(57)【要約】【課題】  実使用場所に設置後、発電及び系統連系運転を開始する前の系統連系保護装置の動作確認を行うための試運転時間を大幅に短縮可能な燃料電池式の分散型発電装置を提供する。【解決手段】  直流電力を出力する燃料電池１２を備えた直流発電装置１０と、直流発電装置１０から出力される直流電力を商用交流電源３０と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置２１と、直交変換装置２１の異常動作から商用交流電源３０を保護するための系統連系保護装置２２、系統連系保護装置２２と協働して直交変換装置２１の動作を制御する制御装置２３を、共通の筐体４内に一体化して収容してなり、直流発電装置１０とは別の第２直流電源５０から出力される第２直流電力を直交変換装置２１に入力可能に構成されている。【選択図】        図１
2008104334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する燃料電池を備えた直流発電装置と、前記直流発電装置から出力される直流電力を商用交流電源と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置と、直交変換装置の異常動作から前記商用交流電源を保護するための系統連系保護装置、前記系統連系保護装置と協働して前記直交変換装置の動作を制御する制御装置を、共通の筐体内に一体化して収容してなる燃料電池式の分散型発電装置であって、
前記直流発電装置とは別の第２直流電源から出力される第２直流電力を前記直交変換装置に入力可能に構成されていることを特徴とする燃料電池式分散型発電装置。
【請求項２】
前記第２直流電力を外部から受け付けるための入力端子を前記筐体に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池式分散型発電装置。
【請求項３】
前記第２直流電源を前記筐体内に収容してなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池式分散型発電装置。
【請求項４】
前記第２直流電源が、前記商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する交直変換回路と変換された直流電力を蓄電する蓄電池を備え、
前記蓄電池が、前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転に要する時間中、前記直交変換装置と前記系統連系保護装置と前記制御装置に電力供給するに十分な蓄電容量を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池式分散型発電装置。
【請求項５】
直流電力を出力する燃料電池を備えた直流発電装置と、前記直流発電装置から出力される直流電力を商用交流電源と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置と、前記直交変換装置の異常動作から前記商用交流電源を保護するための系統連系保護装置、前記系統連系保護装置と協働して前記直交変換装置の動作を制御する制御装置を、共通の筐体内に一体化して収容してなる燃料電池式の分散型発電装置であって、
前記直流発電装置が、所定の１次原料から前記燃料電池に供給する燃料を生成する改質装置から前記燃料電池へ前記燃料を供給する燃料供給路から分岐して、外部からの燃料を前記燃料電池へ供給するための外部燃料注入口を設けてあることを特徴とする燃料電池式分散型発電装置。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、
前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記直流発電装置の前記燃料電池を起動せずに、前記入力端子に前記第２直流電源の出力を接続して、前記第２直流電力を前記直交変換装置に供給することを特徴とする分散型発電装置の試運転方法。
【請求項７】
請求項３または４に記載の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、
前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記直流発電装置の前記燃料電池を起動せずに、前記第２直流電源を起動して、前記第２直流電源から出力される前記第２直流電力を前記直交変換装置に供給することを特徴とする分散型発電装置の試運転方法。
【請求項８】
請求項５に記載の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、
前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記改質装置を起動せずに、前記外部燃料注入口から外部からの燃料を前記燃料電池に供給して前記燃料電池を作動させ、前記燃料電池から出力される直流電力を前記直交変換装置に供給することを特徴とする分散型発電装置の試運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源と系統連系可能な燃料電池式の分散型発電装置に関し、特に、系統連系保護装置の動作確認試験の時間短縮に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が活発であり実用化も進んでおり、一般家庭、集合住宅、オフィスなどにおいても電力消費地で発電を行う分散型発電装置の利用が今後急速に進展するものと考えられる。特に、熱電併給可能なコージェネレーションシステム等は、電力のみならず、発電時に発生する熱エネルギを同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。ところで、分散型発電装置では、単独で電力消費地における全ての電力需要を賄うのではなく、電力会社が供給する商用交流電源等の系統電源と系統連系して、電力需要に対する不足電力を系統電源から補給する形態の系統連系発電装置としての使用形態（系統連系型使用形態）が、特に住宅用（家庭用）等で主流となっている。
【０００３】
商用交流電源と系統連系可能な燃料電池式の分散型発電装置として、例えば、下記特許文献１等に多数開示されている。図５は、一般的な当該燃料電池式の分散型発電装置６０の内部の概略構成を模式的に示すブロック図である。図５に示すように、分散型発電装置６０は、メタンを主成分とする都市ガス（天然ガス）等の１次原料ＳＧから水素等の燃料ガスＦＧを生成する改質装置１１と、改質装置１１で生成された燃料ガスＦＧと酸素との電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池１２を備えてなる直流発電装置１０、及び、直流発電装置１０から出力される直流電力を商用交流電源３０と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置２１と、直交変換装置２１と商用交流電源３０間の系統連系の異常（過電圧または不足電圧の発生、周波数上昇または低下、単独運転、逆潮流電力の発生等）から分散型発電装置の使用場所の配電線の電気品質を低下させたり、電気製品に悪影響を与えたり、人身の安全が損なわれるのを防止するための系統連系保護機能を実行するための系統連系保護装置２２、系統連系保護装置２２と協働して直交変換装置２１の動作を制御する制御装置２３と、系統連系保護装置２２と制御装置２３に電力供給する直流補助電源２４とを備えてなる電力調整装置２０を、共通の筐体４内に収容して、燃料電池発電ユニットとして一体化して構成されている。尚、図５では、改質装置１１等からの排熱を回収する熱交換器、及び、各種用途のポンプや送風機等の捕器類は図示していない。また、当該熱交換器を介して回収した排熱を温水等の形態で蓄熱して所定の熱負荷に供給する排熱回収蓄熱ユニットが、図５に示す分散型発電装置６０とは別個に設けられ、分散型発電装置６０と併用される。
【０００４】
ところで、分散型発電装置６０を商用交流電源３０と系統連系可能に設置するには、商用交流電源３０を管理する電力会社に系統連系の申請手続を行う必要がある。更に、設置後の試運転時に、分散型発電装置６０の発電及び系統連系運転を開始する前に、系統連系保護装置２２の動作確認を行う必要がある。
【０００５】
燃料電池式の分散型発電装置（コージェネレーションシステム）としては、燃料電池１２に高分子固体電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）或いは酸化物固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）等を使用したシステムが開発され、一部実用化されているが、冷間状態から発電開始までの立ち上がりに１時間乃至２時間程度と長時間を要する。これは、直流発電装置１０において、例えば、改質装置１１の触媒温度が種類によって異なるが２００℃〜８００℃であり、燃料電池１２もＰＥＦＣでは７０℃〜９０℃、ＳＯＦＣでは６００℃〜１０００℃の動作温度となるため、動作開始から温度を上昇して安定動作に至るまでに長時間を要することが起因している。
【０００６】
従って、燃料電池式の分散型発電装置の試運転時においても直流発電装置１０が安定動作するまでに長時間を要し、試運転担当者はその時間待機する必要があり、人件費によるコスト高騰の要因となっている。
【０００７】
尚、下記の特許文献２には、燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法として、燃料電池本体を除く燃料電池発電設備の調整作業において燃料電池本体の損傷を防ぐために、燃料電池発電設備に燃料電池本体を組み込む前に燃料電池発電設備の調整作業を完了させることができるように模擬燃料電池を使用する方法が提案されている。しかし、模擬燃料電池は、本来組み込むべき燃料電池本体の損傷を防ぐためのもので、その動作は燃料電池本体を模擬しているため、冷間状態から発電開始までの立ち上がりに同様に長時間を要することになり、試運転に要する時間の短縮効果は期待できない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−８４０４０号公報
【特許文献２】特開平５−１２９０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、実使用場所に設置後、発電及び系統連系運転を開始する前の系統連系保護装置の動作確認を行うための試運転時間を大幅に短縮可能な燃料電池式の分散型発電装置及びその試運転方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、直流電力を出力する燃料電池を備えた直流発電装置と、前記直流発電装置から出力される直流電力を商用交流電源と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置と、直交変換装置の異常動作から前記商用交流電源を保護するための系統連系保護装置、前記系統連系保護装置と協働して前記直交変換装置の動作を制御する制御装置を、共通の筐体内に一体化して収容してなり、前記直流発電装置とは別の第２直流電源から出力される第２直流電力を前記直交変換装置に入力可能に構成されていることを第１の特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、上記第１の特徴に加えて、前記第２直流電力を外部から受け付けるための入力端子を前記筐体に設けてあることを第２の特徴とする。
【００１２】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、上記第１の特徴に加えて、前記第２直流電源を前記筐体内に収容してなることを第３の特徴とする。
【００１３】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、上記第３の特徴に加えて、前記第２直流電源が、前記商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する交直変換回路と変換された直流電力を蓄電する蓄電池を備え、前記蓄電池が、前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転に要する時間中、前記直交変換装置と前記系統連系保護装置と前記制御装置に電力供給するに十分な蓄電容量を有することを第４の特徴とする。
【００１４】
上記第１乃至第４の何れかの特徴の燃料電池式分散型発電装置によれば、直流発電装置とは別の第２直流電源から出力される第２直流電力を直交変換装置に入力可能に構成されているため、系統連系保護装置の動作確認のための試運転時に、直流発電装置を起動する代わりに、第２直流電源を起動して、第２直流電源から出力される第２直流電力を直交変換装置に入力することができ、第２直流電源の起動から直ぐに、系統連系保護装置の動作確認を開始することができ、系統連系保護装置の動作確認に要する時間短縮が可能となる。
【００１５】
特に、第２の特徴の燃料電池式分散型発電装置によれば、第２直流電力を外部から受け付けるための入力端子を前記筐体に設けるだけの変更を、既存の燃料電池式の分散型発電装置に施すだけで、系統連系保護装置の動作確認に要する時間短縮が可能となる。
【００１６】
特に、第３の特徴の燃料電池式分散型発電装置によれば、試運転時に第２直流電源を別途用意する必要がなく、設置後の試運転に限らず、保守点検時の試運転等にも第２直流電源を利用することができる。更に、系統連系運転中における商用交流電源の停電発生に伴う負荷変動に対応するために、第２直流電源を利用することができる。
【００１７】
更に、第４の特徴の燃料電池式分散型発電装置によれば、蓄電池の蓄電容量が、系統連系保護装置の動作確認のための試運転に要する時間中、直交変換装置と系統連系保護装置と制御装置に電力供給するに十分であるので、系統連系保護装置の動作確認を確実に実施することができる。
【００１８】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、直流電力を出力する燃料電池を備えた直流発電装置と、前記直流発電装置から出力される直流電力を商用交流電源と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置と、前記直交変換装置の異常動作から前記商用交流電源を保護するための系統連系保護装置、前記系統連系保護装置と協働して前記直交変換装置の動作を制御する制御装置を、共通の筐体内に一体化して収容してなり、前記直流発電装置が、所定の１次原料から前記燃料電池に供給する燃料を生成する改質装置から前記燃料電池へ前記燃料を供給する燃料供給路から分岐して、外部から前記燃料を前記燃料電池へ供給するための外部燃料注入口を設けてあることを第５の特徴とする。
【００１９】
上記第５の特徴の燃料電池式分散型発電装置によれば、外部から燃料を燃料電池へ供給するための外部燃料注入口を設けてあるため、系統連系保護装置の動作確認のための試運転時に、改質装置を起動する代わりに外部燃料注入口から既成の燃料を燃料電池に供給することで燃料電池を起動させ、短時間に燃料電池から安定出力を得ることができる。この結果、燃料電池から出力される直流電力を直交変換装置に入力することができ、燃料電池の起動から短時間で系統連系保護装置の動作確認を開始することができ、系統連系保護装置の動作確認に要する時間短縮が可能となる。
【００２０】
更に、上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法は、上記第２の特徴の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記直流発電装置の前記燃料電池を起動せずに、前記入力端子に前記第２直流電源の出力を接続して、前記第２直流電力を前記直交変換装置に供給することを第１の特徴とする。
【００２１】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法は、上記第３または第４の特徴の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記直流発電装置の前記燃料電池を起動せずに、前記第２直流電源を起動して、前記第２直流電源から出力される前記第２直流電力を前記直交変換装置に供給することを第２の特徴とする。
【００２２】
上記第１または第２の特徴の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法によれば、系統連系保護装置の動作確認のための試運転時に、直流発電装置の燃料電池を起動する代わりに、第２直流電源を起動して、第２直流電源から出力される第２直流電力を直交変換装置に入力するので、第２直流電源の起動から直ぐに、系統連系保護装置の動作確認を開始することができ、系統連系保護装置の動作確認に要する時間短縮が可能となる。
【００２３】
更に、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法は、上記第５の特徴の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法であって、前記系統連系保護装置の動作確認のための試運転時において、前記改質装置を起動せずに、前記外部燃料注入口から外部からの燃料を前記燃料電池に供給して前記燃料電池を作動させ、前記燃料電池から出力される直流電力を前記直交変換装置に供給することを第３の特徴とする。
【００２４】
上記第３の特徴の燃料電池式の分散型発電装置の試運転方法によれば、系統連系保護装置の動作確認のための試運転時に、改質装置を起動せずに、外部からの燃料を外部燃料注入口から燃料電池に供給して燃料電池を作動させるので、燃料電池の起動から短時間で系統連系保護装置の動作確認を開始することができ、系統連系保護装置の動作確認に要する時間短縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置及びその試運転方法（以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明装置を説明するための図面には、図５に示す従来の燃料電池式の分散型発電装置と同一部位に共通の符号を付して説明する。
【００２６】
〈第１実施形態〉
図１は、本発明装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明装置１は、メタンを主成分とする都市ガス（天然ガス）等の１次原料ＳＧから水素等の燃料ガスＦＧを生成する改質装置１１と、改質装置１１で生成された燃料ガスＦＧと酸素との電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池１２を備えてなる直流発電装置１０、及び、直流発電装置１０から出力される直流電力を商用交流電源３０と系統連系可能に交流電力に変換する直交変換装置２１と、直交変換装置２１と商用交流電源３０間の系統連系の異常（過電圧または不足電圧の発生、周波数上昇または低下、単独運転、逆潮流電力の発生等）から分散型発電装置の使用場所の配電線の電気品質を低下させたり、電気製品に悪影響を与えたり、人身の安全が損なわれるのを防止するための系統連系保護機能を実行するための系統連系保護装置２２、と、系統連系保護装置２２と協働して直交変換装置２１の動作を制御する制御装置２３と、系統連系保護装置２２と制御装置２３に電力供給する直流補助電源２４とを備えてなる電力調整装置２０を、共通の筐体４内に収容して、燃料電池発電ユニットとして一体化して構成されている。尚、図１では、改質装置１１等からの排熱を回収する熱交換器、及び、各種用途のポンプや送風機等の捕器類は図示していない。また、当該熱交換器を介して回収した排熱を温水等の形態で蓄熱して所定の熱負荷に供給する排熱回収蓄熱ユニットが、図１に示す分散型発電装置１とは別個に設けられ、分散型発電装置１と併用されることで、コージェネレーションシステムが構成される。しかし、本発明装置１は、排熱回収蓄熱ユニットと併用せずに単独で系統連系可能な分散型発電装置として使用しても構わない。
【００２７】
更に、第１実施形態では、本発明装置１は、直流発電装置１０とは別に外部の第２直流電源５０から出力される第２直流電力を直交変換装置２１に入力可能なように、第２直流電力を外部から受け付けるための１対の入力端子５を筐体４に設けて構成されている。尚、図１では、第２直流電源５０が入力端子５に接続されている状態を図示している。
【００２８】
本実施形態では、燃料電池１２は、ＰＥＦＣ或いはＳＯＦＣの各セルを多段に直列接続したもので（一般にセルスタックと称されている）、直流３０Ｖ〜１００Ｖを出力可能に構成されたものの使用を想定している。また、改質装置１１は、メタンを主成分とする都市ガス（天然ガス）から燃料電池１２の燃料ガスである水素を生成するための公知の構成を用い、脱硫器、水蒸気改質器、ＣＯ（一酸化炭素）変成器、ＣＯ除去器等を処理順序に沿って備えた構成となっている。
【００２９】
直交変換装置２１は、燃料電池１２から出力される直流電圧を３５０Ｖに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２５とインバータ回路２６と連系継電器２７を備えて構成される。インバータ回路２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から出力される直流電力をパルス幅変調された正負両極性のパルス出力に変換するブリッジ回路、及び、当該パルス出力を正弦波交流出力に変換する低域通過フィルタ回路を備えて構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５から出力される直流電力（３５０Ｖ）を、実効電圧２００Ｖの単相交流電力に変換して、連系継電器２７の出力側に接続する１対の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間から出力する。
【００３０】
系統連系保護装置２２は、連系継電器２７の入力側に設けられた交流電流計２８及び連系継電器２７の入力側に設けられた交流電圧計２９からの瞬時値（アナログ値）の入力を受け付けて、商用交流電源３０側の系統電圧監視（交流過電圧検出、交流不足電圧検出）、系統周波数監視（交流周波数上昇検出、交流周波数低下検出）、及び、停電監視（電力調整装置２０の単独運転検出（能動的方式、受動的方式））、電力調整装置２０側の出力監視（交流過電流検出、交流電圧上昇検出）等が可能に構成されており、商用交流電源３０との同期制御、系統保護協調、系統停電時の単独運転防止等の系統連系保護機能を、制御装置２３及び連系継電器２７と協働して発揮する装置である。本発明装置１を商用交流電源３０側への逆潮流を許容しない系統連系型使用形態で使用する場合には、現在、電力系統連系技術要件ガイドラインの規定により、以下の３つの方法の何れかによって単独運転防止機能を担保する必要がある。即ち、１）逆電力継電器（ＲＰＲ）と不足電力継電器（ＵＰＲ）を備えるか、２）逆電力継電器（ＲＰＲ）と単独運転防止機能（能動的方式と受動的方式の夫々が１つ以上）を備えるか、或いは、３）単独運転防止機能（能動的方式と受動的方式の夫々が１つ以上）を備える必要がある。受動的方式の単独運転判定は、商用交流電源３０の電圧を監視して、系統停電による本発明装置１の単独運転時に現れる変化を検出するもので、電圧位相跳躍検出式、３次高調波歪急増検出式、周波数変化率検出式等の方式がある。また、能動的方式の単独運転判定は、本発明装置１側から出力に特定の変動を与えて単独運転時に現れる変化を検出するもので、周波数シフト式、有効電力変動式、無効電力変動式等の方式がある。従って、本実施形態における系統連系保護装置２２は、上記何れかの単独運転防止機能を担保した公知或いは新規な回路構成を採用している。尚、個々の回路構成の詳細な説明は、本発明の本旨ではないので省略する。
【００３１】
制御装置２３は、インバータ回路２６のブリッジ回路を構成するパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の電力用スイッチング素子の各ゲートを駆動するゲート駆動回路、及び、交流電流計２８及び交流電圧計２９の出力信号や系統連系保護装置２２からの制御信号に基づいてゲート駆動回路を制御するゲート制御回路を備えて構成される。ゲート制御回路は、低域通過フィルタ回路を通過後の出力電圧及び出力電流波形が正弦波となるようにパルス幅変調（ＰＷＭ）方式でブリッジ回路のスイッチング素子のオンオフ動作を制御するとともに、系統正常時には、上記正弦波出力の周波数及び位相が、商用交流電源３０から供給される単相３線式交流電力２００Ｖ／１００Ｖと周波数及び位相と一致するように位相同期制御を行う。また、ゲート制御回路は、例えば、系統連系保護装置２２が過電圧状態を検知した場合には、過電圧状態を抑制するように、つまり、過電圧状態となっている出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の出力電圧（瞬時値の絶対値）を低減するように、各スイッチング素子のオンオフ動作を制御し、過電圧状態の出力電圧が所定の基準電圧以下に抑制しつつ各スイッチング素子を最終的にオフさせる制御を行う。また、系統連系保護装置２２が単独運転状態を検知した場合には、ゲート制御回路は、各スイッチング素子をオフさせてインバータ回路２６の出力を停止させる。
【００３２】
直流補助電源２４は、直流発電装置１０から出力される直流電力、或いは、インバータ回路２６から出力される交流電力から供給される電力を所定電圧の直流電力に変換して、系統連系保護装置２２と制御装置２３に電力供給する電源回路である。
【００３３】
第１実施形態では、筐体４に設けられた第２直流電力入力用の１対の入力端子５は、燃料電池１２の１対の出力端子とＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子を夫々接続する配線に、各別に直接接続している。
【００３４】
入力端子５に接続して使用する第２直流電源５０は、例えば、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する交直変換回路５１と変換された直流電力を蓄電する蓄電池５２を備えた構成のものが使用できる。第２直流電源５０の出力電圧は、燃料電池１２の出力電圧（直流３０Ｖ〜１００Ｖ）と同じものを使用する。尚、第２直流電源５０に内蔵される蓄電池５２は、後述する系統連系保護装置２２の動作確認のための試運転に要する時間中、本発明装置１の直交変換装置２１と系統連系保護装置２２と制御装置２３に電力供給するに十分な蓄電容量を有するものを使用する。例えば、本発明装置１の定格出力が１ｋＷの場合に、系統連系保護装置２２の動作確認に１５分を要する場合には、蓄電容量は、最大で２５０Ｗｈあればよく、実用上はその２０％〜５０％程度の蓄電容量でも十分と考えられる。
【００３５】
本発明装置１を単相３線式交流電力２００Ｖ／１００Ｖを供給する商用交流電源３０と系統連系させて使用する本実施形態での使用形態では、図２に示すように、本発明装置１と商用交流電源３０の間には、主幹ブレーカ４１、分岐ブレーカ４２、及び、連系ブレーカ４３を配した分電盤４４が介装されており、商用交流電源３０と主幹ブレーカ４１間、主幹ブレーカ４１と連系ブレーカ４３間、及び、連系ブレーカ４３と本発明装置１間が、単相３線式電力線（２本の電圧線Ｕ，Ｖと１本の中性線Ｎ）で接続されている。尚、直交変換装置２１の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、単相３線式電力線の電圧線Ｕ，Ｖに接続される。分岐ブレーカ３２から延長する単相２線１００Ｖの各電力線には、本発明装置１と商用交流電源３０から電力供給を受ける電力負荷４０（電気機器類）が夫々接続している。単相２線１００Ｖの各電力線は、主幹ブレーカ４１と連系ブレーカ４３間の分岐ブレーカ４２を介して第１の電圧線Ｕと中性線Ｎ、または、第２の電圧線Ｖと中性線Ｎに接続している。尚、本発明装置１と商用交流電源３０間の接続は、図２に示す形態に限定されるものではない。
【００３６】
以上の図１に示す本発明装置１の構成は、筐体４に入力端子５が設けられている点を除いて、一般的な系統連系可能な燃料電池式の分散型発電装置と同じである。従って、一般的な系統連系可能な燃料電池式の分散型発電装置と重複する部分についての詳細な説明は割愛した。
【００３７】
次に、本発明装置１を実使用場所に設置した後の系統連系保護装置２２の動作確認のための本発明方法について説明する。
【００３８】
先ず、系統連系保護装置２２の動作確認のための試運転を開始する前に、充電済みの第２直流電源５０を用意する。直流発電装置１０を起動せずに、第２直流電源５０を入力端子５に接続することで、直流発電装置１０から直流電力を供給するのに代えて、第２直流電源５０から第２直流電力を電力調整装置２０に供給する。これによって、電力調整装置２０が起動されるため、系統連系保護装置２２の動作確認のための試験が実施可能となる。系統連系保護装置２２の有する系統連系保護機能に応じた動作確認試験が終了すると、第２直流電源５０の出力をオフし、電力調整装置２０の動作を停止する。入力端子５から第２直流電源５０を取り外して、系統連系保護装置２２の動作確認を終了する。第１実施形態では、直流発電装置１０を起動しないため、直流発電装置１０が安定動作するまでに要する時間が短縮され、系統連系保護装置２２の動作確認を早期に終了させることができる。
【００３９】
〈第２実施形態〉
次に、本発明装置の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る本発明装置２の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、第１実施形態と同様に、本発明装置２は、改質装置１１と燃料電池１２を備えてなる直流発電装置１０、直交変換装置２１と系統連系保護装置２２と制御装置２３と直流補助電源２４とを備えてなる電力調整装置２０を、共通の筐体４内に収容して、燃料電池発電ユニットとして一体化して構成されている。尚、図３では、改質装置１１等からの排熱を回収する熱交換器、及び、各種用途のポンプや送風機等の捕器類は図示していない。また、当該熱交換器を介して回収した排熱を温水等の形態で蓄熱して所定の熱負荷に供給する排熱回収蓄熱ユニットが、図３に示す分散型発電装置２とは別個に設けられ、分散型発電装置２と併用されることで、コージェネレーションシステムが構成される。しかし、本発明装置２は、排熱回収蓄熱ユニットと併用せずに単独で系統連系可能な分散型発電装置として使用しても構わない。
【００４０】
更に、第２実施形態では、本発明装置２は、筐体４に１対の入力端子５を設ける代わりに、筐体４内に第２直流電源６を備えて構成されている。第２直流電源６は、本発明装置２の試運転時に直流発電装置１０に代えて第２直流電源６から出力される第２直流電力を直交変換装置２１に入力可能なように設置されている。具体的には、第２直流電源６の一対の出力端子が、２系統の入力対を択一的に選択して出力対に接続する入力切替回路９を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子に各別に接続している。
【００４１】
第２直流電源６は、第１実施形態において１対の入力端子５に接続して使用する外部の第２直流電源５０と同様に、例えば、直交変換装置２１の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に接続している商用交流電源３０から供給される交流電力を直流電力に変換する交直変換回路７と変換された直流電力を蓄電する蓄電池８を備えた構成のものが使用できる。第２直流電源６の出力電圧は、燃料電池１２の出力電圧（直流３０Ｖ〜１００Ｖ）と同じものを使用する。尚、第２直流電源６に内蔵される蓄電池８は、後述する系統連系保護装置２２の動作確認のための試運転に要する時間中、本発明装置１の直交変換装置２１と系統連系保護装置２２と制御装置２３に電力供給するに十分な蓄電容量を有するものを使用する。
【００４２】
以上の図２に示す本発明装置２の構成は、筐体４内に第２直流電源６を備えている点が、筐体４に入力端子５が設けられている第１実施形態と異なるのみで、その他の直流発電装置１０と電力調整装置２０の構成は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。また、本発明装置２を単相３線式交流電力２００Ｖ／１００Ｖを供給する商用交流電源３０と分電盤４４を介して系統連系させる構成も、第１実施形態と同様であるので、重複する説明は割愛する。
【００４３】
次に、本発明装置２を実使用場所に設置した後の系統連系保護装置２２の動作確認のための本発明方法について説明する。
【００４４】
先ず、系統連系保護装置２２の動作確認のための試運転を開始する前に、第２直流電源６を充電状態にしておく。直流発電装置１０を起動せずに、入力切替回路９を操作して、第２直流電源６をＤＣ／ＤＣコンバータ２５に接続することで、直流発電装置１０から直流電力を供給するのに代えて、第２直流電源６から第２直流電力を電力調整装置２０に供給する。これによって、電力調整装置２０が起動されるため、系統連系保護装置２２の動作確認のための試験が実施可能となる。系統連系保護装置２２の有する系統連系保護機能に応じた動作確認試験が終了すると、第２直流電源６の出力をオフし、電力調整装置２０の動作を停止する。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、直流発電装置１０を起動しないため、直流発電装置１０が安定動作するまでに要する時間が短縮され、系統連系保護装置２２の動作確認を早期に終了させることができる。
【００４５】
〈第３実施形態〉
次に、本発明装置の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る本発明装置３の概略構成を示すブロック図である。図４に示すように、第１及び第２実施形態と同様に、本発明装置３は、改質装置１１と燃料電池１２を備えてなる直流発電装置１０、直交変換装置２１と系統連系保護装置２２と制御装置２３と直流補助電源２４とを備えてなる電力調整装置２０を、共通の筐体４内に収容して、燃料電池発電ユニットとして一体化して構成されている。尚、図４では、改質装置１１等からの排熱を回収する熱交換器、及び、各種用途のポンプや送風機等の捕器類は図示していない。また、当該熱交換器を介して回収した排熱を温水等の形態で蓄熱して所定の熱負荷に供給する排熱回収蓄熱ユニットが、図４に示す分散型発電装置２とは別個に設けられ、分散型発電装置２と併用されることで、コージェネレーションシステムが構成される。しかし、本発明装置２は、排熱回収蓄熱ユニットと併用せずに単独で系統連系可能な分散型発電装置として使用しても構わない。
【００４６】
更に、第３実施形態では、本発明装置３は、直流発電装置１０の改質装置１１から燃料電池１２へ水素ガスを供給する燃料供給路から分岐して、外部から水素ガスを燃料電池１２へ供給するための外部燃料注入口１３を筐体４に備えて構成されている。尚、燃料電池１２へ水素ガスを改質装置１１と外部燃料注入口１３の何れから供給するかは、各分岐路に設けられた図示していない開閉弁または三方弁等を切り替えて選択する。
【００４７】
以上の図３に示す本発明装置３の構成は、筐体４に外部燃料注入口１３を備えている点が、筐体４に入力端子５が設けられている第１実施形態と異なるのみで、その他の直流発電装置１０と電力調整装置２０の構成は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。尚、第３実施形態では、燃料電池２は、酸化物固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）と比較して動作温度が７０℃〜９０℃と低い高分子固体電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）の使用を想定している。また、本発明装置３を単相３線式交流電力２００Ｖ／１００Ｖを供給する商用交流電源３０と分電盤４４を介して系統連系させる構成も、第１実施形態と同様であるので、重複する説明は割愛する。
【００４８】
次に、本発明装置３を実使用場所に設置した後の系統連系保護装置２２の動作確認のための本発明方法について説明する。
【００４９】
先ず、系統連系保護装置２２の動作確認のための試運転を開始する前に、水素の充填した水素ボンベ５３を用意し、外部燃料注入口１３に接続する。直流発電装置１０の改質装置１１を起動せずに、水素ボンベ５３から外部燃料注入口１３を介して燃料電池１２に水素ガスを供給する。これによって、燃料電池１２が起動して発電を開始する。燃料電池１２が安定動作に至ると、電力調整装置２０が起動されるため、系統連系保護装置２２の動作確認のための試験が実施可能となる。系統連系保護装置２２の有する系統連系保護機能に応じた動作確認試験が終了すると、水素ボンベ５３からの水素供給を停止し、燃料電池１２をオフして、電力調整装置２０の動作を停止する。燃料電池１２がＰＥＦＣの場合は、動作温度が比較的低いため、安定的に直流電圧を出力するまでの時間が、改質装置１１から起動する場合に比べて時間短縮できる。
【００５０】
以上、本発明装置及び本発明方法について第１乃至第３実施形態を詳しく説明したが、本発明装置の直流発電装置１０及び電力調整装置２０の構成及び各部の出力電圧や出力形式は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、電力調整装置２０の出力は、単相３線式交流電力２００Ｖ／１００Ｖに限定されるものではない。また、燃料電池１２は、ＰＥＦＣ或いはＳＯＦＣに限定されるものではない。また、改質装置１１の構成も上記各実施形態の構成に限定されるものではない。
【００５１】
更に、上記第１実施形態において、１対の入力端子５を直接ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子５に接続する構成としたが、第２実施形態と同様の入力切替回路９を使用し、１対の入力端子５を入力切替回路９を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子に各別に接続しても構わない。
【００５２】
更に、上記第２実施形態において、第２直流電源６を、入力切替回路９を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子に各別に接続する構成としたが、第２直流電源６の一対の出力端子を、入力切替回路９を介さずにＤＣ／ＤＣコンバータ２５の１対の入力端子に各別に直接接続しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置は、燃料電池を備えた直流発電装置と電力調整装置が共通の筐体内に収容され燃料電池発電ユニットとして一体化した燃料電池式の分散型発電装置に利用可能であり、特に、系統連系保護装置の動作確認試験の時間短縮に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の第１実施形態における概略構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の商用交流電源との接続関係を模式的に示すブロック図
【図３】本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の第２実施形態における概略構成を模式的に示すブロック図
【図４】本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置の第３実施形態における概略構成を模式的に示すブロック図
【図５】従来の燃料電池式の分散型発電装置の概略構成を模式的に示すブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１，２，３：  本発明に係る燃料電池式の分散型発電装置
４：    筐体
５：    入力端子
６，５０：  第２直流電源
７，５１：  交直変換回路
８，５２：  蓄電池
９：    入力切替回路
１０：  直流発電装置
１１：  改質装置
１２：  燃料電池
１３：  外部燃料注入口
２０：  電力調整装置
２１：  直交変換装置
２２：  系統連系保護装置
２３：  制御装置
２４：  直流補助電源
２５：  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２６：  インバータ回路
２７：  連系継電器
２８：  交流電流計
２９：  交流電圧計
３０：  商用交流電源
４０：  電力負荷
４１：  主幹ブレーカ
４２：  分岐ブレーカ
４３：  連系ブレーカ
４４：  分電盤
５３：  水素ボンベ
６０：  従来の燃料電池式の分散型発電装置
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２：  インバータ回路部の出力端子
ＦＧ：  燃料（水素）
ＳＧ：  １次原料（都市ガス）
Ｎ：    単相３線式電力線の中性線
Ｕ：    単相３線式電力線の電圧線
Ｖ：    単相３線式電力線の電圧線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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