JP2006019036A - 非常用燃料電池発電装置の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池発電ユニットの発電性能を常に良好な状態に維持でき、且つ維持するための管理運転にメンテナンス要員等の費用を大幅に削減でき、且つメンテナンス要員の都合、天候等に左右されることがなく、一定期間間隔を持って燃料電池発電ユニットの管理運転ができる非常用燃料電池発電装置の管理方法を提供すること
【解決手段】燃料電池１１を有する燃料電池発電ユニットと、水素ガス容器を備え、商用電源２０の停電発生時に、該停電を検出し自動で燃料電池発電ユニットを起動し、発電した電力を対象とする重要負荷２２に供給する非常用燃料電池発電装置の管理方法において、燃料電池発電ユニットの発電履歴を記憶する発電履歴記憶手段を設け、所定の時間前記燃料電池発電ユニットの運転が行なわれた場合、予め設定された一定時間の燃料電池発電ユニットを運転する管理運転を実行し、燃料電池発電ユニットの発電性能を維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対する商用電源からの電力供給が停電等により停止された際、燃料電池発電ユニットを起動し発電した電力を重要負荷に供給する非常用燃料電池発電装置の管理方法に関するものである。

交通管理システム等に代表される重要電力負荷に対しては、その重要性から商用電源からの電力供給が停電などにより停止された際に、これに代って非常用電力を供給する非常用電力供給手段を備えている。これまでのこのよう非常用電力供給手段としてはディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備が使用されているが、ディーゼルエンジンなどの内燃機関を用いた発電設備では運転時に公害物質を排出することや、運転時の騒音値が大きい等の問題がある。

燃料電池は発電時に排出されるのは水と熱だけのクリーンな発電方式であり、且つ運転時の騒音も小さい等の特徴を有しており、近年の燃料電池開発の進歩と共に、非常用発電装置にこの燃料電池を用いることが提案され、その運用方法が検討されてきている。特に水素を燃料とする固体高分子形燃料電池は起動時間が短く迅速に起動できることから、最も非常用発電設備に適しているとして注目されている。

上記燃料電池を用いた非常用燃料電池発電装置において、長期間にわたり商用電源の停電が発生しない場合、燃料電池発電ユニットの運転も長期間にわたり実施されないため、この間に燃料電池スタックや加湿器が乾燥・劣化してしまい非常用電力を必要とする商用電源の停電時に発電電力が得られないという問題がある。

そこで、燃料電池発電ユニットの発電性能を維持するために、所定の間隔で一定時間燃料電池発電ユニットの管理運転を実施することが必要である。この管理運転を実施するために非常用燃料電池発電装置を設置している各サイトまでメンテナンス要員が出向き、管理運転用の電力負荷を当該非常用燃料電池発電装置に接続し、手動操作にて燃料電池発電ユニットの運転管理を実行しなければならない。また、管理運転用の電力負荷を非常用燃料電池発電システムに内蔵させた場合、非常用燃料電池発電装置のイニシャルコストの増大及び設置スペースが増大という問題があった。

非常用燃料電池発電装置には、夏期における装置筐体内温度の管理用（温調用）として、燃料電池発電ユニットが運転している際の排気／吸気用として運転することを本来の目的とする換気ファンが備えてある。また、冬期における装置筐体内の管理用（温調用）として運転することを本来の目的とするスペースヒータが備えてある。これまでは管理運転用として別途専用の電力負荷を用意しなければならなかったが、非常用燃料電池発電装置に付随するこれらの機器を管理運転用の電力負荷として利用することで、余計な設備を省くことができ、イニシャルコストの低減、設置スペースの低減を図ることができるが、従来そのような試みは為されていなかった。

また、管理運転中に商用電源の停電が発生した場合、非常用燃料電池発電装置は直ちに重要負荷に対して非常電力の供給を開始しなければならないが、管理タイマによるスケジュールで決められた管理運転を実行している場合、管理運転が終了するまで重要負荷に対する非常電力の供給ができずに、非常用電源としての機能を満足させることができないという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、燃料電池発電ユニットの発電性能を常に良好な状態に維持でき、且つ維持するための管理運転にメンテナンス要員等の費用を大幅に削減でき、且つメンテナンス要員の都合、天候等に左右されることがなく、一定期間間隔を持って燃料電池発電ユニットの管理運転ができる非常用燃料電池発電装置の管理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、燃料電池発電ユニットと、その燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電源の停電発生時に、該停電を検出し自動で前記燃料電池発電ユニットを起動し、発電した電力を対象とする負荷系統に供給する非常用燃料電池発電装置の管理方法において、前記燃料電池発電ユニットの発電履歴を記憶する発電履歴記憶手段を設け、所定の時間前記燃料電池発電ユニットの運転が行なわれた場合、予め設定された一定時間の燃料電池発電ユニットを運転する管理運転を実行し、前記燃料電池発電ユニットの発電性能を維持することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、前記管理運転が実施されたときに、それまで前記商用電源から電力を供給されていた装置に付随する電気負荷に対して、前記商用電源からの電力供給を停止し、前記燃料電池発電ユニットで発電した電力を供給することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、前記電気負荷は装置内の換気・温調を目的とした換気ファン及び／又はスペースヒータであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずか１項に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、前記管理運転中に前記商用電源からの電力供給停止を検知した場合には、実施中の該管理運転をキャンセルし、運転中の燃料電池発電ユニットを継続して運転し、発電した電力を前記負荷系統に供給することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずか１項に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、前記燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池発電ユニットの発電履歴を記憶する発電履歴記憶手段を設け、所定の時間燃料電池発電ユニットの運転が行なわれた場合、予め設定された一定時間の燃料電池発電ユニットを運転する管理運転を実行し、燃料電池発電ユニットの発電性能を維持するので、燃料電池発電ユニットの発電性能を常に良好な状態に維持でき、商用電源の停電時に燃料電池発電ユニットを運転し、負荷系統に非常用電源を供給できる。

請求項２、３に記載の発明によれば、管理運転が実施されたときに、それまで商用電源から電力を供給されていた装置に付随する電気負荷、例えば装置内の換気・温調を目的とした換気ファン及び／又はスペースヒータ等に対して、商用電源からの電力供給を停止し、燃料電池発電ユニットで発電した電力を供給するので、管理運転毎に管理運転用の電力負荷を装置に接続したり、装置内に管理運転用の電力負荷を内蔵させることなく、メンテナンス要員の労力軽減、イニシャルコストの低減が図れる。

請求項４に記載の発明によれば、管理運転中に商用電源からの電力供給停止を検知した場合には、実施中の該管理運転をキャンセルし、運転中の燃料電池発電ユニットを継続して運転し、発電した電力を負荷系統に供給するので、管理運転中に商用電源からの電力供給停止という非常状態になっても燃料電池発電ユニットで発電した電力を負荷系統に支障なく供給できる。

請求項５に記載の発明によれば、燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であるので、起動時間が短く、商用電力の供給停止時迅速に起動し電力を供給できる。

以下本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。

図１は本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図で、管理運転が実施されている場合を示す。非常用燃料電池発電装置１０は、燃料電池１１、制御盤１２、電力切替器１３、スペースヒータ１４、換気ファン１５、無停電電源装置（ＵＰＳ）１６、停電／復電検出部１７を備えている。停電／復電検出部１７は商用電源２０の停電／復電を検出するもので制御盤１２に内蔵されている。換気ファン１５は夏期における装置筐体内の温度調整用及び燃料電池１１が運転されている際の排気／吸気用として運転するものであり、スペースヒータ１４は冬期における装置筐体内温度調整用として運転するものである。なお、図示は省略するが非常用燃料電池発電装置１０には、燃料となる水素ガスを収容する水素ガス容器（水素ガスボンベ）、水素ガスを供給いる配管、各種作動弁等を有する。

制御盤１２は、運転モード選択（自動／断／手動）、燃料電池運転・停止制御、非常運転制御、換気・温調制御、警報停止制御等の選択及び制御ができるようなっている。停電／復電検出部１７は制御盤１２に停電／復電信号Ｓ１、制御盤１２は電力切替器１３に切替指令信号Ｓ２、燃料電池１１に運転／停止指令信号Ｓ３、スペースヒータ１４に運転／停止指令Ｓ４、換気ファン１５に運転／停止指令信号Ｓ５を夫々出力するようになっており、燃料電池１１から運転完了アンサ信号Ｓ６を受信するようになっている。

図１に図示するように、商用電源２０が給電中で非常用燃料電池発電装置１０の待機中では、商用電源２０から商用電力Ｐ１が分電盤２１、電力切替器１３の商用電力側１３ａ、分電盤２１を通って重要負荷２２に供給されている。また、燃料電池１１には燃料電池内部バッテリを充電するための電源Ｐ２が供給され、無停電電源装置（ＵＰＳ）１６から制御盤１２に電源Ｐ３（例えばＡＣ１００Ｖ）が供給されている。

制御盤１２には、燃料電池１１の発電履歴を記憶する発電履歴記憶手段（図示せず）が設けられており、所定の時間該燃料電池１１の運転が行なわれなかった場合、予め設定された一定時間の燃料電池１１を有する燃料電池発電ユニットを運転する管理運転を実行する。該燃料電池１１で発電した電力Ｐ４を手動スイッチ１９を介して非常用燃料電池発電装置１０に接続された管理運転用電力負荷２３に供給している。このように、燃料電池１１の運転が所定が行なわれなかった場合、一定時間の燃料電池１１を管理運転することにより、燃料電池スタックや加湿器の乾燥・劣化等が防止でき、燃料電池１１を有する発電ユニットの発電性能を常に良好な状態、即ちいつ商用電源２０が停電しても燃料電池１１を運転して発電できる状態に維持することができる。

図２は本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図で、自動管理管理運転機能を有する場合を示す。図２おいて、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。ここでは、図１の非常用燃料電池発電装置１０に負荷切替器２４を設けると共に、制御盤１２に管理運転制御機能を追加している。そして制御盤１２から負荷切替器２４に負荷切替指令Ｓ７を出力するようになっている。

制御盤１２には、図１の場合と同様、燃料電池１１の発電履歴を記憶する発電履歴手段（図示せず）が設けられており、所定の時間燃料電池１１の運転が行なわれなかった場合、燃料電池１１に運転／停止指令信号Ｓ３の運転指令を出力すると共に、負荷切替器２４に負荷切替指令Ｓ７を出力する。これにより、負荷切替器２４はパイパス側２４ｂに切替わる。燃料電池１１で発電された電力Ｐ４はスペースヒータ１４、換気ファン１５に供給され、制御盤１２からスペースヒータ１４に運転／停止指令Ｓ４の運転指令、換気ファン１５に運転／停止指令信号Ｓ５の運転指令が夫々出力され、スペースヒータ１４及び換気ファン１５は管理運転用電力負荷として使用される。

上記のように、所定の時間燃料電池１１の運転が行なわれなかった場合、負荷切替器２４に負荷切替指令Ｓ７を出力し、商用電源２０から電力Ｐ１の供給を受けていたスペースヒータ１４及び換気ファン１５に商用電源２０からの電力Ｐ１の供給を停止し、燃料電池１１で発電した電力を供給することにより、図１に示すように管理運転毎に管理運転用の電力負荷２３をに接続することがなくなり、メンテナンス要員の労力を軽減できる。また、非常用燃料電池発電装置１０内に管理運転用の電力負荷を設けることがないから、イニシャルコストの低減が図れる。

図３は図２に示す非常用燃料電池発電装置において、管理運転中に商用電源２０が停電した場合の燃料電池１１で発電した電力の供給例を示す図である。燃料電池１１を有する燃料電池発電ユニットの管理運転中に商用電源２０が停電した場合、停電／復電検出部１７はそれを検出し制御盤１２に出力する。これにより制御盤１２は燃料電池１１の運転を継続すると共に、電力切替器１３に切替指令信号Ｓ２を出力し電力切替器１３を燃料電池側１３ｂに切り替え、更に負荷切替器２４に切替指令信号Ｓ７を出力し負荷切替器２４をメイン側２４ａに切替える。これにより、燃料電池１１で発電された電力Ｐ４は電力切替器１３の燃料電池側１３ｂを通り、分電盤２１を通って重要負荷２２に供給されると共に、負荷切替器２４のメイン側２４ａを通ってスペースヒータ１４及び換気ファン１５に供給され、そして制御盤１２から換気ファン１５に運転／停止指令Ｓ５の運転指令を出力することにより、換気ファンが運転される。

上記のように燃料電池１１を有する燃料電池発電ユニットの管理運転中に商用電源２０からの電力Ｐ１の供給が停電等で停止し、それを停電／復電検出部１７が検出することにより、制御盤１２は実施中の管理運転をキャンセルし、運転中の燃料電池１１を有する燃料電池発電ユニットを継続して運転し、燃料電池１１で発電した電力Ｐ４を重要負荷２２に供給するので、管理運転中に商用電源２０の停電という非常状態になっても燃料電池１１で発電した電力Ｐ４を重要負荷２２に支障なく供給できる。

なお、燃料電池１１には起動時間が短い固体高分子形燃料電池を使用することにより、商用電源２０の供給停止時、燃料電池１１を迅速に起動し発電電力Ｐ４を重要負荷２２に供給できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図である。（実施例１） 本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図である。（実施例２） 本発明に係る非常用燃料電池発電装置のシステム構成例を示す図である。（実施例２）

符号の説明

１０ 非常用燃料電池発電装置
１１ 燃料電池
１２ 制御盤
１３ 電力切替器
１４ スペースヒータ
１５ 換気ファン
１６ 無停電電源装置（ＵＰＳ）
１７ 停電／復電検出部
１９ 手動スイッチ
２０ 商用電源
２１ 分電盤
２２ 重要負荷
２３ 管理運転用電力負荷
２４ 負荷切替器

Claims (5)

1. 燃料電池発電ユニットと、その燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、商用電源の停電発生時に、該停電を検出し自動で前記燃料電池発電ユニットを起動し、発電した電力を対象とする負荷系統に供給する非常用燃料電池発電装置の管理方法において、
   前記燃料電池発電ユニットの発電履歴を記憶する発電履歴記憶手段を設け、所定の時間前記燃料電池発電ユニットの運転が行なわれた場合、予め設定された一定時間の燃料電池発電ユニットを運転する管理運転を実行し、前記燃料電池発電ユニットの発電性能を維持することを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理方法。
2. 請求項１に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、
   前記管理運転が実施されたときに、それまで前記商用電源から電力を供給されていた装置に付随する電気負荷に対して、前記商用電源からの電力供給を停止し、前記燃料電池発電ユニットで発電した電力を供給することを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理方法。
3. 請求項２に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、
   前記電気負荷は装置内の換気・温調を目的とした換気ファン及び／又はスペースヒータであることを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理方法。
4. 請求項１乃至３のいずか１項に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、
   前記管理運転中に前記商用電源からの電力供給停止を検知した場合には、実施中の該管理運転をキャンセルし、運転中の燃料電池発電ユニットを継続して運転し、発電した電力を前記負荷系統に供給することを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理方法。
5. 請求項１乃至４のいずか１項に記載の非常用燃料電池発電装置の管理方法において、
   前記燃料電池発電ユニットの燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする非常用燃料電池発電装置の管理方法。

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