JP2018186009A - 発電装置、制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】各動作モードにおいて、動作状態が正常であるか否かを迅速に判定する。【解決手段】発電装置は、燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、複数の温度センサから、各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得する制御部と、を備える。制御部は、燃料電池を起動させる起動モードと、起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する。【選択図】図１

Description

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。

従来、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において、複数の温度センサを発電装置内に設置したものが知られている（例えば、特許文献１）。

発電装置は、温度センサによって検出された温度によって、動作状態が正常であるか否かを判定することができる。

特開２０１６−１２５１９号公報

例えばＳＯＦＣのような燃料電池を備える発電装置は、起動モード、発電モード及び待機モードなどのような各種の動作モードを有する。発電装置内の温度を検出することによって、各動作モードにおいて、動作状態が正常であるか否かを迅速に判定することが望ましい。

本開示の目的は、各動作モードにおいて、動作状態が正常であるか否かを迅速に判定することができる発電装置、制御装置及び制御プログラムを提供することにある。

本開示の一実施形態に係る発電装置は、燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得する制御部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する。

本開示の一実施形態に係る制御装置は、燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、を備える発電装置を制御する。前記制御装置は、前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得する。また、前記制御装置は、前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する。

本開示の一実施形態に係る制御プログラムは、燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、を備える発電装置を制御する制御装置に、前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得するステップを実行させる。また、前記制御プログラムは、前記制御装置に、前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更するステップを実行させる。

本開示の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によれば、各動作モードにおいて、動作状態が正常であるか否かを迅速に判定することができる。

本開示の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１の選択部の構成の一例を概略的に示す機能ブロック図である。 本開示の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。 温度センサから温度情報を取得する順番の一例を示す図である。 セルスタックが複数の場合における温度センサから温度情報を取得する順番の一例を示す図である。 温度センサから温度情報を取得する順番の他の例を示す図である。 本開示の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。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本開示の実施形態に係る発電装置の構成を説明する。

図１は、本開示の実施形態に係る発電装置１の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本開示の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に接続される。また、図１に示すように、発電装置１は、外部からガス及び空気が供給されることにより発電し、発電した電力を負荷１００等に供給する。

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、供給部３０と、インバータ４０と、燃焼触媒４５と、排熱回収処理部５０と、循環水処理部５２と、選択部８０とを備える。

発電装置１は、起動モード、発電モード及び待機モードなどの、各種の動作モードで動作する。起動モードは、発電装置１の燃料電池モジュール２０などを起動させて発電を開始させるモードである。発電モードは、発電装置１が安定した発電を継続しているモードである。待機モードは、発電装置１の制御部１０は動いているが、発電装置１が発電に関わる処理をしていないモードである。すなわち、待機モードは、起動モードの前の段階のモード又は発電モードから停止処理を経た後のモードである。

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（discrete circuits）として実現されてもよい。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現されることが可能である。

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り、以下に説明する機能を実行してもよい。

制御部１０は、記憶部１２と、燃料電池モジュール２０と、供給部３０と、選択部８０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て、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などを送信する場合、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いればよい。制御部１０が行う本実施形態に特徴的な制御については、さらに後述する。

記憶部１２は、制御部１０から取得した情報を記憶する。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による演算結果など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することができるが、これらに限定されず、任意の記憶装置とすることができる。例えば、記憶部１２は、光ディスクのような光学記憶装置としてもよいし、光磁気ディスクなどとしてもよい。

燃料電池モジュール２０は、改質器２２と、セルスタック２４とを備えている。燃料電池モジュール２０のセルスタック２４は、供給部３０から供給されるガス（燃料ガス）などを用いて発電し、発電した直流電力をインバータ４０に出力する。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。燃料電池モジュール２０において、セルスタック２４は、発電に伴い発熱する。本開示において、実際に発電を行うセルスタック２４を、適宜、「燃料電池」と記す。また、本開示において、セルスタック２４を含めた任意の機能部も、適宜、「燃料電池」と総称することがある。例えば、「燃料電池」としては、他に、単体のセル、又は燃料電池モジュールなどが挙げられる。

改質器２２は、供給部３０から供給されるガス及び改質水を用いて、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２２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、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もよい。

以下、セルスタック２４は、ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）であるとして説明する。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））、りん酸形燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell（ＰＡＦＣ））、及び溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell（ＭＣＦＣ））などのような燃料電池で構成してもよい。また、本実施形態において、セルスタック２４は、例えば単体で７００Ｗ程度の発電ができるものを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。しかしながら、本実施形態に係るセルスタック２４及び燃料電池モジュール２０は、このような構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。例えば、本実施形態に係る燃料電池モジュール２０は、セルスタック２４を１つのみ備えるようにしてもよい。本実施形態において、発電装置１は、ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えていればよい。したがって、例えば、発電装置１は、燃料電池として、セルスタック２４ではなく、単に燃料電池セル１つのみを備えるものも想定できる。また、本実施形態に係る燃料電池は、例えばＰＥＦＣのように、モジュールのない燃料電池としてもよい。

供給部３０は、ガス供給部３２と、空気供給部３４と、改質水供給部３６とを備える。すなわち、供給部３０は、セルスタック２４にガス、空気、及び改質水を供給する。

ガス供給部３２は、燃料電池モジュール２０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、燃料電池モジュール２０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することができる。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、これらに限定されない。例えば、ガスは、燃料電池に応じて、天然ガス又は石炭ガスなどとしてもよい。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。

空気供給部３４は、燃料電池モジュール２０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、燃料電池モジュール２０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することができる。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、燃料電池モジュール２０に供給してもよい。空気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。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。

改質水供給部３６は、水蒸気を生成して燃料電池モジュール２０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、燃料電池モジュール２０に供給する水蒸気の量を制御する。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することができる。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水蒸気を生成してもよい。水蒸気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。

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、分電盤などを介して、負荷１００に供給される。負荷１００は、分電盤などを介して、インバータ４０から出力された電力を受電する。図１において、負荷１００は、１つのみの部材として図示してあるが、負荷を構成する任意の個数の各種電気機器とすることができる。また、負荷１００は、分電盤などを介して、商用電源２００から受電することもできる。図１において、インバータ４０と制御部１０との接続は図示していないが、インバータ４０と制御部１０とを接続してもよい。この接続により、制御部１０は、インバータ４０による交流電力の出力を制御することができる。

燃焼触媒４５は、セルスタック２４の発電により生じる排気に含まれる未燃ガスを燃焼させる。燃焼触媒４５は、例えばハニカム構造に貴金属触媒が塗布されたハニカム触媒を含んでもよい。貴金属触媒は、例えば白金及びパラジウム等を含んでもよい。

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することができる。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。

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で回収された排熱によって加熱され、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、又は改質水の加熱などに用いることができる。

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などから回収された排熱を利用して生成された湯を、貯えることができる。

図１に示すように、発電装置１は、燃料電池モジュール２０内に第１温度センサ７１、第３温度センサ７３及び第４温度センサ７４を備えている。また、発電装置１は、燃焼触媒４５の出口付近の温度を検出する第２温度センサ７２を備えている。

第１温度センサ７１は、セルスタック２４の付近、例えば、セルスタック２４の上方に設置され、燃焼部の温度を検出する。ここで、「燃焼部」とは、セルスタック２４の上方においてガスが燃焼する部分である。第１温度センサ７１は、燃焼部の温度を測定することにより、燃焼部においてガスが燃焼しているか否かを検出することができる。例えば、発電装置１の起動モードにおいて、第１温度センサ７１が検出した燃焼部の温度が所定の温度より高ければ、制御部１０は、燃焼部が正常に着火していると判定する。また、例えば、発電装置１の発電モードにおいて、第１温度センサ７１が検出した燃焼部の温度が所定の温度より低ければ、制御部１０は、燃焼部が失火したと判定する。

第２温度センサ７２は、燃焼触媒４５の出口付近に設置され、燃焼触媒４５の出口付近の温度を検出する（以下、単に「燃焼触媒出口の温度」を検出すると記載する）。上述のように、燃焼触媒４５は、セルスタック２４の発電により生じる排気に含まれる未燃ガスを燃焼させる。そのため、燃料電池モジュール２０において失火していて不完全燃焼が多いと、排気に含まれる未燃ガスが多くなり、燃焼触媒出口の温度が高くなる。第２温度センサ７２は、燃焼触媒出口の温度を測定することにより、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを検出することができる。例えば、発電装置１の発電モードにおいて、第２温度センサ７２が検出した燃焼触媒出口の温度が所定の温度より高ければ、制御部１０は、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生していると判定する。なお、燃焼触媒４５の出口付近とは、燃焼触媒４５をガスが通過し終わった付近の場所、あるいは、燃焼触媒４５をガスが通過しきる直前付近の場所等が挙げられる。また、上述では、燃焼触媒出口の温度が検出されているが、燃焼触媒出口以外の燃焼触媒４５の温度が検出されてもよい。

第３温度センサ７３は、セルスタック２４の中心付近に設置され、セルスタック２４の中心付近の温度を検出する（以下、単に「セルスタック中心の温度」を検出すると記載する）。なお、セルスタック中心の温度が検出されているが、セルスタック２４の中心以外のセルスタック２４の温度が検出されてもよい。

第４温度センサ７４は、改質器２２の出口付近に設置され、改質器２２の出口付近の温度を検出する（以下、単に「改質器出口の温度」を検出すると記載する）。なお、改質器２２の出口付近とは、改質器（改質触媒）２２をガスが通過し終わった付近の場所、あるいは、改質器（改質触媒）２２をガスが通過しきる直前付近の場所等が挙げられる。また、上述では、改質器出口の温度を検出しているが、改質器出口以外の改質器２２の温度を検出してもよい。

第１温度センサ７１〜第４温度センサ７４は、例えば熱電対などにより構成することができる。また、第１温度センサ７１〜第４温度センサ７４は、熱電対に限定されず、温度を測定できる部材であれば任意のものを採用することができる。例えば、第１温度センサ７１〜第４温度センサ７４は、サーミスタ又は白金測温抵抗体としてもよい。

選択部８０は、第１温度センサ７１、第２温度センサ７２、第３温度センサ７３及び第４温度センサ７４から温度情報を取得し、そのうちの選択された１つの温度情報を制御部１０に送信する。選択部８０は、制御部１０からの制御信号に基づいて制御され、選択する温度情報を切り換える。

図２に選択部８０の構成の一例を示す。選択部８０は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）８１ａ〜８１ｃと、Ａ／Ｄコンバータ８２とを備える。以下、特に区別しないときは、ＭＵＸ８１ａ〜８１ｃについては、単にＭＵＸ８１と記載する。

ＭＵＸ８１は、２つの入力部「０」及び「１」を有する。ＭＵＸ８１は、制御部１０からの制御信号に基づいて、いずれかの入力部に入力された温度情報をＡ／Ｄコンバータ８２に出力する。

図２に示す例においては、ＭＵＸ８１ａは、入力部「０」に第３温度センサ７３からの温度情報を入力し、入力部「１」に第４温度センサ７４からの温度情報を入力する。ＭＵＸ８１ｂは、入力部「０」に第１温度センサ７１からの温度情報を入力し、入力部「１」に第２温度センサ７２からの温度情報を入力する。ＭＵＸ８１ｃは、入力部「０」及び「１」の両方に第２温度センサ７２からの温度情報を入力する。

Ａ／Ｄコンバータ８２は、３つの入力部「グループ１」、「グループ２」及び「グループ３」を有する。Ａ／Ｄコンバータ８２は、制御部１０からの制御信号に基づいて、いずれかの入力部に入力された温度情報を制御部１０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ８２は、温度情報を制御部１０に出力する際、アナログ信号として入力された温度情報をデジタル信号に変換する。

図２に示した選択部８０の構成は一例であり、これに限定されるものではない。選択部８０は、複数の温度センサから取得した複数の温度情報から１つの温度情報を選択することができる構成であればよい。例えば、選択部８０において、複数の温度センサから取得した複数の温度情報から１つの温度情報を選択することができれば、ＭＵＸ８１の入力部の数、及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力部の数は任意の数であってよい。

次に、制御部１０の動作について説明する。

制御部１０は、第１温度センサ７１、第２温度センサ７２、第３温度センサ７３及び第４温度センサ７４から、それぞれの温度センサが設置されている場所付近の温度情報を取得する。すなわち、制御部１０は、第１温度センサ７１から、燃焼部の温度情報を取得する。制御部１０は、第２温度センサ７２から、燃焼触媒出口の温度を取得する。制御部１０は、第３温度センサ７３から、セルスタック中心の温度を取得する。制御部１０は、第４温度センサ７４から、改質器出口の温度を取得する。

制御部１０は、複数の温度情報を同時には取得しない。制御部１０は、選択部８０を制御して、どの温度情報を取得するかを選択し、所定の時間間隔で、選択する温度情報を切り換える。

制御部１０は、動作モードに応じて、所定の順番で温度情報を取得するように選択部８０を制御する。制御部１０は、起動モードと、起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する。起動モードにおける温度情報を取得する順番の具体例、及び、起動モード以外の動作モードにおける温度情報を取得する順番の具体例は、図４〜図６の説明において後述する。

制御部１０は、起動モードにおいては、起動モード以外の動作モードにおいてよりも、燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くするように、温度情報を取得する順番を変更する。これは、起動モードにおいては、燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することの重要度が高いためである。

制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、起動モードにおいてよりも、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くするように、温度情報を取得する順番を変更する。これは、起動以外の動作モードにおいては、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することの重要度が高いためである。

続いて、本実施形態に係る発電装置１の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。

発電装置１の制御部１０は、発電装置１の動作モードが起動モードであるか起動モード以外の動作モードであるかを判定する（ステップＳ１０１）。

発電装置１の動作モードが起動モードである場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、制御部１０は、起動モードに対応した順番で温度情報を取得できるように選択部８０を制御し、起動モードに対応した順番で温度情報を取得する（ステップＳ１０２）。

発電装置１の動作モードが起動モード以外の動作モードである場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、制御部１０は、起動モード以外の動作モードに対応した順番で温度情報を取得できるように選択部８０を制御し、起動モード以外の動作モードに対応した順番で温度情報を取得する（ステップＳ１０３）。

［動作モードに応じた温度情報の取得の順番］
図４に、制御部１０が温度情報を取得する順番の一例を示す。図４（ａ）は、起動モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。図４（ｂ）は、起動モード以外の動作モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）において、丸で囲まれた数字が温度取得の順番を示す。

図４（ａ）に示すように、制御部１０は、起動モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心
２：燃焼部
３：改質器出口
４：燃焼触媒出口 （この後、１：セルスタック中心に戻る）

このように、制御部１０は、起動モードにおいては、１つのサイクルの中で４個の温度情報を取得し、４番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モードにおいては、図４（ａ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

図４（ｂ）に示すように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心
２：燃焼部
３：燃焼触媒出口
４：改質器出口
５：燃焼触媒出口 （この後、１：セルスタック中心に戻る）

このように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、１つのサイクルの中で５個の温度情報を取得し、５番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、図４（ｂ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

制御部１０は、ＭＵＸ８１の入力部を切り換える際は、ＭＵＸ８１の出力が安定するのを待つため、所定の待ち時間が経過してから温度情報を取得するようにしてもよい。また、制御部１０は、温度情報の精度を高めるため、温度情報を取得する際は、温度情報の取得を複数回繰り返して平均値を算出するようにしてもよい。

図４（ａ）に示す起動モードにおける温度情報取得の順番と、図４（ｂ）に示す起動モード以外の動作モードにおける温度情報取得の順番とを比較すると、図４（ａ）に示す順番は、図４（ｂ）に示す順番よりも燃焼部の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図４（ａ）に示す順番では燃焼部の温度を４回に１回取得するのに対し、図４（ｂ）に示す順番では燃焼部の温度は５回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モードにおいて、燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モードにおいて燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することができる。

また、図４（ｂ）に示す順番は、図４（ａ）に示す順番よりも燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図４（ｂ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度を５回に２回取得するのに対し、図４（ａ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度は４回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モード以外の動作モードにおいて、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいて、燃料電池モジュール２０において、例えば、失火等により、不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することができる。

このように、起動モードと、起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更することにより、制御部１０は、動作モードに応じて必要な判定を迅速に行うことができる。起動モードにおいては、燃焼部が正常に着火したか否かの情報が重要である。制御部１０は、起動モードにおいては、燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することができる。また、起動モード以外の動作モードにおいては、不完全燃焼が多く発生しているか否かの情報が重要である。制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することができる。

［セルスタックの個数が複数の場合の例］
図５に、セルスタック２４の個数が複数の場合に、制御部１０が温度情報を取得する順番の一例を示す。図５に示す例においては、セルスタック２４は４個あるものとする（セルスタックＡ〜Ｄとする）。また、セルスタック２４の個数に対応し、燃焼部も燃焼部Ａ〜Ｄの４箇所あるものとする。また、改質器２２は、改質器Ａ及びＢの２個あるものとする。そして、複数のセルスタック２４、複数の燃焼部、及び複数の改質器２２のそれぞれについて、セルスタック中心の温度、燃焼部の温度、及び改質器出口の温度を検出する温度センサが複数個あるものとする。図５に示す例においては、ＭＵＸは、６つの入力部を有している。

図５（ａ）は、起動モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。図５（ｂ）は、起動モード以外の動作モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）において、丸で囲まれた数字が温度取得の順番を示す。

図５（ａ）に示すように、制御部１０は、起動モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心Ａ
２：燃焼部Ａ
３：セルスタック中心Ｂ
４：燃焼部Ｂ
５：セルスタック中心Ｃ
６：燃焼部Ｃ
７：セルスタック中心Ｄ
８：燃焼部Ｄ
９：改質器出口Ａ
１０：改質器出口Ｂ
１１：燃焼触媒出口 （この後、１：セルスタック中心Ａに戻る）

このように、制御部１０は、起動モードにおいては、１つのサイクルの中で１１個の温度情報を取得し、１１番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モードにおいては、図５（ａ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

図５（ｂ）に示すように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心Ａ
２：燃焼部Ａ
３：燃焼触媒出口
４：セルスタック中心Ｂ
５：燃焼部Ｂ
６：燃焼触媒出口
７：セルスタック中心Ｃ
８：燃焼部Ｃ
９：燃焼触媒出口
１０：セルスタック中心Ｄ
１１：燃焼部Ｄ
１２：燃焼触媒出口
１３：改質器出口Ａ
１４：改質器出口Ｂ
１５：燃焼触媒出口 （この後、１：セルスタック中心Ａに戻る）

このように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、１つのサイクルの中で１５個の温度情報を取得し、１５番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、図５（ｂ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

図５（ａ）に示す起動モードにおける温度情報取得の順番と、図５（ｂ）に示す起動モード以外の動作モードにおける温度情報取得の順番とを比較すると、図５（ａ）に示す順番は、図５（ｂ）に示す順番よりも燃焼部の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図５（ａ）に示す順番では各燃焼部の温度を１１回に１回ずつ取得するのに対し、図５（ｂ）に示す順番では各燃焼部の温度は１５回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モードにおいて、燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モードにおいて燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することができる。

また、図５（ｂ）に示す順番は、図５（ａ）に示す順番よりも燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図５（ｂ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度を１５回に５回取得するのに対し、図５（ａ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度は１１回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モード以外の動作モードにおいて、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいて、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することができる。

［温度情報の取得順の他の例］
図６に、制御部１０が温度情報を取得する順番の他の例を示す。図６に示す例においては、ＭＵＸは、３つの入力部を有している。

図６（ａ）は、起動モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。図６（ｂ）は、起動モード以外の動作モードにおける温度情報の取得の順番の一例を示す図である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）において、丸で囲まれた数字が温度取得の順番を示す。

図６（ａ）に示すように、制御部１０は、起動モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心
２：燃焼部
３：改質器出口
４：燃焼部
５：燃焼触媒出口
６：燃焼部 （この後、１：セルスタック中心に戻る）

このように、制御部１０は、起動モードにおいては、１つのサイクルの中で６個の温度情報を取得し、６番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モードにおいては、図６（ａ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

図６（ｂ）に示すように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、選択部８０を制御して、ＭＵＸ８１及びＡ／Ｄコンバータ８２の入力を切り換え、以下の順番で温度情報を取得する。
１：セルスタック中心
２：燃焼触媒出口
３：燃焼部
４：燃焼触媒出口
５：改質器出口
６：燃焼触媒出口 （この後、１：セルスタック中心に戻る）

このように、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、１つのサイクルの中で６個の温度情報を取得し、６番目の温度情報を取得すると、１番目の温度情報の取得に戻る。このようにして、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、図６（ｂ）に示す順番での温度情報の取得を繰り返す。

図６（ａ）に示す起動モードにおける温度情報取得の順番と、図６（ｂ）に示す起動モード以外の動作モードにおける温度情報取得の順番とを比較すると、図６（ａ）に示す順番は、図６（ｂ）に示す順番よりも燃焼部の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図６（ａ）に示す順番では燃焼部の温度を６回に３回取得するのに対し、図６（ｂ）に示す順番では燃焼部の温度は６回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モードにおいて、燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モードにおいて燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することができる。また、図６（ａ）に示す温度情報取得の順番は、図４（ａ）に示す温度情報取得の順番よりも、燃焼部の温度情報を取得する頻度が高い。したがって、図６（ａ）に示すような順番で温度情報を取得することにより、図４（ａ）に示すような順番で温度情報を取得するよりも、さらに迅速に、起動モードにおいて燃焼部が正常に着火したか否かを判定することができる。

また、図６（ｂ）に示す順番は、図６（ａ）に示す順番よりも燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度が高い。具体的には、図６（ｂ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度を６回に３回取得するのに対し、図６（ａ）に示す順番では燃焼触媒出口の温度は６回に１回しか取得されない。このように、制御部１０が、起動モード以外の動作モードにおいて、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くすることにより、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいて、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することができる。また、図６（ｂ）に示す温度情報取得の順番は、図４（ｂ）に示す温度情報取得の順番よりも、燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度が高い。したがって、図６（ｂ）に示すような順番で温度情報を取得することにより、図４（ｂ）に示すような順番で温度情報を取得するよりも、さらに迅速に、起動モード以外の動作モードにおいて、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを判定することができる。

このように、本実施形態によれば、制御部１０は、起動モードと、起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する。これにより、発電装置１は、各動作モードにおいて、動作状態が正常であるか否かを迅速に判定することができる。

また、制御部１０は、起動モードにおいては、起動モード以外の動作モードにおいてよりも、第１温度センサ７１からの燃焼部の温度情報を取得する頻度を高くするように、温度情報を取得する順番を変更する。これにより、起動モードにおいて燃焼部が正常に着火したか否かを迅速に判定することができる。

また、制御部１０は、起動モード以外の動作モードにおいては、起動モードにおいてよりも、第２温度センサ７２からの燃焼触媒出口の温度情報を取得する頻度を高くするように、温度情報を取得する順番を変更する。これにより、発電装置１は、起動モード以外の動作モードにおいて、燃料電池モジュール２０において不完全燃焼が多く発生しているか否かを迅速に判定することができる。

［制御装置を外部に有する構成］
本開示の実施形態は、図１に示す発電装置１の制御部１０及び記憶部１２に相当する機能ブロックを、発電装置１の外部に有する構成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７に示す。図７に示す例においては、発電装置１を外部から制御する制御装置２は、制御部１０と、記憶部１２とを備える。図７に示す制御装置２の制御部１０及び記憶部１２の機能は、図１に示す発電装置１の制御部１０及び記憶部１２の機能とそれぞれ同等である。

また、本開示の実施形態は、例えば、図７に示す制御装置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。

本発明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及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、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、各ステップなどに含まれる機能など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などを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。

例えば、図４〜図６に示した温度測定の順番はあくまでも例示である。起動モードにおいて、起動モード以外の動作モードよりも燃焼部の温度情報を取得する頻度が高く、起動モード以外の動作モードにおいて、起動モードよりも燃触媒出口の温度情報を取得する頻度が高ければ、他の順番であってもよい。

以上の開示においては、本実施形態として、ＳＯＦＣとするセルスタック２４を備える発電装置１について説明した。しかしながら、上述したように、本実施形態に係る発電装置１は、ＳＯＦＣを備えるものに限定されず、例えばモジュールのないＰＥＦＣなど、各種の燃料電池を備えるものとすることができる。本開示において「燃料電池」とは、例えば発電システム、発電ユニット、燃料電池モジュール、ホットモジュール、セルスタック、又はセルなどを意味する。

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 改質器
２４ セルスタック
３０ 供給部
３２ ガス供給部
３４ 空気供給部
３６ 改質水供給部
４０ インバータ
４５ 燃焼触媒
５０ 排熱回収処理部
５２ 循環水処理部
６０ 貯湯タンク
７１ 第１温度センサ
７２ 第２温度センサ
７３ 第３温度センサ
７４ 第４温度センサ
８０ 選択部
８１ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
８２ Ａ／Ｄコンバータ
１００ 負荷
２００ 商用電源

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   異なる場所に設置された複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する、発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記複数の温度センサは、前記燃料電池の上方の燃焼部における温度を検出する第１温度センサを含み、
   前記制御部は、前記起動モードにおいては、該起動モード以外の動作モードにおいてよりも、前記第１温度センサから温度情報を取得する頻度を高くするように前記順番を変更する、発電装置。
3. 請求項２に記載の発電装置において、
   前記燃料電池の排気に含まれる未燃ガスを燃焼させる燃焼触媒をさらに備え、
   前記複数の温度センサは、前記燃焼触媒付近の温度を検出する第２温度センサをさらに含み、
   前記制御部は、前記起動モード以外の動作モードにおいては、前記起動モードにおいてよりも、前記第２温度センサから温度情報を取得する頻度を高くするように前記順番を変更する、発電装置。
4. 請求項３に記載の発電装置において、
   前記燃料電池は、複数のセルスタックを含み、
   前記第１温度センサは、前記各セルスタックの上方の燃焼部における温度を検出するように、前記複数のセルスタックの個数に対応する個数が、前記複数のセルスタックの上方に設けられ、
   前記制御部は、
   前記起動モードにおいては、前記第１温度センサから前記各セルスタックの上方の全ての燃焼部における温度情報を取得してから、前記第２温度センサから前記燃焼触媒付近の温度情報を取得し、
   該起動モード以外の動作モードにおいては、前記第１温度センサから１つの前記セルスタックの上方の燃焼部における温度情報を取得する度に、前記第２温度センサから前記燃焼触媒付近の温度情報を取得する、発電装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発電装置において、
   前記起動モード以外の動作モードは、発電モードまたは待機モードである、発電装置。
6. 燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、を備える発電装置を制御する制御装置であって、
   前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得し、
   前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更する、制御装置。
   制御装置。
7. 燃料電池と、異なる場所に設置された複数の温度センサと、を備える発電装置を制御する制御装置に、
   前記複数の温度センサから、該各温度センサが設置されている場所の温度情報を取得するステップと、
   前記燃料電池を起動させる起動モードと、該起動モード以外の動作モードとで、温度情報を取得する順番を変更するステップと、を実行させる制御プログラム。

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