(57)【要約】【課題】発電運転中におけるファン等の空冷器による冷却量を行う発電システムにおいて、インバーター周辺に設置された温度センサの検知温度が高温化してから、冷却器による冷却量を増加させても、インバーターの過昇温を抑制することが困難であった。【解決手段】発電機１と、発電機１の直流電力を交流電力に変換する直交変換器２と、少なくとも直交変換器２を空冷する空冷器３と、制御器７とを備え、制御器７は、発電機１の発電量に応じて空冷器３による冷却量を制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、前記発電機の直流電力を交流電力に変換する直交変換器と、前記直交変換器を空冷する空冷器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記発電機の発電量に応じて前記空冷器による冷却量を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記発電量が増加した場合、前記空冷器による冷却量を増加させることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記発電量が減少した場合、前記空冷器による冷却量を減少させることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項４】
外気温度を検出する温度検出器を備え、前記制御器は、前記温度検出器で検出された温度も考慮して、前記空冷器による冷却量を制御することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記温度検出器の検出温度が高くなる程、前記空冷器による冷却量が多くなるよう制御することを特徴とする請求項４記載の発電システム。
【請求項６】
前記空冷器を複数備え、前記制御器は、前記発電量に応じて動作する前記空冷器の数を変更するよう制御することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項７】
前記制御器は、前記複数の空冷器のうち、前記空冷器の動作開始のための発電量閾値が相対的に小さい閾値が設定された空冷器の少なくとも一部について、相対的に大きい閾値に変更し、前記発電量閾値が相対的に大きい閾値が設定された空冷器の少なくとも一部について、相対的に小さい閾値に変更し、前記空冷器の動作を制御することを特徴とする請求項６記載の発電システム。
【請求項８】
前記複数の空冷器の少なくとも一部の空冷器は、出力風量がそれぞれ異なることを特徴とする請求項６記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、ガスエンジン発電機等の発電機を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムの一例である燃料電池システムは、原燃料ガスから水素含有ガスを製造する水素生成装置と、水素生成装置により製造された水素と酸素を反応させて電気エネルギーを得る燃料電池スタックと、燃料電池システムを構成する弁、ブロア等の補機に対して電気的制御を行うための制御器とを有しているが、それぞれ動作する事によりそれぞれ所定の熱エネルギーを発生するため、機器温度が上昇する。
【０００３】
機器の許容温度を超えてしまうと、機器の寿命を早めたり故障の原因になる。そこで、例えば、電気系機器の一つであるインバーターをブロアを動作させ空冷することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６０３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１記載の発電システムは、発電運転中におけるファン等の空冷器による冷却量の最適化について考慮されておらず、冷却不十分によりインバーターの故障が起こる場合が想定される。特に、発電機が燃料電池である場合、燃料電池の運転温度は外気温よりもかなり高温であることもあり、燃料電池システムの筐体内の雰囲気温度は高く、放熱しにくい状態となっている。従って、インバーターの温度が上昇してから空冷量を上げても手遅れになる可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インバーターを冷却する空冷器を備える場合に、インバーターの過昇温を従来よりも抑制する発電システム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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の発電システムは、発電機と、前記発電機の直流電力を交流電力に変換する直交変換器と、前記直交変換器を空冷する空冷器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記発電機の発電量に応じて前記空冷器による冷却量を制御することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、発電機の発電量に応じた冷却量で直交変換器が冷却されるので、直交変換器が実際に高温化してから冷却量を増加させる発電システムに比して、直交変換器の過昇温を抑制することが可能になる。
【０００９】
また、本発明の発電システムは、前記制御器は、前記発電量が増加した場合、前記空冷器による冷却量を増加させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の発電システムは、前記制御器は、前記発電量が減少した場合、前記空冷器による冷却量を減少させることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、発電機の発電量の低下に応じて空冷器による冷却量が低下されるので、直交変換器が実際に低温化してから冷却量を低減させる発電システムに比して、空冷器により消費される電力を低減しながら直交変換器を適温に制御することが可能になる。
【００１２】
また、本発明の発電システムは、外気温度を検出する温度検出器を備え、前記制御器は、前記温度検出器で検出された温度も考慮して、前記空冷器による冷却量を制御することを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により、外気温の変化に伴う直交変換器の放熱性の変化も考慮しながら、空冷器の冷却量が制御されるので、直交変換器の温度をより適切に制御することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の発電システムは、前記制御器は、前記温度検出器の検出温度が高くなる程、前記空冷器による冷却量が多くなるよう制御することを特徴とする。
【００１５】
かかる構成により、外気温の高温化に伴う直交変換器の放熱性の低下も考慮し、空冷器の冷却量が制御されるので、直交変換器の過昇温をより適切に抑制することが可能になる。
【００１６】
また、本発明の発電システムは、前記空冷器を複数備え、前記制御器は、前記発電量に応じて動作する前記空冷器の数を変更するよう制御することを特徴とする。
【００１７】
かかる構成により、複数の空冷器で冷却系を構成しているので、空冷器を1個で構成する場合に比して、各空冷器を小型化することが可能になり、空冷器の動作に伴う騒音を低減化することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の発電システムは、前記制御器は、前記複数の空冷器のうち、前記空冷器の動作開始のための発電量閾値が相対的に小さい閾値が設定されている空冷器の少なくとも一部について、相対的に大きい閾値に変更し、前記発電量閾値が相対的に大きい閾値が設定されている空冷器の少なくとも一部について、相対的に小さい閾値に変更し、前記空冷器の動作を制御することを特徴とする。
【００１９】
空冷器の動作開始のための発電量閾値について相対的に小さい閾値が設定された空冷器は、相対的に大きい閾値が設定された空冷器に比べて動作時間が長くなり、より早期に耐久寿命を迎える可能性が高いが、かかる構成により空冷器の動作時間が平準化され、発電システムの動作保障期間中において、耐久寿命を迎える空冷器の数を低減することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の発電システムは、前記複数の空冷器の少なくとも一部の空冷器は、出力風量がそれぞれ異なることを特徴とする。かかる構成によれば、出力風量が同一の空冷器のみを用いる場合に比して、よりきめ細かい風量制御を実現することが出来る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発電システムは、発電機の発電量に応じた冷却量で直交変換器が冷却されるので、直交変換器が実際に高温化してから冷却量を増加させる発電システムに比して、直交変換器の過昇温を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における発電システムのブロック図
【図２】本発明の変形例１における発電システムのブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における発電システムのブロック図
【図４】本発明の変形例２における発電システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１おける発電システムのブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の発電システムは、発電機１と、発電機１で出力された直流電力を交流電力に変換する直交変換器２と、直交変換器２を冷却するための空冷器３と、直交変換器２より出力された交流電力の電流の大きさを検知する電流検知器４と、発電機１より出力される電力の大きさを制御する第１の制御器６と、空冷器３の操作量を制御する第２の制御器７と、発電システムを構成する機器（少なくとも発電機１、直交変換器２、空冷器３）を収納する筐体１０、筐体１０内を換気するための換気器８と、を備える。
【００２５】
なお、直交変換器２より出力された交流電力は、発電システム外部の電力負荷９に供給される。また、発電機は、直流電力を出力する発電機であればいずれの発電機でもよく、具体的には、燃料電池、ガスエンジン発電機、太陽電池等が例示される。なお、発電機として燃料電池を用いる場合、燃料電池に供給される燃料ガスを原燃料ガスより生成する水素生成装置を併せて備える形態を採用しても構わない。また、空冷器３は、ファン、ブロア等が用いられ、制御器７は、空冷器３を制御する操作量としてファン、ブロア等の回転数を制御する。
【００２６】
次に、上記のように構成された発電システムにおける空冷器３の動作制御について、説明する。本実施の形態の発電システムは、発電機１の発電量の大きさに応じて空冷器３からの冷却量を制御するために、制御器７が、発電機１の発電量の大きさに応じて空冷器３の操作量の大きさを制御することで上記冷却量を制御している。例えば、制御器７は、発電機１の発電量が増加すると空冷器３の操作量を増加させる。空冷器３について、このように制御することで、発熱量の増加の影響で直交変換器２が実際に高温化する前に冷却量が増加するので、直交変換器２が実際に高温化してから冷却量を増加させる発電システムに比して、直交変換器２の過昇温を抑制することが可能になる。また、制御器７は、発電機１の発電量が減少すると、空冷器３の操作量を減少させる。空冷器３について、このように制御することで、直交変換器２が実際に低温化してから冷却量を低減させる発電システムに比して、空冷器３により消費される電力を低減しながら直交変換器２を適温に制御することが可能になる。
【００２７】
なお、制御器７は、上述のように発電機１の発電量の大きさに応じて空冷器３の操作量の大きさを制御するが、ここで、上記「発電機１の発電量の大きさ」とは、直接的または間接的な発電機１の発電量のいずれも含むものであり、直接的な発電量としては、例えば、電流検知器４で検知される電流値、第１の制御器６により制御される発電量制御値等が挙げられ、間接的な発電量としては、発電機１の発電量に相関して変動する発電原料の供給量等（例えば、燃料電池の場合、燃料ガス、酸化剤ガスの供給量、ガスエンジン発電機の場合、ガス供給量）が挙げられる。
【００２８】
（変形例１）
次に、変形例１の発電システムについて説明する。本変形例の発電システムのブロック図は、図２に示される。本図に示されるように、本変形例の発電システムは、筐体１０に設けられた吸気口から流入する外気の温度を検出する温度検知器５を備えることを特徴とする。なお、温度検知器５は、本例においては、筐体１０の吸気口付近に設けられているが、外気温を検出可能であれば、筐体１０内外のいずれの位置に設けても構わない。
【００２９】
本変形例の発電システムにおいて、制御器７は、空冷器３の制御について、発電機１の発電量だけでなく、温度検知器６で検知される外気温も考慮して、空冷器３の操作量を制御することを特徴とする。具体的には、発電機１の発電量の増減に応じた空冷器３の操作量を増減させる点については、実施の形態１の発電システムと同様であるが、発電機１の発電量が同じであっても、温度検知器５で検知される温度に応じて空冷器３の操作量を変更する。具体的には、発電機１の発電量が同じであっても、外気温が高い場合の空気器３の操作量の方が、外気温が低い場合の空気器３の操作量よりも大きくなるよう制御する。これにより、本変形例の発電システムは、外気温の高温化に伴う直交変換器２の放熱性の低下も考慮し、空冷器３の冷却量が制御されるので、直交変換器２の過昇温をより適切に抑制することが可能になる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施形態における発電システムのブロック図である。実施の形態１の発電システムと同じ構成については、同じ符号を付しており、その説明を省略する。実施の形態１の発電システムと異なる点を中心に説明する。
【００３１】
本実施の形態の発電システムは、空冷器が複数の空冷器で構成され、これらの空冷器は、出力風量が一定であり、制御器７が、発電機１の発電量に応じて動作開始される空冷器の数を変更することで、直交変換器２の冷却量を制御することを特徴とする。
【００３２】
具体的には、本実施の形態の発電システムは、図３に示すように空冷器３Ａ及び３Ｂで構成されている。空冷器３Ａ及び空冷器３Ｂは、実施の形態１で用いられた空冷器３よりも小型であり、その出力風量も空冷器３により供給される最大風量よりも小さい値（例えば、空冷器３の最大風量の１／２）になる。
【００３３】
このように構成された発電システムにおいて、制御器７は、発電機１の発電量に応じて空冷器３Ａ、３Ｂの動作のＯＮ／ＯＦＦを制御する。具体的には、各空冷器について動作がＯＮされる第１の発電量閾値が設定され、発電機１の発電量がこの第１の発電量閾値以上になると、複数の空冷器のうち所定の空冷器の動作が開始される。例えば、本実施の形態の発電システムにおいては、発電機１の定格発電量１ｋＷであり、空冷器３Ａに対して設定される第１の発電量閾値は、３００Ｗで、空冷器３Ｂに対して設定される第１の発電量閾値は、５００Ｗとなる。なお、空冷器の動作が停止（ＯＦＦ）させるための第２の発電量閾値は、発電量の頻繁な変動に伴う空冷器のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しを抑制するため、第１の発電量閾値に対してヒステリシスを持たせて設定される。例えば、空冷器３Ａに対して設定される第２の発電量閾値は、２５０Ｗで、空冷器３Ｂに対して設定される第２の発電量閾値は、４５０Ｗとなる。
【００３４】
このように構成された、発電システムは、複数の空冷器で冷却系を構成しているので、空冷器を1個で構成する場合に比して、各空冷器を小型化することが可能になるとともに、出力風量一定の空冷器１個で冷却する場合に比べて、各空冷器の出力風量は小さく、空冷器の動作に伴う騒音を低減化することが可能になる。なお、上記発電システムにおいては、空冷器の数が、２個であったが、これに限定されず、複数であれば任意の個数で構わない。
【００３５】
（変形例２）
次に、変形例２の発電システムについて説明する。本変形例の発電システムのブロック図は、図４に示される。本図に示されるように、本変形例の発電システムは、筐体１０に設けられた吸気口から流入する外気の温度を検出する温度検知器５を備えることを特徴とする。なお、温度検知器５は、本例においては、筐体１０の吸気口付近に設けられているが、外気温を検出可能であれば、筐体１０内外のいずれの位置に設けても構わない。
【００３６】
本変形例の発電システムにおいて、制御器７は、空冷器３の動作のＯＮ／ＯＦＦ制御について、発電機１の発電量だけでなく、温度検知器６で検知される外気温も考慮して、制御することを特徴とする。具体的には、発電機１の発電量の増減に応じて動作する空冷器３の数を増減させる点については、実施の形態２の発電システムと同様であるが、温度検知器５で検知される温度に応じて各空冷器に設定される第１の発電量閾値が変更されることを特徴とする。具体的には、外気温が高い場合の第１の発電量閾値は、外気温が低い場合の第１の発電量閾値よりも小さくなるよう設定される。これにより、本変形例の発電システムは、外気温の高温化に伴う直交変換器２の放熱性の低下も考慮し、空冷器３の冷却量が制御されるので、直交変換器２の過昇温をより適切に抑制することが可能になる。
【００３７】
なお、上記では述べなかったが、上記第１の発電量閾値の変更に伴い当然第２の発電量閾値についても同様に変更されることは言うまでもない。具体的には、外気温が高い場合の第２の発電量閾値は、外気温が低い場合の第１の発電量閾値よりも小さくなるよう設定される。
【００３８】
（変形例３）
次に、変形例３の発電システムについて説明する。本変形例の発電システムの構成は、上記実施の形態２と同様であるが、空冷器３Ａ、３Ｂに対して設定される第１の発電量閾値が変更される点が異なる。これは、相対的に小さい第１の発電量閾値が設定された空冷器は、相対的に大きい第１の発電量閾値が設定された空冷器に比べて動作時間が長くなり、より早期に耐久寿命を迎える可能性が高いためである。
【００３９】
そこで、本変形例の発電システムは、相対的に小さい第１の発電量閾値が設定されている空冷器の少なくとも一部について、相対的に大きい第１の発電量閾値に変更し、相対的に大きい第１の発電量閾値が設定されている空冷器の少なくとも一部について、相対的に小さい第１の発電量閾値に変更し、空冷器の動作を制御することを特徴とする。具体的には、制御器７が、空冷器３Ａに対して設定された第１の発電量閾値を、３００Ｗから５００Ｗに変更し、空冷器３Ｂに対して設定された第１の発電量閾値を、５００Ｗから３００Ｗに変更して、各空冷器の動作を制御する。なお、この発電量閾値を変更するタイミングは任意のタイミングで良く、例えば、発電システムの起動回数の増加に応じて変更したり、発電システムの累積発電量の増加に応じて適宜変更される。
【００４０】
上記のように各空冷器に対して設定される第１の発電量閾値が変更されることによって、複数の空冷器の動作時間が平準化され、発電システムの動作保障期間中において、耐久寿命を迎える空冷器の数を低減することが可能になる。
【００４１】
なお、上記では述べなかったが、上記第１の発電量閾値の変更に伴い当然第２の発電量閾値についても変更される。例えば、第１の発電量閾値について上記変更が行われる際に、第２の発電量閾値についても、空冷器３Ａに対しては、２５０Ｗから４５０Ｗに変更され、空冷器３Ｂに対しては、４５０Ｗから２５０Ｗに変更される。
【００４２】
（変形例４）
次に、変形例４の発電システムについて説明する。本変形例の発電システムは、実施の形態２の発電システムに対して、複数の空冷器のうち少なくとも一部の空冷器の出力風量が異なるよう設計されている点が異なる。これにより、出力風量が同一の空冷器のみを用いる場合に比して、よりきめ細かい出力風量制御を実現することが出来る。
【００４３】
例えば、空冷器３Ａ及び空冷器３Ｂの出力風量が同一である場合、各空冷器の動作のＯＮ／ＯＦＦ制御で全停止による風量０の場合を含めて３段階の風量設定が可能になる。一方、空冷器３Ａの出力風量に対する空冷器３Ｂの出力風量が１／２となるよう設計されている場合、空冷器３Ａ及び空冷器３Ｂの動作のＯＮ／ＯＦＦ制御により全停止による風量０の場合を含めて４段階の風量設定を行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる発電システムは、直交変換器が実際に高温化してから冷却量を増加させる発電システムに比して、直交変換器の過昇温を抑制することが可能になるので、家庭用、業務用、産業用の発電システム等として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１    発電機
２    直交変換器
３，３Ａ，３Ｂ    冷却器
４    電流検知器
５    温度検知器
６    発電量制御器
７    制御器
８    換気器
９    電力負荷
１０    筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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