(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する燃料電池本体と、前記直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体から出力される直流電圧を計測する直流電圧検出器と、この計測した直流電圧に基づいて負荷設定値を制御し、かつ系統連系運転している時に前記直流電圧が低下した場合、前記負荷設定値を減少させる制御装置と、前記燃料電池本体の直流電圧低下に見合った負荷減少を前記逆変換装置側から誘起しても直流電圧の回復が見られないとき、遅延回路を介装させて系統を解列させるスイッチとを備えるとともに、前記制御装置は、前記直流電圧検出器からの直流電圧信号と予め設定された第１の設定値信号との偏差を演算する第１の加算器と、この第１の加算器からの偏差信号に定数倍処理を加える比例定数回路と、この比例定数回路からの出力設定値信号を予め設定された負荷設定値信号から減算して前記逆変換装置に与える第２の加算器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
直流電力を出力する燃料電池本体と、前記直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体から出力される直流電圧を計測する直流電圧検出器と、この計測した直流電圧に基づいて前記逆変換装置の交流電力を制御し、かつ自立運転をしている時に前記直流電圧が低下した場合、前記逆変換装置の交流電力を減少させる制御装置と、前記燃料電池本体の直流電圧低下に見合った負荷減少を前記逆変換装置側から誘起しても直流電圧の回復が見られないとき、遅延回路を介装させて負荷遮断させるスイッチとを備えるとともに、前記制御装置は、前記直流電圧検出器からの直流電圧信号と予め設定された第１の設定値信号との偏差を演算する第１の加算器と、この第１の加算器からの偏差信号に定数倍処理を加える比例定数回路と、この比例定数回路からの出力設定値信号を予め設定された負荷設定値信号から減算して前記逆変換装置に与える第２の加算器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池本体および逆変換装置を備えた燃料電池発電装置に係り、特に逆変換装置の運転によって燃料電池本体を保護する燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料電池発電装置は、燃料電池本体が発電を行うのに必要な酸化剤，還元剤を上記燃料電池本体に供給する反応ガス供給設備と、直流電力を発生する燃料電池本体と、その直流電力を交流電力に変換する逆変換装置と、この逆変換装置から発生する交流電力を交流系統や単独負荷に供給するためのスイッチ群とを具備している。
【０００３】
燃料電池発電装置は、燃料電池本体が通常単セル当たり、０．６〜０．７Ｖ程度の直流出力電圧で運転されるものの、燃料電池本体または発電を行うのに必要な酸化剤，還元剤および冷却水などの供給系に異常が生じた場合は、上記燃料電池本体の直流出力電圧が低下する。このため従来では、この直流出力電圧の低下を検出した場合、系統連系運転にあっては系統解列、自立運転にあっては負荷遮断（シャットダウン）を行っていた。
【０００４】
このような従来の燃料電池発電装置の一例を図４に基づいて説明する。図４に示すように、反応ガス供給設備１から燃料電池本体２が発電に必要な反応ガスの供給を受け、燃料電池本体２は直流電力を発生する。この発生した直流電力は、逆変換装置３にて交流電力に変換され、この交流電力がスイッチ４を経て独立負荷５に供給される。また、燃料電池本体２の直流出力電圧は、直流電圧検出器６にて常時モニタリングされている。このように構成された燃料電池発電装置では、万一直流電圧検出器６にて検出した直流電圧値が予め設定された値以下であれば、スイッチ４を開放し、さらに逆変換装置３を停止させる場合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように構成された従来の燃料電池発電装置は、たとえ反応ガス供給設備１または燃料電池本体２が異常でなくても、燃料電池本体２の特性が経年的に低下してきた場合や、急速な負荷変化などを実施した場合に燃料電池本体２の直流出力電圧が低下し、過渡的に設定値以下となる場合があり、不必要に系統解列や負荷遮断が発生するという不具合があった。
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、燃料電池本体の直流出力電圧が負荷急変などで過渡的に変動した場合でも、一時的な逆変換装置の運転によって燃料電池本体を保護し、運転を継続させる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の発明は、直流電力を出力する燃料電池本体と、前記直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体から出力される直流電圧を計測する直流電圧検出器と、この計測した直流電圧に基づいて負荷設定値を制御し、かつ系統連系運転している時に前記直流電圧が低下した場合、前記負荷設定値を減少させる制御装置と、前記燃料電池本体の直流電圧低下に見合った負荷減少を前記逆変換装置側から誘起しても直流電圧の回復が見られないとき、遅延回路を介装させて系統を解列させるスイッチとを備えるとともに、前記制御装置は、前記直流電圧検出器からの直流電圧信号と予め設定された第１の設定値信号との偏差を演算する第１の加算器と、この第１の加算器からの偏差信号に定数倍処理を加える比例定数回路と、この比例定数回路からの出力設定値信号を予め設定された負荷設定値信号から減算して前記逆変換装置に与える第２の加算器とを備えたものである。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、系統連系運転している時、急激な負荷変化に対して過渡的に燃料電池本体の直流出力電圧が低下した場合、その電圧低下に見合った負荷減少を逆変換装置側から誘起し、直流出力電圧を回復させ、安定した運転を継続させる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、直流電力を出力する燃料電池本体と、前記直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有する燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体から出力される直流電圧を計測する直流電圧検出器と、この計測した直流電圧に基づいて前記逆変換装置の交流電力を制御し、かつ自立運転をしている時に前記直流電圧が低下した場合、前記逆変換装置の交流電力を減少させる制御装置と、前記燃料電池本体の直流電圧低下に見合った負荷減少を前記逆変換装置側から誘起しても直流電圧の回復が見られないとき、遅延回路を介装させて負荷遮断させるスイッチとを備えるとともに、前記制御装置は、前記直流電圧検出器からの直流電圧信号と予め設定された第１の設定値信号との偏差を演算する第１の加算器と、この第１の加算器からの偏差信号に定数倍処理を加える比例定数回路と、この比例定数回路からの出力設定値信号を予め設定された負荷設定値信号から減算して前記逆変換装置に与える第２の加算器とを備えたものである。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、装置が系統と連系せず、自立運転をしている時、急激な負荷変化に対して過渡的に燃料電池本体の直流出力電圧が低下した場合、その電圧低下に見合った出力電圧減少を逆変換装置側から誘起し、直流出力電圧を回復させ、安定した運転を継続させる。
【００１１】
なお、燃料電池本体に異常などが発生して直流電圧の低下が生じた場合は、本発明によっても直流電圧を回復することができないため、直流電圧低下が継続する。よって、ある一定時間、例えば１０秒間程度、本発明を実施して直流電圧の回復が見られない場合には、従来と同様に系統解列もしくは負荷遮断することとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る燃料電池発電装置の第１実施形態を示すブロック図である。なお、従来の構成と同一の部分には、図４と同一の符号を付して説明する。
【００１４】
図１に示すように、反応ガス供給設備１から燃料電池本体２が発電に必要な反応ガスの供給を受け、燃料電池本体２は直流電力を発生する。この発生した直流電力は、逆変換装置３にて交流電力に変換され、この交流電力がスイッチ４を経て交流系統に供給される。
【００１５】
また、燃料電池本体２の直流出力電圧は、直流電圧検出器６により計測され、その計測値が制御装置７に取り込まれ、この制御装置７は、直流電圧検出器６により計測された直流電圧に基づいて負荷設定値を制御するものである。
【００１６】
すなわち、制御装置７においては、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値が加算器８に入力され、この加算器８には燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２も入力され、加算器８では直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値と燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値とが加算され、その偏差信号Ｓ３が比例定数回路９に出力される。
【００１７】
比例定数回路９からは、偏差信号Ｓ３に見合った出力設定値信号Ｓ４が加算器１０に入力され、この加算器１０には負荷設定値信号Ｓ５も入力される。加算器１０からは、逆変換装置３に負荷設定値を減少させる信号Ｓ６が入力される。この逆変換装置３では、直流電圧の低下に見合った負荷の減少を誘起する。
【００１８】
このように制御装置７においては、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値を常時監視し、この直流電圧信号Ｓ１が燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値を割り込んだ場合、その偏差信号Ｓ３に見合った出力設定値信号Ｓ４を演算し、その時の負荷設定値信号Ｓ５からその値をマイナスする。
【００１９】
一方、直流電圧検出器６と加算器８との間から分岐され、この分岐点に遅延回路１１が接続され、ある一定時間、例えば１０秒間程度、制御回路７により燃料電池本体２の直流電圧低下に見合った負荷減少を逆変換装置３側から誘起しても、直流電圧の回復が見られない場合には、遅延回路１１によりスイッチ４を開放して系統解列することとなる。
【００２０】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
【００２１】
通常時において、燃料電池本体２への負荷設定値は、その装置の定格範囲内で運転員などが任意に定めることができる。しかしながら、第１実施形態は、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値が燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値を割り込んだ場合、その偏差信号Ｓ３に見合った出力を図２に示す燃料電池の電圧−電流特性の傾きΔＶ／ΔΙに従って決定し、運転員が定める負荷設定値信号Ｓ５から減じる。
【００２２】
すなわち、負荷設定値信号Ｓ５の負荷設定値を減少させることによって、運転点を図２の点Ａから運転点Ｂに移行させ、これにより電池直流電圧が回復することとなる。
【００２３】
このように第１実施形態によれば、燃料電池の直流出力の電圧が経時的に減少した場合に、系統連系運転においては、負荷設定値を直流電圧低下に見合って減少させることにより、燃料電池発電装置の直流出力電圧を回復させ、安定な運転を継続させることができる。
【００２４】
図３は本発明に係る燃料電池発電装置の第２実施形態を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
この第２実施形態では、図３に示すように反応ガス供給設備１から燃料電池本体２が発電に必要な反応ガスの供給を受け、燃料電池本体２は直流電力を発生する。この発生した直流電力は、逆変換装置３にて交流電力に変換され、この交流電力がスイッチ４を経て独立負荷５に供給される。
【００２６】
また、燃料電池本体２の直流出力電圧は、直流電圧検出器６により計測され、その計測値が制御装置７に取り込まれ、この制御装置７は、直流電圧検出器６により計測した直流電圧に基づいて逆変換装置３の交流電力を制御するものである。
【００２７】
すなわち、制御装置７においては、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値が加算器８に入力され、この加算器８には燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２も入力され、加算器８では直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値と燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値とが加算され、その偏差信号Ｓ３が比例定数回路９に出力される。
【００２８】
比例定数回路９からは、偏差信号Ｓ３に見合った交流出力電圧変化分の信号Ｓ６が加算器１０に入力され、この加算器１０には交流出力電圧設定値信号Ｓ７も入力される。加算器１０からは、逆変換装置３に交流出力電圧設定値を減少させる信号Ｓ８が入力される。この逆変換装置３では、直流電圧の低下に見合った交流出力電圧設定値の減少を、例えばその制御信号のタイミングを変化させることにより誘起する。
【００２９】
このように制御装置７においては、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値を常時監視し、この直流電圧信号Ｓ１が燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値を割り込んだ場合、その偏差信号Ｓ３に見合った交流出力電圧変化分の信号Ｓ６を演算し、その時の交流出力電圧設定値信号Ｓ７からその値をマイナスする。
【００３０】
なお、ある一定時間、例えば１０秒間程度、制御回路７により燃料電池本体２の直流電圧低下に見合った出力電圧減少を逆変換装置３側から誘起しても、直流電圧の回復が見られない場合には、遅延回路１１によりスイッチ４を開放して負荷遮断することとなる。
【００３１】
次に、第２実施形態の作用を説明する。
【００３２】
通常時において、燃料電池本体２の出力は、接続された負荷に見合って自動的に決定される。しかしながら、第２実施形態は、直流電圧信号Ｓ１の直流電圧値が燃料電池の健全性から定まる設定値信号Ｓ２の設定値を割り込んだ場合、その偏差信号Ｓ３に見合った出力を図２に示す燃料電池の電圧−電流特性の傾きΔＶ／ΔＩに従って決定し、さらにその出力減少分に対応する交流出力電圧変化分を計算し、予め設定されている交流出力電圧設定値信号Ｓ７の設定値から減じる。すなわち、交流出力電圧を減少させることによって、運転点を図２の点Ａから点Ｂに移行させ、これにより電池直流電圧が回復することとなる。
【００３３】
このように第２実施形態によれば、燃料電池の直流出力の電圧が経時的に減少した場合に、自立運転においては、交流出力電圧設定値を直流電圧低下分に見合って減少させることにより、燃料電池発電装置の直流出力電圧を回復させ、安定な運転を継続させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１，２によれば、系統連系運転および自立運転において、経時的にまたは負荷急変などによって過渡的に燃料電池本体の直流発電電圧が低下した場合、発電出力設定または交流発電出力電圧を直流電圧低下分に従って自動的に調節することによって、直流電圧を適正な値に維持し、燃料電池発電プラントを解列したり停止することなく、安定した運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】燃料電池の電流−電圧特性を示す図。
【図３】本発明に係る燃料電池発電装置の第２実施形態を示すブロック図。
【図４】従来の燃料電池発電装置の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
１  反応ガス供給設備
２  燃料電池本体
３  逆変換装置
４  スイッチ
５  単独負荷
６  直流電圧検出器
７  制御装置
８  加算器
９  比例定数回路
１０  加算器
１１  遅延回路
【図１】
0003890145.tif 000002
【図２】
0003890145.tif 000003
【図３】
0003890145.tif 000004
【図４】
0003890145.tif 000005