(57)【要約】【課題】発電装置として燃料電池を採用するにあたって、自立運転時に電力消費に関する表示を正確に行う。【解決手段】連系運転と自立運転とを行うように構成されている燃料電池発電装置１０と、制御装置２０と、自立用電気端子７と、消費電力検出手段１４と、調整用負荷装置５０と、情報出力する出力装置３０と、を備え、制御装置２０は、燃料電池発電装置１０が自立運転を行っている間、燃料電池発電装置１０から自立電力線６に一定電力を供給させ、消費電力検出手段１４で検出される消費電力と、調整用負荷装置５０の消費電力との和が、燃料電池発電装置１０から自立電力線６に供給される一定電力と等しくなるように、調整用負荷装置５０の消費電力を調整し、出力装置３０は、一定電力から消費電力検出手段１４で検出される消費電力を減算して導出できる余裕電力の値を情報として出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池部、及び、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われる正常状態になると前記交流線に前記燃料電池部の発電電力を出力する連系運転を行い、前記電力系統から前記交流線への電力供給が正常に行われない異常状態になると前記電力系統から電気的に切り離された自立電力線に前記燃料電池部の発電電力を出力する自立運転を行うように構成されている燃料電池発電装置と、
前記燃料電池発電装置を制御する制御装置と、
前記自立運転が行われているとき、前記自立電力線を介して、前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受けることができる自立用電気端子と、を備える燃料電池発電システムであって、
前記自立用電気端子に接続される自立用負荷装置での消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記自立運転が行われているとき、前記自立電力線を介して、前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受けることができ且つ消費電力が可変である調整用負荷装置と、
情報を出力する出力装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池発電装置が前記自立運転を行っている間、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線に一定電力を供給させ、前記消費電力検出手段で検出される消費電力と、前記調整用負荷装置の消費電力との和が、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線に供給される前記一定電力と等しくなるように、前記調整用負荷装置の消費電力を調整し、
前記出力装置は、前記一定電力から前記消費電力検出手段で検出される消費電力を減算して導出できる余裕電力の値を前記情報として出力する燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記出力装置は、前記余裕電力が所定値未満になったとき、使用者への注意喚起動作を行う請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記出力装置は、前記注意喚起動作を、文字又は記号で前記表示画面に表示する請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記出力装置は、前記注意喚起動作を、音で行う請求項２又は３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記出力装置は、前記注意喚起動作を、前記表示画面の表示色を変えて行う請求項２〜４の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電部、及び、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われる正常状態になると前記交流線に前記発電部の発電電力を出力する連系運転を行い、前記電力系統から前記交流線への電力供給が正常に行われない異常状態になると前記電力系統から電気的に切り離された自立電力線に前記発電部の発電電力を出力する自立運転を行うように構成されている発電装置と、前記発電装置を制御する制御装置と、前記自立運転が行われているとき、前記自立電力線を介して、前記発電装置からの電力の供給を受けることができる自立用電気端子と、を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発電システムとしては、電力系統から交流線への電力供給の状態に応じて、前記連系運転と、前記自立運転とを切り替えて行うように構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
この例による発電システムは、エンジン駆動による発電機で発電部が構成され、前記自立運転時には、電力消費装置による消費電力を表示するのに、発電装置による発電電力を、消費電力として表示するように構成してあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４００９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の発電システムにおいては、電力消費装置の消費電力に即応した発電が可能で、その結果、発電装置による発電電力を、消費電力として表示することで、使用者に、現状の電力消費を認識させることができる。
しかしながら、発電部に、環境に優しい燃料電池を採用しようとした場合には、以下のような問題点が発生し、同様の作用を発揮することができなくなる。
【０００５】
化学反応を利用する燃料電池は、その特性上、発電供給の立上りが緩慢になり易い。
従って、自立運転時に、電力消費装置への速やかな電力供給を可能とするには、次のように対処することが考えられる。
即ち、消費電力が可変である調整用負荷装置を自立電力線に連係させて設け、前記自立運転時に、燃料電池から調整用負荷装置への最大限の電力供給を維持させておき、新たに、電力消費装置（自立用負荷装置）が自立電力線に繋がれた時点で、その電力消費装置の消費電力に相当する電力量を、調整用負荷装置の消費を抑えて電力消費装置に速やかにまわすことが考えられる。
【０００６】
しかしながら、この場合、燃料電池においては、調整用負荷装置と電力消費装置との消費電力の和に相当する電力を発電しているから、燃料電池による発電電力と、電力消費装置による消費電力とが一致しない。
従って、発電装置（この場合、燃料電池）による発電電力を消費電力として表示している従来技術においては、自立発電時における消費電力の表示が不正確となる問題がある。
【０００７】
また、燃料電池は、発電電力を超える負荷が接続されると、一時的にアイドリング状態に移行し、自立出力の継続が困難となるから、過負荷状態に陥らない為に、特に、消費電力の表示の正確性が求められる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、発電装置として燃料電池を採用するにあたって、自立運転時に電力消費に関する情報を正確に出力できる燃料電池発電システムを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、燃料電池部、及び、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われる正常状態になると前記交流線に前記燃料電池部の発電電力を出力する連系運転を行い、前記電力系統から前記交流線への電力供給が正常に行われない異常状態になると前記電力系統から電気的に切り離された自立電力線に前記燃料電池部の発電電力を出力する自立運転を行うように構成されている燃料電池発電装置と、
前記燃料電池発電装置を制御する制御装置と、
前記自立運転が行われているとき、前記自立電力線を介して、前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受けることができる自立用電気端子と、を備える燃料電池発電システムであって、
前記自立用電気端子に接続される自立用負荷装置での消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記自立運転が行われているとき、前記自立電力線を介して、前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受けることができ且つ消費電力が可変である調整用負荷装置と、
情報を出力する出力装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料電池発電装置が前記自立運転を行っている間、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線に一定電力を供給させ、前記消費電力検出手段で検出される消費電力と、前記調整用負荷装置の消費電力との和が、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線に供給される前記一定電力と等しくなるように、前記調整用負荷装置の消費電力を調整し、
前記出力装置は、前記一定電力から前記消費電力検出手段で検出される消費電力を減算して導出できる余裕電力の値を前記情報として出力するところにある。
【００１０】
本発明によれば、調整用負荷装置を備えているから、自立運転時に、燃料電池発電装置から調整用負荷装置への電力供給を維持させておくことが可能となる。そして、制御装置によって、燃料電池発電装置が自立運転を行っている間、燃料電池発電装置から自立電力線に一定電力を供給させ、消費電力検出手段で検出される消費電力と、調整用負荷装置の消費電力との和が、燃料電池発電装置から自立電力線に供給される前記一定電力と等しくなるように、調整用負荷装置の消費電力を調整することが可能となる。
【００１１】
従って、自立用電気端子に接続される自立用負荷装置に対して、速やかに電力供給することが可能となる。
【００１２】
更には、出力装置によって、前記一定電力から消費電力検出手段で検出される消費電力を減算して導出できる余裕電力の値を前記情報として出力できるようになり、発電装置として燃料電池を採用できながら、自立運転時に電力消費に関する情報を正確に出力できるようになる。
そして、今後、接続できる自立用負荷装置の電力量を、使用者が、例えば、表示画面を見る等して、正確に認識できるようになり、燃料電池発電装置が過負荷状態に陥るのを未然に防止し易くなる。
【００１３】
本発明においては、前記出力装置は、前記余裕電力が所定値未満になったとき、使用者への注意喚起動作を行うと好適である。
【００１４】
本構成によれば、出力装置によって、自立運転時における余裕電力が、所定値未満になったとき、使用者への注意喚起動作が実行されるから、使用者が、その注意喚起動作を受けることで、余裕電力が少なくなっている状況を、より正確に認識させることができる。
その結果、燃料電池発電装置が過負荷状態に陥るような消費電力の自立用負荷装置を、自立用電気端子に接続するのを、より確実に、防止することができる。
【００１５】
本発明においては、前記出力装置は、前記注意喚起動作を、文字又は記号で前記表示画面に表示すると好適である。
【００１６】
本構成によれば、前記注意喚起動作を、表示画面に表示される文字又は記号による視覚情報として、使用者が明確に認識することができる。
【００１７】
本発明においては、前記出力装置は、前記注意喚起動作を、音で行うと好適である。
【００１８】
本構成によれば、前記注意喚起動作を、音による聴覚情報として、使用者が明確に認識することができる。また、使用者は、出力装置の近傍に居なくても、音が聞き取れる範囲にさえ居れば、前記注意喚起動作を認識できる。
【００１９】
本発明においては、前記出力装置は、前記注意喚起動作を、前記表示画面の表示色を変えて行うと好適である。
【００２０】
本構成によれば、前記注意喚起動作を、表示画面に表示される表示色変化の視覚情報として、使用者が明確に認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池を組み込んだ電力システムの構成を示す図である。
【図２】表示画面の表示状況を示す図である。
【図３】別実施形態の電力システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態を組み込んだ電力システムの構成を示す図である。
当該電力システムは、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態、及び、例えば、停電のように電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態、それぞれの状態において、対応した負荷装置へ、燃料電池発電システムからの電力供給が行えるように構成されている。
【００２３】
燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置１０と、燃料電池発電装置１０を制御する制御装置２０と、燃料電池発電システムに係る情報を出力する出力装置３０と、熱回収装置４０と、を備える。
【００２４】
燃料電池発電装置１０は、燃料電池部１１及び電力変換部１２を有する。
燃料電池部１１は、水素などの燃料ガスが供給されるアノードと酸素が供給されるカソードとを有するセルが複数個積層されたセルスタックを有して構成される。燃料電池部１１は、固体高分子形のセルや固体酸化物形のセルなど、様々なタイプのセルを用いて構成することができる。また、燃料電池部１１は、炭化水素やアルコールの水蒸気改質によって燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置を併せて備えていることもある。
【００２５】
燃料電池部１１で発生された電力は、インバータなどの電力変換部１２を介して連系電力線５及び自立電力線６の何れか一方に出力される。
燃料電池部１１から連系電力線５に発電電力が供給されている状態は、燃料電池発電装置１０が連系運転を行っている状態であると言える。これに対して、燃料電池部１１から自立電力線６に発電電力が供給されている状態は、燃料電池発電装置１０が自立運転を行っている状態であると言える。
【００２６】
連系電力線５は、電力系統１に接続される交流線２に対して接続され、その交流線２は自動電源切替器３に接続されている。
また、自立電力線６は、上記交流線２とは別に、自動電源切替器３に接続されている。
【００２７】
自動電源切替器３は、熱回収装置４０にとっての電力供給元を、交流線２を介して供給される電力、及び、自立電力線６を介して供給される電力の何れかに自動的に切り替えるように動作する。従って、連係運転時には、熱回収装置４０が電力系統１及び燃料電池発電装置１０に接続される状態に切り替えられ、自立運転時には、熱回収装置４０が燃料電池発電装置１０に接続される。
【００２８】
因みに、交流線２には、一般電力負荷装置４が接続されている。
また、自立電力線６には、燃料電池発電装置１０からの電力の供給を受けることができ且つ消費電力が可変であるヒータ（調整用負荷装置の一例）５０が給電線６１を介して接続されている。ヒータ５０は、最大消費電力が、前記燃料電池発電装置１０の定格出力（又は、自立運転時の最大出力）と同じ値に設定してあり、電力消費に伴う発熱は、熱回収装置４０に回収できるように構成されている。
尚、熱回収装置４０は、ヒータ５０の排熱の他、燃料電池発電装置１０の排熱も回収するように構成されている。
【００２９】
また、自立電力線６には、ヒータ５０とは別に、複数の自立用負荷装置９を接続できるコンセント（自立用電気端子に相当）７が給電線６２を介して接続されている。
尚、給電線６２には、開閉器８が介在させてある。
【００３０】
また、前記コンセント７に接続された自立用負荷装置９の消費電力を検出する消費電力検出手段１４が設けてあり、この消費電力検出手段１４で検出された自立用負荷装置９の消費電力量は、制御装置２０に入力される。
【００３１】
制御装置２０は、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態になると交流線２に燃料電池部１１の発電電力を出力する連系運転を行い、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態になると電力系統１から電気的に切り離された自立電力線６に燃料電池部１１の発電電力を出力する自立運転を行う切替処理を実施する。
【００３２】
尚、制御装置２０は、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われる正常状態であるか、或いは、電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われない異常状態であるかを、電力監視部１３の監視結果に基づいて判定する。
例えば、電力監視部１３は、電力系統１と電気的に接続されている交流線２での電力の電圧を検出する。そして、制御装置２０は、検出された電圧値が設定下限電圧以上であれば電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われている正常状態であると判定し、検出された電圧値が設定下限電圧未満であれば電力系統１から交流線２への電力供給が正常に行われていない異常状態であると判定する。
【００３３】
また、制御装置２０は、燃料電池発電装置１０が自立運転を行っている間、燃料電池発電装置１０から自立電力線６に一定電力を供給させ、消費電力検出手段１４で検出される消費電力と、ヒータ５０の消費電力との和が、燃料電池発電装置１０から自立電力線６に供給される前記一定電力と等しくなるように、ヒータ５０の消費電力を調整する。
因みに、一定電力は、変更できない値として設定される電力量に限らず、例えば、燃料電池発電装置１０の定格出力としたり、又は、定格出力に低減率を加味した値としたり、適宜、設定変更できる電力量であってもよい。
【００３４】
また、制御装置２０においては、前記一定電力から消費電力検出手段１４で検出される消費電力を減算して余裕電力の値を導出することができる。そして、導出された余裕電力の値は、出力装置３０の表示画面３１に文字情報として表示される（図２参照）。
出力装置３０は、表示画面３１に、余裕電力の情報の他、燃料電池発電装置１０の運転モード、発電電力、消費電力等の文字情報も表示できるように構成されている。
従って、使用者は、表示画面３１の余裕電力の情報を見ることで、新たにコンセント７に接続できる自立用負荷装置９の消費電力の上限を知ることができる。その結果、接続する自立用負荷装置９の適切な選択が可能になり、燃料電池発電装置１０が過負荷状態に陥るのを未然に防止することができる。
【００３５】
尚、出力装置３０は、表示画面３１と、スピーカ３２とを備えており、表示画面３１への視覚情報の表示に加えて、スピーカ３２を使用した聴覚情報の提供も可能に構成されている。
一例としては、制御装置２０において、導出された余裕電力が、所定値未満になったときに、表示画面３１に『電力の余裕無し』等の警告文字を表示すると共の、スピーカ３２から、警告音を発し、使用者への注意喚起を行うことが可能となる。
【００３６】
当該実施形態の燃料電池発電システムによれば、燃料電池発電装置１０のメリットを有効に利用できながら、自立運転時には、燃料電池発電装置１０の高出力状態を維持させておけるから、コンセント７に接続される自立用負荷装置９に対して、速やかに電力供給することが可能となる。
しかも、出力装置３０に前記余裕電力の表示や、余裕電力が少ない時には注意喚起が実施できるから、燃料電池発電装置１０が過負荷状態に陥るのを未然に防止し易くなる。
【００３７】
〔別実施形態〕
〈１〉  上記実施形態では、燃料電池発電システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、調整用負荷装置５０は、先の実施形態で説明したヒータに限るものではなく、他の負荷装置で構成してあってもよい。
また、調整用負荷装置５０は、図３に示すように、熱回収装置４０の一部に組み込んだ構成であってもよい。
また、燃料電池発電装置１０には、前記自動電源切替器３や、開閉器８や、電力監視部１３や、制御装置２０や、調整用負荷装置５０のうちの一部、又は、全てを統合した形態をとることも可能である。
【００３８】
〈２〉  出力装置３０は、先の実施形態で説明した構成に限るものではなく、例えば、スピーカ３２を備えていないものであってもよい。
また、表示画面３１への表示情報に関しては、先の実施形態で説明した文字情報に限るものではなく、記号や画像情報であってもよい。
また、表示画面３１への表示は、余裕電力が所定値未満になった注意喚起情報を省略することも可能である。
また、出力装置３０において、前記注意喚起動作を行う場合であっても、先の実施形態で説明した方法以外にも、適宜変更することが可能である。
例えば、表示画面３１の表示色を変えて注意喚起したり、点滅させて注意喚起するものであってもよい。
即ち、出力装置３０によって出力する情報は、例えば、画面への文字や画像等の表示や、音響装置への音声やその他の音の出力や、無線通信端末への情報出力や、他の公知の出力手段を使用した情報であってもよく、それらを含めて情報と総称する。
【００３９】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、燃料電池発電装置の過負荷状態を抑制可能な燃料電池発電システムに利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１      電力系統
２      交流線
６      自立電力線
７      自立用電気端子
９      自立用負荷装置
１０    燃料電池発電装置
１１    燃料電池部
１４    消費電力検出手段
２０    制御装置
３０    出力装置
３１    表示画面
５０    ヒータ（調整用負荷装置の一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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