファン56aの交換」という診断結果などであってもよい。
【0089】
上述した説明では診断結果A3が「排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6に異常がある」という診断結果である例を説明したが、「排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6の交換」という診断結果や、「排熱回収用熱交換器34の入口温度センサT6のコネクタ抜け」という診断結果などであってもよい。
【0090】
上述した説明では診断結果A4が「外側容器11の内部空間の空気の換気不良が発生している」という診断結果である例を説明したが、「ラジエータファン56aの風量不足」という診断結果、「換気口55が閉塞されている」という診断結果、「換気口55の閉塞を除去」という診断結果、「ラジエータファン56aに付着している埃を除去」という診断結果などであってもよい。
【0091】
上述した説明では診断結果A5が「改質用水タンク38からの改質用水の漏洩が発生している」という診断結果である例を説明したが、「改質用水タンク38の交換」という診断結果であってもよい。
【0092】
上述した説明では診断結果A6が「水量測定器58に異常がある」という診断結果である例を説明したが、「水量測定器58の交換」という診断結果であってもよい。
【0093】
上述した説明では診断結果A7が「ラジエータ56の入口温度センサT7の異常、水量測定器58の異常、改質用水タンク38からの改質用水の漏洩の少なくとも何れか一つが発生している」という診断結果である例を説明したが、「ラジエータ56の入口温度センサT7の交換」という診断結果、「水量測定器58の交換」という診断結果、「改質用水タンク38の交換」という診断結果などであってもよい。
【0094】
異常への対処法として、上述したような燃料電池装置10の特定の構成部品の交換指示又は修理指示が含まれていれば、交換する構成部品を事前に用意することや、交換作業又は修理作業に必要な人員を事前に決定できる。
【0095】
他にも、燃料電池装置10の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を行う場合、その難易度が分かれば好ましい。そのため、記憶部4aが、燃料電池装置10の構成部品の修理作業又は交換作業の難易度を示す情報を複数の構成部品毎に記憶しており、診断結果は、異常への対処法として、その難易度を示す情報を含んでもよい。異常への対処法として、構成部品の修理作業又は交換作業の難易度を示す情報が含まれていれば、その難易度に応じた技能を持つ人員を派遣する準備を事前に行うことができる。
【0096】
加えて、燃料電池装置10の特定の構成部品の交換指示又は修理指示を行う場合、その交換又は修理を実際に行うメンテナンス担当者にとっては、修理作業又は交換作業を説明する動画データを事前に又は現場で見ることができれば好ましい。そのため、記憶部4aが、燃料電池装置10の構成部品の修理作業又は交換作業を説明する動画データを複数の構成部品毎に記憶しており、診断結果は、異常への対処法として、動画データを含んでもよい。異常への対処法として、燃料電池装置10の構成部品の修理作業又は交換作業を説明する動画データが含まれていれば、構成部品の修理作業又は交換作業の担当者はその動画データを確認して、修理作業又は交換作業を確実に実施できる。
【0097】
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、燃料電池装置10の構成について具体的に説明したが、その構成は適宜変更可能である。
また、診断結果の内容も適宜変更可能である。
【0098】
<2>
上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本発明は、燃料電池装置で発生する異常の内容を適切に診断できる異常診断装置に利用できる。
【符号の説明】
【0100】
1 :施設
2 :情報通信回線
4 :異常診断装置
10 :燃料電池装置
11 :外側容器
12 :内側容器
13 :ホットモジュール
14 :気化器
15 :改質器
17 :燃料電池セル
18 :セルスタック
19 :燃焼部
34 :排熱回収用熱交換器
35 :気液分離部
38 :改質用水タンク
39 :改質用水供給器
44 :循環ポンプ
45 :貯湯タンク(熱媒体タンク)
55 :換気口
56 :ラジエータ
56a :ラジエータファン
58 :水量測定器
59 :換気ファン
L2 :燃料ガス供給路
L4 :排出ガス流路
L5 :水回収路
L7a :往路
L7b :復路
T6 :入口温度センサ(第1熱媒体温度測定器)
T7 :入口温度センサ(第2熱媒体温度測定器)
図1
図2
図3