(57)【要約】【課題】装置内に異常が発生した場合でも、安全上の問題はない場合に運転を継続して負荷に電力を供給することができる非常用燃料電池発電装置及びその管理運転方法を提供すること。【解決手段】燃料電池５を有する燃料電池発電ユニットと水素ガスボンベ７−１、７−２を備え、商用電源３０の供給が停止した場合それを検知し、手動又は自動で燃料電池５を起動し電力を重要負荷３２に供給する非常用燃料電池発電装置において、装置の運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知する異常内容検知手段と、外部に通報する異常内容通報手段とを設け、異常内容により安全上の理由から直ちに装置を停止させる必要のある異常と、安全上の問題はなくそのまま装置の運転を継続できる異常とに判定し、該判定結果に基き装置の停止、運転の継続或いは待機状態の継続を行う管理制御手段を設けた。【選択図】図１
2006019035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電ユニットとその燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電力の供給が停止した場合それを検知し、手動又は自動で前記燃料電池発電ユニットを起動し発電した電力を負荷に供給する非常用燃料電池発電装置において、
前記燃料電池発電ユニットの運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知する異常内容検知手段と、該異常内容を外部に通報する異常内容通報手段とを設け、
前記異常内容により安全上の理由から直ちに前記燃料電池発電ユニットを停止させる必要のある異常と、安全上の問題はなくそのまま該燃料電池発電ユニットの運転を継続できる異常とに判定し、該判定結果に基き該燃料電池発電ユニットの停止、運転の継続或いは待機状態の継続を行う管理制御手段を設けたことを特徴とする非常用燃料電池発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非常用燃料電池発電装置において、
前記負荷が信号機を代表とする交通管理システムであることを特徴とする非常用燃料電池発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非常用燃料電池発電装置において、
前記燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする非常用燃料電池発電装置。
【請求項４】
燃料電池発電ユニットとその燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電力の供給が停止した場合それを検知し、手動又は自動で前記燃料電池を起動し発電した電力を負荷に供給する非常用燃料電池発電装置の管理運転方法において、
前記燃料電池発電ユニットの運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知する異常内容検知手段と、該異常内容を外部に通報する異常内容通報手段とを設け、
前記異常内容により安全上の理由から直ちに前記燃料電池発電ユニットを停止させる必要のある異常と、安全上の問題はなくそのまま該燃料電池発電ユニットの運転を継続できる異常とに判定し、該判定結果に基き該燃料電池発電ユニットの停止、運転の継続或いは待機状態の継続を行うことを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対する商用電力からの電力供給が停電等により停止された際、燃料電池発電ユニットを起動し該重要電力負荷に電力を供給する非常用燃料電池発電装置及びその管理運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通管理システム等に代表される重要電力負荷に対しては、その重要性から商用電力系統からの電力供給が停電などにより停止された際に、これに代って非常用電力を供給する非常用電力供給手段を備えている。これまでのこのよう非常用電力供給手段としてはディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備が使用されているが、ディーゼルエンジンなどの内燃機関を用いた発電設備では運転時に公害物質を排出することや、運転時の騒音値が大きい等の問題がある。
【０００３】
燃料電池は発電時に排出されるのは水と熱だけのクリーンな発電方式であり、且つ運転時の騒音も小さい等の特徴を有しており、近年の燃料電池開発の進歩と共に、非常用発電装置にこの燃料電池を用いることが提案され、その運用方法が検討されてきている。特に水素を燃料とする固体高分子形燃料電池は起動時間が短く迅速に起動できることから、最も非常用発電設備に適しているとして注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記非常用発電装置が商用電力停止時に電力を供給しようとする負荷は、交通管理システム等に代表される重要電力負荷であるため、極力電力の供給を維持する必要がある。しかしながら従来のこの種の非常用発電装置は軽微な装置の故障或いは安全上運転を継続しても問題のない場合でも非常用発電装置を停止して重要負荷への電力供給を停止するという問題があった。
【０００５】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、装置内に異常が発生した場合でも、安全上の問題はない場合、運転を継続して負荷に電力を供給することができる非常用燃料電池発電装置及びその管理運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、燃料電池発電ユニットとその燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電力の供給が停止した場合それを検知し、手動又は自動で前記燃料電池発電ユニットを起動し発電した電力を負荷に供給する非常用燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電ユニットの運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知する異常内容検知手段と、該異常内容を外部に通報する異常内容通報手段とを設け、前記異常内容により安全上の理由から直ちに前記燃料電池発電ユニットを停止させる必要のある異常と、安全上の問題はなくそのまま該燃料電池発電ユニットの運転を継続できる異常とに判定し、該判定結果に基き該燃料電池発電ユニットの停止、運転の継続或いは待機状態の継続を行う管理制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非常用燃料電池発電装置において、前記負荷が信号機を代表とする交通管理システムであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の非常用燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、燃料電池発電ユニットとその燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電力の供給が停止した場合それを検知し、手動又は自動で前記燃料電池を起動し発電した電力を負荷に供給する非常用燃料電池発電装置の管理運転方法において、前記燃料電池発電ユニットの運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知する異常内容検知手段と、該異常内容を外部に通報する異常内容通報手段とを設け、前記異常内容により安全上の理由から直ちに前記燃料電池発電ユニットを停止させる必要のある異常と、安全上の問題はなくそのまま該燃料電池発電ユニットの運転を継続できる異常とに判定し、該判定結果に基き該燃料電池発電ユニットの停止、運転の継続或いは待機状態の継続を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、異常内容通報手段と、管理制御手段を設けるので、運転中或いは待機中に装置に異常が発生した場合にその異常の内容を検知し、その異常内容を外部に通報すると共に、異常が安全上の問題はない場合、燃料電池発電ユニットの運転を継続して負荷に電力を供給し続けることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、異常が安全上の問題はない場合、燃料電池発電ユニットの運転を継続して重要負荷である交通管理システムに電力を供給し続けることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であるから、起動時間が短く、商用電力の供給停止時に迅速に燃料電池を起動し電力を負荷に供給できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、非常用燃料電池発電装置の運転中或いは待機中に異常が発生した場合にその異常の内容を外部に通報し、その異常が安全上の問題のない場合は燃料電池発電ユニットの運転を継続して負荷に電力を供給し続けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明に係る非常用燃料電池発電装置の概略構成を示す図であり、非常用燃料電池発電装置は筐体本体１を具備し、該筐体本体１内は仕切壁（隔壁）２で燃料電池室３と水素ガス容器室（水素ガスボンベ室）４に仕切られている。燃料電池室３には燃料電池５及び制御盤６を配置し、水素ガス容器室４には水素ガス容器として水素ガスボンベ７が配置されている。
【００１５】
燃料電池室３には排気口１０が設けられ、該排気口１０に燃料電池室換気ファン８が設けられている。燃料電池室３内の空気が該排気口１０から排気されるようになっている。また、燃料電池室３には更に吸気口１１が設けられ、該吸気口１１にはプレフィルタ１２が設けられている。外気は吸気口１１からプレフィルタ１２を通って燃料電池室３に吸気される。また、電池室３にはスペースヒータ１３が配置されている。なお、燃料電池室換気ファン８は制御盤６の運転／停止指令Ｓ１で運転／停止される。
【００１６】
また、水素ガスボンベ室４には第１水素ガスボンベ７−１、第２水素ガスボンベ７−２、窒素ガスボンベ１４が配置されている。第１水素ガスボンベ７−１の水素ガスは手動弁１５−１、空気圧作動弁１６−１を通り、レギュレータ付自動弁又は半自動切換弁１７でその圧力が調整され、更に作動弁１８を通って燃料電池５に供給されるようになっている。また、第２水素ガスボンベ７−２の水素ガスは手動弁１５−２、空気圧作動弁１６−２を通り、レギュレータ付自動弁又は半自動切換弁１７を通して圧力が調整され、更に作動弁１８を通って燃料電池５に供給されるようになっている。また、窒素ガスボンベ１４の窒素ガスはレギュレータ１９でその圧力が調整され、電磁弁２０、２１の操作により空気圧作動弁１６−１、１６−２に供給され、該空気圧作動弁１６−１、１６−２を開閉操作するようになっており、該電磁弁２０．２１の操作は制御盤６によって行なわれる。
【００１７】
第１水素ガスボンベ７−１内の水素ガス圧は圧力センサ２２−１で検出され、その検出出力は制御盤６に入力されている。第２水素ガスボンベ７−２内の水素ガス圧は圧力センサ２２−２で検出され、その検出出力は制御盤６に入力されている。また、窒素ガスボンベ１４内の窒素ガス圧は圧力センサ２３で検出され、その検出出力は制御盤６に入力されている。また、燃料電池５に供給される水素ガスのガス圧は圧力センサ２４により検出され、その検出出力は制御盤６に入力されている。
【００１８】
また、２５−１、２５−２はそれぞれ燃料電池室３、水素ガスボンベ室４内の漏れた水素ガスを検出する水素センサであり、その検出出力は制御盤６に入力されている。２６は吸気口１１から燃料電池室３内に吸気される外気、即ち外気温度を検出する温度センサであり、２７は燃料電池室３内の温度を検出する温度センサである。温度センサ２６、２７の検出出力は燃料電池５に入力されるようになっている。なお、２８は制御盤６に電源を供給する無停電電源装置（ＵＰＳ）である。燃料電池５の運転により発生する水Ｗは配管２９を通して筐体本体１の外に排水される。また、燃料電池５のカソード排気ＫＥは配管３３を通して行われる。
【００１９】
なお、３０は商用電源、３１は分電盤、３２は交通信号機管理システム等に代表される重要負荷である。商用電源３０から商用電力が給電されている間は、電力切替器９を商用電源側９ｂに切り換え、分電盤３１から商用電力が無停電電源装置（ＵＰＳ）２８や重要負荷３２に供給されている。また、制御盤６は温度センサ２６からの外気温度検出出力により外気温度を監視し、外気温度が低い場合、燃料電池室３内の温度が燃料電池５を起動・運転する適する所定の温度範囲に維持できるようにスペースヒータ１３を運転／停止している。
【００２０】
そして商用電源３０が停電した場合、制御盤６は、電磁弁２０、２１の操作により、空気圧作動弁１６−１、１６−２を開くことにより、第１水素ガスボンベ７−１又は第２水素ガスボンベ７−２からレギュレータ付自動弁又は半自動切換弁１７を介して圧力調整された水素ガスを燃料電池５に供給し、該燃料電池５が起動し発電を開始する。また、電力切替器９を燃料電池９ａ側に切り換え、燃料電池５で発電された電力を重要負荷３２に給電する。
【００２１】
上記構成の非常用燃料電池発電装置において、装置異常の検出項目には、図２に示すように、（ａ）水素ガス漏洩（燃料電池室）、（ｂ）水素ガス漏洩（ボンベ室）、（ｃ）燃料電池異常、（ｄ）水素ガス供給圧力高、（ｅ）窒素ガスボンベ圧力低、（ｆ）水素ガスボンベ圧力低の６項目がある。
【００２２】
上記異常項目（ａ）の水素ガス漏洩の「内容」は、燃料電池室３内に水素ガスの漏洩がある場合である。この場合の「処置」は、直ちにシステム（装置）の運転を停止し、水素ガス容器（第１水素ガスボンベ７−１、第２水素ガスボンベ）の直近に設置した遮断弁（空気圧作動弁１６−１、１６−２）により、水素ガスの供給を遮断する必要がある。異常のグレードは「Ａ」、即ち「直ちに装置の停止」である。燃料電池室３内に水素ガスの漏洩は水素センサ２５−１で検出され制御盤６に入力されているから、この判断は制御盤６で行う。
【００２３】
上記異常項目（ｂ）の水素ガス漏洩の「内容」は、水素ガス容器室（水素ガスボンベ室）４内に水素ガスの漏洩がある場合である。この場合の「処置」は上記異常項目（ａ）と同様、直ちにシステム（装置）の運転を停止し、水素ガス容器（第１水素ガスボンベ７−１、第２水素ガスボンベ）の直近に設置した遮断弁（空気圧作動弁１６−１、１６−２）により、水素ガスの供給を遮断する必要がある。異常のグレードは「Ａ」、即ち「直ちに装置の停止」である。水素ガス容器室４内に水素ガスの漏洩は水素センサ２５−２で検出され制御盤６に入力されているから、この判断は制御盤６で行う。
【００２４】
上記異常項目（ｃ）の燃料電池異常の「内容」は燃料電池ユニット（燃料電池５）の故障であり、この場合の「処置」は上記異常項目（ａ）と同様、直ちにシステム（装置）の運転を停止し、異常のグレードは「Ａ」、即ち「直ちに装置の停止」である。この判断は制御盤６で行う。
【００２５】
上記異常項目（ｄ）の水素ガス供給圧力高の「内容」は燃料電池ユニット（燃料電池５）に供給する水素ガス圧力が設定値以上に高くなった場合である。通常の水素ガス供給圧力は０．２ＭＰａ程度であり、燃料電池５には安全弁が設置されており、水素ガス供給圧力が異常に高くなっても機器の損傷のおそれがない。仮に安全弁が作動した場合は筐体内の水素センサーによりシステムは直ちに停止するようになっている。従って、「処置」としては装置の運転継続であり、グレードは「Ｂ」、即ち「運転継続可」である。水素ガス供給圧力は圧力センサ２４で検出され制御盤６に入力されているから、この判断は制御盤６で行う。
【００２６】
上記異常項目（ｅ）の窒素ガスボンベ圧力低の「内容」は、窒素ガスボンベ１４の充填圧力が設定値以下に低下した場合である。水素ガスの遮断弁には空気圧作動弁１６−１、１６−２を使用し、該空気圧作動弁１６−１、１６−２の駆動源として窒素ガスボンベ１４からの窒素ガスを使用している。従って、窒素ガスがなくなった場合水素ガスの供給がストップしてしまうため窒素ガス圧力が低下したら、早めに窒素ガスボンベ１４の交換が必要である。窒素ガス圧力低アラームは交換時期を連絡するものであり、警告発生後も本当に窒素ガスがなくなるまでシステム（装置）の運転は可能である。従って、「処置」としては装置の運転継続であり、グレードは「Ｂ」、即ち「運転継続可」である。窒素ガスボンベ圧力は圧力センサ２３で検出され制御盤６に入力されているから、この判断は制御盤６で行う。
【００２７】
上記異常項目（ｆ）の水素ガスボンベ圧力低の「内容」は、水素ガス容器（第１水素ガスボンベ７−１又は第２水素ガスボンベ７−２）内の充填圧力が設定値以下に低下した場合である。これは水素ガスボンベの交換時期を連絡するためのものであり、警報発生後も本当に水素ガスがなくなるまでシステム（装置）の運転は可能である。従って、「処置」としては装置の運転継続であり、グレードは「Ｂ」である。水素ガスボンベ圧力は圧力センサ２２−１、２２−２で検出され制御盤６に入力されているから、この判断は制御盤６で行う。
【００２８】
制御盤６は上記各異常項目が発生したら、その異常内容を外部、例えば複数の非常用燃料電池発電装置を管理するセンターに通報するようになっている。
【００２９】
上記異常項目（ｅ）の窒素ガスボンベ圧力低、（ｆ）の水素ガスボンベ圧力低のアラームはいずれもガス圧力が低下しそろそろ窒素ガスボンベ１４、第１水素ガスボンベ７−１又は第２水素ガスボンベ７−２の交換時期を連絡するためのアラームであり、このアラームが出た場合でも、本当にガス圧力がなくなり、非常用燃料電池発電装置の運用ができなくなるまで、非常運転を継続しても安全上なんの問題もない。
【００３０】
窒素ガスボンベ１４の圧力低の設定値を１ＭＰａとした場合、窒素ガスを駆動源とする遮断弁（空気圧作動弁１６−１、１６−２）は０．３ＭＰａ以上の駆動源圧力があれば作動可能であるので、アラームが出た後も０．７ＭＰａの猶予がある。また、窒素ガスは恒常的に消費するものではなく、遮断弁を動作させるときだけ一定量消費されるものであるので、漏洩がない限り前記０．７ＭＰａの猶予があれば、時間的にかなりの余裕があるといえる。
【００３１】
第１及び第２水素ガスボンベ７−１、７−２の圧力低の設定値は通常自動又は半自動切換弁１７の切換圧力設定値よりも高くしている。両設定値を近い値とした場合、自動又は半自動切換弁１７の圧力検出と水素ガスボンベ７−１、７−２の圧力の検出に誤差があると、自動又は半自動切換弁１７が切替わっても水素ガスボンベ圧力低アラームが出力されない可能性があるための処置である。自動又は半自動切換弁１７の切換圧力設定値が１ＭＰａの場合、水素ガスボンベ圧力低の設定値を１．５ＭＰａに設定したとすると、アラーム発生後でも使用可能な水素ガス量は図３に示すようななる。
【００３２】
図３において、縦軸は水素ガスボンベの圧力ＢＰ、横軸は時間を示す。Ｐ１（＝１４．７ＭＰａ）は第１水素ガスボンベ７−１及び第２水素ガスボンベ７−２の圧力、Ｐ２（＝１．５ＭＰａ）は第１水素ガスボンベ７−１のアラーム発点、Ｐ３（＝１．５ＭＰａ）は第２水素ガスボンベ７−２、Ｐ４（＝０.１ＭＰａ）は燃料電池５が運転可能な最低燃料供給圧力である。ＧＱ１はアラーム発生後も第１水素ガスボンベ７−１の水素ガスを使用できる量、ＧＱ２はアラーム発生後も第２水素ガスボンベ７−２の水素ガスを使用できる量を示す。
【００３３】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図である。（実施例１）
【図２】非常用燃料電池発電装置で発生する異常検出項目例を示す図である。
【図３】非常用燃料電池発電装置において水素ガスボンベのアラーム発生後に利用できる水素ガス量を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      筐体本体
２      仕切壁（隔壁）
３      燃料電池室
４      水素ガス容器室（水素ガスボンベ室）
５      燃料電池
６      制御盤
７      水素ガスボンベ
８      燃料電池室換気ファン
９      電力切替器
１０    排気口
１１    吸気口
１２    プレフィルタ
１３    スペースヒータ
１４    窒素ガスボンベ
１５    手動弁
１６    空気圧作動弁
１７    レギュレータ付自動弁又は半自動切換弁
１８    作動弁
１９    レギュレータ
２０    電磁弁
２１    電磁弁
２２    圧力センサ
２３    圧力センサ
２４    圧力センサ
２５    水素センサ
２６    温度センサ
２７    温度センサ
２８    無停電電源装置（ＵＰＳ）
２９    配管
３０    商用電源
３１    分電盤
３２    重要負荷
３３    配管
【図１】
2006019035.tif 000003
【図２】
2006019035.tif 000004
【図３】
2006019035.tif 000005