JP2004112871A - 無停電電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池の発電に必要なガスを供給するためのガスボンベの交換が不要で、燃料電池に供給するガスを自動的に充填し、交流電源のバックアップを確実に行うこと。
【解決手段】交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池を含み、交流電源１の故障、または整流装置２の故障、または電力蓄積装置３の電圧低下時に前記燃料電池を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４とを具備し、インバータ４の出力または、整流装置２の出力を負荷（５，１５）に供給する。
【選択図】 図１０
【解決手段】交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池を含み、交流電源１の故障、または整流装置２の故障、または電力蓄積装置３の電圧低下時に前記燃料電池を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４とを具備し、インバータ４の出力または、整流装置２の出力を負荷（５，１５）に供給する。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の故障にかかわらず負荷への電力供給を継続する無停電電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源システムとしては、例えば、負荷が交流負荷である場合には、交流電源に整流装置が接続され、その整流装置の出力端に電力蓄積装置およびインバータが接続されると共に、インバータ出力端に交流負荷が接続されるように構成されている。
また、負荷が直流負荷である場合には、上記無停電電源システムからインバータを除いた構成となる。
【０００３】
上述した従来の無停電電源システムにおいて、交流電源が故障した場合の交流電力の供給時間いわゆるバックアップ時間は電力蓄積装置の容量に依存しており、バックアップ時間を長くしようとすると電力蓄積装置の容量を大きくしなければならない。
ただし、電力蓄積装置３の容量を大きくするには、かなり大形の二次電池やコンデンサを採用する必要があり、システムの大形化・重量化を招くという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決するために、バックアップ用電源として燃料電池を使用した無停電電源システムが提案されている。このような無停電電源システムの構成例を図１５に示す。同図において、無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２の出力端に接続された電力蓄積装置３と、運転信号を受けることにより起動して直流電圧を出力する燃料電池１０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池１０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の出力電圧、または燃料電池の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４と、交流電源１の故障を検出し、その検出時に燃料電池１０に対する運転信号を出力する検出器１２とを有し、インバータ４の出力を交流負荷５に供給する。１１は、燃料電池１０に水素ガスを供給する、水素ガスが充填されたガスボンベである。
【０００５】
また、バックアップ用電源として燃料電池を使用した無停電電源システムの他の構成例を図１６に示す。同図に示す無停電電源システムは、検出器１２により電力蓄積装置３の電圧低下を検出し、その検出時に燃料電池１０に対する運転信号を出力し、交流電源１をバックアップするように構成したものであり、他の構成は図１４に示した無停電電源システムと同一である。
【０００６】
上述した燃料電池を使用した従来の交流電源システムにあっては、燃料電池の発電動作に伴い、水素ガスが充填されたガスボンベ中の水素ガスの残量が減少するので、ガスボンベ中の水素ガスの残量を監視する必要が有り、また、ガスボンベ中の水素ガスの残量が燃料電池の発電に不足する状態になった際にガスボンベを交換する必要があり、メインテナンスが必要となるという問題が有った。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電に必要なガスを供給するためのガスボンベの交換が不要で、燃料電池に供給するガスを自動的に充填し、交流電源のバックアップを確実に行うことができる無停電電源システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、交流電源の電圧を直流電圧に変換する整流装置と、この整流装置に接続された電力蓄積装置と、燃料電池を含み、前記交流電源の故障、または整流装置の故障、または前記電力蓄積装置の電圧低下時に前記燃料電池を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システムと、前記整流装置、前記電力蓄積装置、および前記燃料電池システムに接続され、整流装置の出力電圧、または電力蓄積装置の電圧、または燃料電池システムの出力電圧を交流電力に変換するインバータとを具備し、前記インバータの出力または、前記整流装置の出力を負荷に供給することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、前記燃料電池システムは、水素を発生する水素発生部と、該水素発生部より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部と、該燃料蓄積部から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部と、前記交流電源の故障、整流装置の故障、前記電力蓄積装置の電圧低下、及び前記燃料蓄積部の圧力低下のいずれかの状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出出力を取り込み、該検出出力に基づいて前記燃料電池部及び前記水素発生部の運転状態を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無停電電源システムにおいて、前記制御手段は、前記状態検出手段により前記交流電源の故障、整流装置の故障及び前記電力蓄積装置の電圧低下のいずれかの状態が検出された際に前記燃料電池部を起動し、交流電源の復旧時もしくは整流装置の故障回復時もしくは前記燃料蓄積部の圧力低下時に前記燃料電池部の運転を停止することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の無停電電源システムにおいて、前記制御手段は、前記交流電源が運転されている場合において前記状態検出手段により前記燃料蓄積部の圧力低下が検出された際に前記水素発生部を起動し、前記燃料蓄積部に水素ガスが満充填された際に前記水素発生部の運転を停止するように制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の第１実施の形態に係る無停電電源システムの構成を図１に示す。同図において、第１実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４と、交流電源１の故障（停電）を検出する検出器１２とを有している。
【００１３】
また、燃料電池システム２０は、図２に示すように、水素を発生する水素発生部２００と、水素発生部２００より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部２０１と、燃料蓄積部２０１から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部２０２とを有している。燃料電池システム２０は、さらに、後述するように、各種検出器及びシステム制御部を有するが、ここでは省略してある。
【００１４】
上記構成からなる第１実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図３を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００１５】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断でインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、交流負荷５の運転を継続することができる。
【００１６】
また、交流電源１の故障は検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４に供給される。インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００１７】
燃料電池システム２０は、検出器１２により交流電源１の故障（停電）状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作する。
【００１８】
第１実施形態に係る無停電電源システムによれば、燃料電池システム２０は、交流電源１が正常動作している場合には、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態に係る無停電電源システムの構成を図４に示す。第２実施形態に係る無停電電源システムが第１実施の形態に係る無停電電源システムと構成上、異なるのは、検出器１２が電力蓄積装置３に接続されており、燃料電池システム２０が検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動するように構成した点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００２０】
上記構成からなる第２実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図５を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００２１】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断でインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、交流負荷５の運転を継続するごとができる。
【００２２】
電力蓄積装置３の放電が進んで電圧Ｖ１が所定値以下に低下すると、その状態が検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４に供給される。インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００２３】
燃料電池システム２０は、検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは整流装置２の故障回復時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作するのは第１実施の形態に係る無停電電源システムと同様である。
【００２４】
第２実施形態に係る無停電電源システムによれば、第１実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００２５】
次に、本発明の第３実施形態に係る無停電電源システムの構成を図６に示す。同図において、第３実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、交流電源１の故障（停電）を検出する検出器１２とを有している。
直流負荷１５は、整流装置２、電力蓄積装３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧のいずれかから直流電圧の供給を受けることができるようになっている。
【００２６】
燃料電池システムの構成は、第１、第２実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。上記構成からなる第３実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図７を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧が直流負荷１５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００２７】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５の運転を継続することができる。
【００２８】
また、交流電源１の故障は検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介して直流負荷１５に供給される。
【００２９】
燃料電池システム２０は、既述したように検出器１２により交流電源１の故障（停電）状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作する。
【００３０】
第３実施形態に係る無停電電源システムによれば、燃料電池システム２０は、交流電源１が正常動作している場合には、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００３１】
次に、本発明の第４実施形態に係る無停電電源システムの構成を図８に示す。第４実施形態に係る無停電電源システムが第３実施の形態に係る無停電電源システムと構成上、異なるのは、検出器１２が電力蓄積装置３に接続されており、燃料電池システム２０が検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池システム２０における燃料電池部２０２を起動するように構成した点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３２】
上記構成からなる第４実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図９を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧が直流負荷１５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００３３】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５の運転を継続するごとができる。
【００３４】
電力蓄積装置３の放電が進んで電圧Ｖ１が所定値以下に低下すると、その状態が検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介して直流負荷１５に供給される。
【００３５】
燃料電池システム２０は、検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは整流装置２の故障回復時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作するのは第１〜第３実施形態に係る無停電電源システムと同様である。
【００３６】
第４実施形態に係る無停電電源システムによれば、第３実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００３７】
次に、本発明の第５実施形態に係る無停電電源システムの構成を図１０に示す。第５実施形態では、電源の負荷として、交流負荷５と直流負荷１５の両者が有る場合であり、各部の状態を検出する各種検出器は、燃料電池システムに含まれるものとする。
また、第５実施形態では、交流電源１または整流装置２が故障した際に燃料電池システム２０における燃料電池部２０２を起動するように構成されている。なお、第１乃至第４実施形態に係る無停電電源システムと同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００３８】
図１０において、第５実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４とを有している。
【００３９】
また、燃料電池システム２０は、水素を発生する水素発生部２００と、水素発生部２００より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部２０１と、燃料蓄積部２０１から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部２０２と、水素発生部２００及び燃料電池部２０２の駆動制御を行うシステム制御部２１０と、交流電源１の故障（停電）を検出する停電検出器２１１と、整流器２の故障を検出する出力電圧検出器２１２と、燃料蓄積部２０１のガス圧を検出するガス圧センサ２１３とを有している。
【００４０】
上記構成からなる第５実施形態に係る無停電電源システムの動作を図１１を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換され、直流負荷１５に供給される。また、整流装置２の出力である直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００４１】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合、または整流装置２が故障し、整流装置２の出力電圧が低下した場合には、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５及びインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５及び交流負荷５の運転を継続することができる。
【００４２】
また、交流電源１の故障は停電検出器２１１により、また整流装置２の故障は出力電圧検出器２１２で検出される。これらの検出器２１１、２１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０におけるシステム制御部２１０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４及び直流負荷１５に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００４３】
次に、上述した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システム２０の具体的動作を図１２乃至図１４のフローチャートを参照して説明する。この制御動作はシステム制御部２１０により行われるものである。
図１２において、通常時には（ステップ１００）、商用電源を受電中であるか否か、すなわち、交流電源１が停電したか否かが、停電検出器２１１の検出出力に基づいて判定され（ステップ１０１）、停電していると判定された場合には停電モードに移行する（ステップ２００）。
【００４４】
他方、ステップ１０１において商用電源を受電中であると判定した場合には、整流装置２が故障しているか否か、すなわち出力電圧が低下したか否かが出力電圧検出器２１２に基づいて判定される（ステップ１０２）。ステップ１０２の判定が肯定された場合には整流装置故障モードに移行する（ステップ３００）。
また、ステップ１０２の判定が否定された場合には、燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定され、ガス圧が所定値以下に低下している場合には、ガス充填モードに移行する（ステップ４００）。ステップ１０３の判定が否定された場合にはステップ１００に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００４５】
次に、停電モードの動作について説明する。停電モードになると（ステップ２００）、燃料電池部２０２が起動され（ステップ２０１）、次いで商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ２０２）。ステップ２０２の判定が否定された場合にはガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定される（ステップ２０３）。ステップ２０３の判定が否定された場合に処理はステップ２０２に戻る。
【００４６】
また、ステップ２０３の判定が肯定された場合には、燃料電池部２０４の運転を停止し（ステップ２０４）、次いで、商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ２０５）。ステップ２０５の判定が肯定された場合、すなわち交流電源１が復電した場合には通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
ステップ２０２の判定が肯定された場合には、出力電圧検出器２１２に基づいて整流装置２が故障しているか否かが判定される（ステップ２０６）。ステップ２０６の判定が肯定された場合には、整流装置故障モードに移行する（ステップ３００）。
【００４７】
また、ステップ２０６の判定が否定された場合、すなわち、交流電源１が復電し、かつ整流装置２が故障していない場合には、燃料電池部２０２の運転を停止し（ステップ２０７）、通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
次に、整流装置故障モードの動作について図１３を参照して説明する。整流装置故障モード、すなわち、整流装置２が故障状態になると（ステップ３００）、燃料電池部２０２を起動し（ステップ３０１）、次いで、商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ３０２）。ステップ３０２の判定が否定された場合には停電モードに移行する（ステップ２００）。
【００４８】
ステップ３０２の判定が肯定された場合、すなわち、交流電源１が復電した場合には、整流装置２が故障中であるか否かが判定され（ステップ３０３）、整流装置２が正常動作するようになった場合には、燃料電池部２０２の運転を停止し（ステップ３１０）、通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
また、ステップ３０３の判定が肯定された場合、すなわち、商用電源を受電中で、かつ整流装置２が故障中である場合には、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定される（ステップ３０４）。ステップ３０４の判定が否定された場合にはステップ３０２に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００４９】
また、ステップ３０４の判定が肯定された場合には、水素発生部２００を起動し（ステップ３０５）、次いで商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ３０６）。ステップ３０６の判定が否定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３１１）、停電モードに移行する（ステップ２００）。
ステップ３０６の判定が肯定された場合には、整流装置２が故障中であるか否かが判定される（ステップ３０７）。
ステップ３０７の判定が否定された場合、すなわち、商用電源を受電中であり、かつ整流装置２が正常動作していると判定された場合には、燃料電池部２０２及び水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３１２）、通常時の動作に移行する（ステップ１００）。
【００５０】
一方、ステップ３０７の判定が否定された場合には、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１に水素発生部２００より供給される水素ガスが満充填されたか否かが判定される（ステップ３０８）。ステップ３０８の判定が否定された場合には、ステップ３０６に戻り、既述した処理を繰り返す。
また、ステップ３０８の判定が肯定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３０９）、ステップ３０２に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００５１】
次に、ガス充填モードについて図１４を参照して説明する。ガス充填モードになると（ステップ４００）、水素発生部２００を起動し（ステップ４０１）、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１に水素ガスが満充填されたか否かが判定される（ステップ４０２）。ステップ４０２の判定が肯定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ４０３）、通常時の動作に移行する（ステップ１００）。
【００５２】
以上に説明したように、第５実施形態に係る無停電電源システムによれば、第１〜第４実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る無停電電源システムによれば、燃料電池をバックアップ電源として使用するに際し、燃料電池を含む燃料電池システムにより燃料蓄積部に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの概略構成を示すブロック図。
【図３】図１に示した第１実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図５】図４に示した第２実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図７】図６に示した第３実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図９】図８に示した第４実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図１２】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１３】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１４】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１５】従来の燃料電池を使用した無停電電源システムの構成の一例を示すブロック図。
【図１６】従来の燃料電池を使用した無停電電源システムの構成の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】１…交流電源、２…整流装置、３…電力蓄積装置、４…インバータ、５…交流負荷、１３…ダイオード、２０…燃料電池システム、２００…水素発生部、２０１…燃料蓄積部、２０２…燃料電池部、２１０…システム制御部、２１１…停電検出器、２１２…出力電圧検出器、２１３…ガス圧センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の故障にかかわらず負荷への電力供給を継続する無停電電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源システムとしては、例えば、負荷が交流負荷である場合には、交流電源に整流装置が接続され、その整流装置の出力端に電力蓄積装置およびインバータが接続されると共に、インバータ出力端に交流負荷が接続されるように構成されている。
また、負荷が直流負荷である場合には、上記無停電電源システムからインバータを除いた構成となる。
【０００３】
上述した従来の無停電電源システムにおいて、交流電源が故障した場合の交流電力の供給時間いわゆるバックアップ時間は電力蓄積装置の容量に依存しており、バックアップ時間を長くしようとすると電力蓄積装置の容量を大きくしなければならない。
ただし、電力蓄積装置３の容量を大きくするには、かなり大形の二次電池やコンデンサを採用する必要があり、システムの大形化・重量化を招くという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決するために、バックアップ用電源として燃料電池を使用した無停電電源システムが提案されている。このような無停電電源システムの構成例を図１５に示す。同図において、無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２の出力端に接続された電力蓄積装置３と、運転信号を受けることにより起動して直流電圧を出力する燃料電池１０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池１０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の出力電圧、または燃料電池の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４と、交流電源１の故障を検出し、その検出時に燃料電池１０に対する運転信号を出力する検出器１２とを有し、インバータ４の出力を交流負荷５に供給する。１１は、燃料電池１０に水素ガスを供給する、水素ガスが充填されたガスボンベである。
【０００５】
また、バックアップ用電源として燃料電池を使用した無停電電源システムの他の構成例を図１６に示す。同図に示す無停電電源システムは、検出器１２により電力蓄積装置３の電圧低下を検出し、その検出時に燃料電池１０に対する運転信号を出力し、交流電源１をバックアップするように構成したものであり、他の構成は図１４に示した無停電電源システムと同一である。
【０００６】
上述した燃料電池を使用した従来の交流電源システムにあっては、燃料電池の発電動作に伴い、水素ガスが充填されたガスボンベ中の水素ガスの残量が減少するので、ガスボンベ中の水素ガスの残量を監視する必要が有り、また、ガスボンベ中の水素ガスの残量が燃料電池の発電に不足する状態になった際にガスボンベを交換する必要があり、メインテナンスが必要となるという問題が有った。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電に必要なガスを供給するためのガスボンベの交換が不要で、燃料電池に供給するガスを自動的に充填し、交流電源のバックアップを確実に行うことができる無停電電源システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、交流電源の電圧を直流電圧に変換する整流装置と、この整流装置に接続された電力蓄積装置と、燃料電池を含み、前記交流電源の故障、または整流装置の故障、または前記電力蓄積装置の電圧低下時に前記燃料電池を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システムと、前記整流装置、前記電力蓄積装置、および前記燃料電池システムに接続され、整流装置の出力電圧、または電力蓄積装置の電圧、または燃料電池システムの出力電圧を交流電力に変換するインバータとを具備し、前記インバータの出力または、前記整流装置の出力を負荷に供給することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、前記燃料電池システムは、水素を発生する水素発生部と、該水素発生部より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部と、該燃料蓄積部から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部と、前記交流電源の故障、整流装置の故障、前記電力蓄積装置の電圧低下、及び前記燃料蓄積部の圧力低下のいずれかの状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出出力を取り込み、該検出出力に基づいて前記燃料電池部及び前記水素発生部の運転状態を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無停電電源システムにおいて、前記制御手段は、前記状態検出手段により前記交流電源の故障、整流装置の故障及び前記電力蓄積装置の電圧低下のいずれかの状態が検出された際に前記燃料電池部を起動し、交流電源の復旧時もしくは整流装置の故障回復時もしくは前記燃料蓄積部の圧力低下時に前記燃料電池部の運転を停止することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の無停電電源システムにおいて、前記制御手段は、前記交流電源が運転されている場合において前記状態検出手段により前記燃料蓄積部の圧力低下が検出された際に前記水素発生部を起動し、前記燃料蓄積部に水素ガスが満充填された際に前記水素発生部の運転を停止するように制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の第１実施の形態に係る無停電電源システムの構成を図１に示す。同図において、第１実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４と、交流電源１の故障（停電）を検出する検出器１２とを有している。
【００１３】
また、燃料電池システム２０は、図２に示すように、水素を発生する水素発生部２００と、水素発生部２００より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部２０１と、燃料蓄積部２０１から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部２０２とを有している。燃料電池システム２０は、さらに、後述するように、各種検出器及びシステム制御部を有するが、ここでは省略してある。
【００１４】
上記構成からなる第１実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図３を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００１５】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断でインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、交流負荷５の運転を継続することができる。
【００１６】
また、交流電源１の故障は検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４に供給される。インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００１７】
燃料電池システム２０は、検出器１２により交流電源１の故障（停電）状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作する。
【００１８】
第１実施形態に係る無停電電源システムによれば、燃料電池システム２０は、交流電源１が正常動作している場合には、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態に係る無停電電源システムの構成を図４に示す。第２実施形態に係る無停電電源システムが第１実施の形態に係る無停電電源システムと構成上、異なるのは、検出器１２が電力蓄積装置３に接続されており、燃料電池システム２０が検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動するように構成した点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００２０】
上記構成からなる第２実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図５を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００２１】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断でインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、交流負荷５の運転を継続するごとができる。
【００２２】
電力蓄積装置３の放電が進んで電圧Ｖ１が所定値以下に低下すると、その状態が検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４に供給される。インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００２３】
燃料電池システム２０は、検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは整流装置２の故障回復時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作するのは第１実施の形態に係る無停電電源システムと同様である。
【００２４】
第２実施形態に係る無停電電源システムによれば、第１実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００２５】
次に、本発明の第３実施形態に係る無停電電源システムの構成を図６に示す。同図において、第３実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、交流電源１の故障（停電）を検出する検出器１２とを有している。
直流負荷１５は、整流装置２、電力蓄積装３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧のいずれかから直流電圧の供給を受けることができるようになっている。
【００２６】
燃料電池システムの構成は、第１、第２実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。上記構成からなる第３実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図７を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧が直流負荷１５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００２７】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５の運転を継続することができる。
【００２８】
また、交流電源１の故障は検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介して直流負荷１５に供給される。
【００２９】
燃料電池システム２０は、既述したように検出器１２により交流電源１の故障（停電）状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作する。
【００３０】
第３実施形態に係る無停電電源システムによれば、燃料電池システム２０は、交流電源１が正常動作している場合には、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００３１】
次に、本発明の第４実施形態に係る無停電電源システムの構成を図８に示す。第４実施形態に係る無停電電源システムが第３実施の形態に係る無停電電源システムと構成上、異なるのは、検出器１２が電力蓄積装置３に接続されており、燃料電池システム２０が検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池システム２０における燃料電池部２０２を起動するように構成した点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【００３２】
上記構成からなる第４実施形態に係る無停電電源システムの動作を、図９を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換される。この直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧が直流負荷１５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００３３】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合は、整流装置２の出力電圧が零となる。整流装置２の出力電圧が零になると、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５の運転を継続するごとができる。
【００３４】
電力蓄積装置３の放電が進んで電圧Ｖ１が所定値以下に低下すると、その状態が検出器１２で検出される。この検出器１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介して直流負荷１５に供給される。
【００３５】
燃料電池システム２０は、検出器１２により電力蓄積装置３の出力電圧が低下した状態が検出された際に燃料電池部２０２を起動し、交流電源１の復旧時もしくは整流装置２の故障回復時もしくは燃料蓄積部２０１の圧力低下時に燃料電池部２０２の運転を停止するように動作する。
また、燃料電池システム２０は、交流電源１が運転されている場合において図２に示していない検出器により燃料蓄積部２０２の圧力低下が検出された際に水素発生部２００を起動し、燃料蓄積部２０１に水素ガスが供給し、満充填された際に水素発生部２００の運転を停止するように動作するのは第１〜第３実施形態に係る無停電電源システムと同様である。
【００３６】
第４実施形態に係る無停電電源システムによれば、第３実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００３７】
次に、本発明の第５実施形態に係る無停電電源システムの構成を図１０に示す。第５実施形態では、電源の負荷として、交流負荷５と直流負荷１５の両者が有る場合であり、各部の状態を検出する各種検出器は、燃料電池システムに含まれるものとする。
また、第５実施形態では、交流電源１または整流装置２が故障した際に燃料電池システム２０における燃料電池部２０２を起動するように構成されている。なお、第１乃至第４実施形態に係る無停電電源システムと同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００３８】
図１０において、第５実施形態に係る無停電電源システムは、交流電源１の電圧を直流電圧に変換する整流装置２と、整流装置２に接続された電力蓄積装置３と、燃料電池部を含み、交流電源１の故障時に燃料電池部を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システム２０と、整流装置２、電力蓄積装置３、および燃料電池システム２０に接続され、整流装置２の出力電圧、または電力蓄積装置３の電圧、または燃料電池システム２０の出力電圧を交流電力に変換するインバータ４とを有している。
【００３９】
また、燃料電池システム２０は、水素を発生する水素発生部２００と、水素発生部２００より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部２０１と、燃料蓄積部２０１から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池部２０２と、水素発生部２００及び燃料電池部２０２の駆動制御を行うシステム制御部２１０と、交流電源１の故障（停電）を検出する停電検出器２１１と、整流器２の故障を検出する出力電圧検出器２１２と、燃料蓄積部２０１のガス圧を検出するガス圧センサ２１３とを有している。
【００４０】
上記構成からなる第５実施形態に係る無停電電源システムの動作を図１１を参照して説明する。交流電源１が正常な場合、交流電源１の電圧が整流装置２で直流電圧に変換され、直流負荷１５に供給される。また、整流装置２の出力である直流電圧により電力蓄積装置３がフロート充電されるとともに、同直流電圧がインバータ４に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。Ｖ１は電力蓄積装置３の電圧である。
【００４１】
交流電源１に停電（瞬時停電を含む）等の故障が発生した場合、または整流装置２が故障し、整流装置２の出力電圧が低下した場合には、電力蓄積装置３が放電し、その放電電圧（直流電圧）が無瞬断で直流負荷１５及びインバータ４に供給される。インバータ４に供給された放電電圧はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。これにより、交流電源１の故障にかかわらず、直流負荷１５及び交流負荷５の運転を継続することができる。
【００４２】
また、交流電源１の故障は停電検出器２１１により、また整流装置２の故障は出力電圧検出器２１２で検出される。これらの検出器２１１、２１２の検出出力に基づいて燃料電池システム２０におけるシステム制御部２１０は、燃料電池部２０２を起動し、起動に要する一定時間が経過した後、燃料電池システム２０から直流電圧Ｖ２が出力される。
この直流電圧Ｖ２は電力蓄積装置３の電圧Ｖ１より高く、したがってその直流電圧Ｖ２がダイオード１３を介してインバータ４及び直流負荷１５に供給される。
インバータ４に供給された直流電圧Ｖ２はそこで所定周波数の交流電圧いわゆる高信頼・高品質の交流電力に変換され、交流負荷５に供給される。
【００４３】
次に、上述した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システム２０の具体的動作を図１２乃至図１４のフローチャートを参照して説明する。この制御動作はシステム制御部２１０により行われるものである。
図１２において、通常時には（ステップ１００）、商用電源を受電中であるか否か、すなわち、交流電源１が停電したか否かが、停電検出器２１１の検出出力に基づいて判定され（ステップ１０１）、停電していると判定された場合には停電モードに移行する（ステップ２００）。
【００４４】
他方、ステップ１０１において商用電源を受電中であると判定した場合には、整流装置２が故障しているか否か、すなわち出力電圧が低下したか否かが出力電圧検出器２１２に基づいて判定される（ステップ１０２）。ステップ１０２の判定が肯定された場合には整流装置故障モードに移行する（ステップ３００）。
また、ステップ１０２の判定が否定された場合には、燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定され、ガス圧が所定値以下に低下している場合には、ガス充填モードに移行する（ステップ４００）。ステップ１０３の判定が否定された場合にはステップ１００に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００４５】
次に、停電モードの動作について説明する。停電モードになると（ステップ２００）、燃料電池部２０２が起動され（ステップ２０１）、次いで商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ２０２）。ステップ２０２の判定が否定された場合にはガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定される（ステップ２０３）。ステップ２０３の判定が否定された場合に処理はステップ２０２に戻る。
【００４６】
また、ステップ２０３の判定が肯定された場合には、燃料電池部２０４の運転を停止し（ステップ２０４）、次いで、商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ２０５）。ステップ２０５の判定が肯定された場合、すなわち交流電源１が復電した場合には通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
ステップ２０２の判定が肯定された場合には、出力電圧検出器２１２に基づいて整流装置２が故障しているか否かが判定される（ステップ２０６）。ステップ２０６の判定が肯定された場合には、整流装置故障モードに移行する（ステップ３００）。
【００４７】
また、ステップ２０６の判定が否定された場合、すなわち、交流電源１が復電し、かつ整流装置２が故障していない場合には、燃料電池部２０２の運転を停止し（ステップ２０７）、通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
次に、整流装置故障モードの動作について図１３を参照して説明する。整流装置故障モード、すなわち、整流装置２が故障状態になると（ステップ３００）、燃料電池部２０２を起動し（ステップ３０１）、次いで、商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ３０２）。ステップ３０２の判定が否定された場合には停電モードに移行する（ステップ２００）。
【００４８】
ステップ３０２の判定が肯定された場合、すなわち、交流電源１が復電した場合には、整流装置２が故障中であるか否かが判定され（ステップ３０３）、整流装置２が正常動作するようになった場合には、燃料電池部２０２の運転を停止し（ステップ３１０）、通常時の動作に戻る（ステップ１００）。
また、ステップ３０３の判定が肯定された場合、すなわち、商用電源を受電中で、かつ整流装置２が故障中である場合には、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１のガス圧が低下したか否かが判定される（ステップ３０４）。ステップ３０４の判定が否定された場合にはステップ３０２に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００４９】
また、ステップ３０４の判定が肯定された場合には、水素発生部２００を起動し（ステップ３０５）、次いで商用電源を受電中であるか否かが判定される（ステップ３０６）。ステップ３０６の判定が否定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３１１）、停電モードに移行する（ステップ２００）。
ステップ３０６の判定が肯定された場合には、整流装置２が故障中であるか否かが判定される（ステップ３０７）。
ステップ３０７の判定が否定された場合、すなわち、商用電源を受電中であり、かつ整流装置２が正常動作していると判定された場合には、燃料電池部２０２及び水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３１２）、通常時の動作に移行する（ステップ１００）。
【００５０】
一方、ステップ３０７の判定が否定された場合には、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１に水素発生部２００より供給される水素ガスが満充填されたか否かが判定される（ステップ３０８）。ステップ３０８の判定が否定された場合には、ステップ３０６に戻り、既述した処理を繰り返す。
また、ステップ３０８の判定が肯定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ３０９）、ステップ３０２に戻り、既述した処理を繰り返す。
【００５１】
次に、ガス充填モードについて図１４を参照して説明する。ガス充填モードになると（ステップ４００）、水素発生部２００を起動し（ステップ４０１）、ガス圧センサ２１３の検出出力に基づいて燃料蓄積部２０１に水素ガスが満充填されたか否かが判定される（ステップ４０２）。ステップ４０２の判定が肯定された場合には、水素発生部２００の運転を停止し（ステップ４０３）、通常時の動作に移行する（ステップ１００）。
【００５２】
以上に説明したように、第５実施形態に係る無停電電源システムによれば、第１〜第４実施形態に係る無停電電源システムと同様に、燃料蓄積部２０１に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る無停電電源システムによれば、燃料電池をバックアップ電源として使用するに際し、燃料電池を含む燃料電池システムにより燃料蓄積部に水素ガスを自動的に満充填するように動作するので、従来の燃料電池を使用した無停電電源システムのように、燃料電池に供給するガスを蓄積するガスボンベを交換する必要がなく、メインテナンスが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの概略構成を示すブロック図。
【図３】図１に示した第１実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図５】図４に示した第２実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図７】図６に示した第３実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図９】図８に示した第４実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムの動作を示す波形図。
【図１２】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１３】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１４】図１０に示した第５実施形態に係る無停電電源システムにおける燃料電池システムの具体的動作を示すフローチャート。
【図１５】従来の燃料電池を使用した無停電電源システムの構成の一例を示すブロック図。
【図１６】従来の燃料電池を使用した無停電電源システムの構成の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】１…交流電源、２…整流装置、３…電力蓄積装置、４…インバータ、５…交流負荷、１３…ダイオード、２０…燃料電池システム、２００…水素発生部、２０１…燃料蓄積部、２０２…燃料電池部、２１０…システム制御部、２１１…停電検出器、２１２…出力電圧検出器、２１３…ガス圧センサ
Claims (4)
- 交流電源の電圧を直流電圧に変換する整流装置と、
この整流装置に接続された電力蓄積装置と、
燃料電池を含み、前記交流電源の故障、または整流装置の故障、または前記電力蓄積装置の電圧低下時に前記燃料電池を起動し、直流電圧を出力する燃料電池システムと、
前記整流装置、前記電力蓄積装置、および前記燃料電池システムに接続され、整流装置の出力電圧、または電力蓄積装置の電圧、または燃料電池システムの出力電圧を交流電力に変換するインバータと、
を具備し、前記インバータの出力または、前記整流装置の出力を負荷に供給することを特徴とする無停電電源システム。 - 前記燃料電池システムは、
水素を発生する水素発生部と、
該水素発生部より供給される水素ガスを蓄積する燃料蓄積部と、
該燃料蓄積部から供給された水素ガスの酸化反応により直流電圧を出力する燃料電池と、
前記交流電源の故障、整流装置の故障、前記電力蓄積装置の電圧低下、及び前記燃料蓄積部の圧力低下のいずれかの状態を検出する状態検出手段と、
該状態検出手段の検出出力を取り込み、該検出出力に基づいて前記燃料電池部及び前記水素発生部の運転状態を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。 - 前記制御手段は、前記状態検出手段により前記交流電源の故障、整流装置の故障及び前記電力蓄積装置の電圧低下のいずれかの状態が検出された際に前記燃料電池を起動し、交流電源の復旧時もしくは整流装置の故障回復時もしくは前記燃料蓄積部の圧力低下時に前記燃料電池の運転を停止することを特徴とする請求項２に記載の無停電電源システム。
- 前記制御手段は、前記交流電源が運転されている場合において前記状態検出手段により前記燃料蓄積部の圧力低下が検出された際に前記水素発生部を起動し、前記燃料蓄積部に水素ガスが満充填された際に前記水素発生部の運転を停止するように制御することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の無停電電源システム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002268744A JP2004112871A (ja) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | 無停電電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004112871A true JP2004112871A (ja) | 2004-04-08 |
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| JP2002268744A Pending JP2004112871A (ja) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | 無停電電源システム |
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| JP (1) | JP2004112871A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009238624A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Hitachi Ltd | 燃料電池システムおよびバックアップ電源システムとその制御方法 |
| JP2010218691A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | 燃料電池電源システムおよびその制御方法 |
| JP2015228745A (ja) * | 2014-06-02 | 2015-12-17 | エムケー精工株式会社 | 無停電電源装置 |
| JP2017515972A (ja) * | 2014-03-24 | 2017-06-15 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 電気分解装置への無停電電力供給 |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002268744A patent/JP2004112871A/ja active Pending
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