JP2011023315A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】起動前に起動可能な状態であるか否かを判定し、起動の可否を判定するよう構成されている場合に、使用者の利便性を従来よりも向上させる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１０と、起動処理開始前に起動条件を満たしているか否かに基づいて起動の許否を決定する起動許否器１８と、起動拒否器１８により起動が許可されない頻度が所定の頻度閾値以上である場合、異常信号を出力する異常信号出力器２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電と排熱回収を行う燃料電池システムの運転に支障をきたす可能性がある場合の保護動作制御に関する。

従来の燃料電池システムは、起動処理を開始する際に、起動処理に必要な電力（以下、起動電力）と起動処理時における電力負荷の電力消費量との合計が使用可能な電力（契約電力）を超えると、ブレーカーが遮断して、結局、燃料電池システムの停止を余儀なくされるという問題があった。そこで、起動開始直前の電力負荷の電力消費量と起動電力との合計が、上記使用可能な電力以上である場合、燃料電池システムを起動せず、起動処理開始直前の電力負荷の電力消費量と起動電力との合計が、使用可能な電力未満である場合に起動する制御を行う燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１９１６９号公報

上記従来の燃料電池システムのように起動前に起動可能な条件であるか否かに基づいて起動を可否を判定するよう構成されているシステムにおいては、実際には起動可能な条件を満たしているにも拘わらず、システム内部で異常と特定できない異常により適正な判定がされず、起動が許可されない状態が頻発する場合や、起動条件そのものが使用者にとって適切な条件でないために起動条件が満たされず起動が許可されない状態が継続する場合等が想定される。しかしながら、従来の燃料電池システムは、このような場合に対する処置について考慮されていないため、起動が許可されない状態が頻発し、使用者にとって利便性が低下する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、起動前に起動可能な状態であるか否かを判定し、起動の可否を判定するよう構成されている場合に、使用者の利便性を従来よりも向上させる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、第１の本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、起動条件を満たしているか否かに基づいて起動の許否を決定する起動許否器と、前記起動拒否器により起動が許可されない頻度が所定の頻度閾値以上である場合、異常信号を出力する前記異常信号出力器とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、起動不許可が頻発している場合に、異常信号が出力されるため、使用者やメンテナンスマンによる適切な対処を促すことになり、従来に比べ使用者にとって利便性が向上する。

また、第２の本発明の燃料電池システムによれば、前記起動許否器は、前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力以上である場合、起動を許可せず、かつ前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力未満である場合、起動を許可しないことを特徴とする。

ここで、「前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力以上である場合」とは、「前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力以上となる状態である場合」を意味し、そのような状態を判定する判定方法を限定するものではない。

かかる構成によれば、ブレーカー遮断を回避するために燃料電池の起動が許可されない頻度が通常よりも多い場合に、異常信号が出力され、何らかの異常が発生していないかのチェックや起動条件の適正化を促すので、起動不許可の状態が頻発する場合に、従来より速やかにこの状態から復旧する可能性が高くなる。

また、第３の本発明の燃料電池システムによれば、異常信号出力器は、異常の旨を外部に報知する異常報知器である構成でも良い。

かかる構成によれば、使用者やメンテナンスマンによる適切な対処を促すことになり、従来に比べ使用者にとって利便性が向上する。

また、第４の本発明の燃料電池システムは、前記異常信号出力器が、前記起動条件の変更を促すメッセージを画面に表示することを特徴とする。

かかる構成によれば、従来よりも速やかに、個人の生活様式に適合するよう起動条件の変更がなされ、起動が許可されない頻度が低減される可能性が高くなる。

また、異常報知器は、使用可能な消費電力の上限値の変更を促すメッセージを画面に表示する構成でも良い。

かかる構成によれば、従来よりも速やかに使用可能な消費電力の上限値の変更がなされ、起動が許可されない頻度が低減される可能性が高くなる。

以上から明らかなように、本発明によれば、起動前に起動可能な状態であるか否かを判定し、起動の許否を判定するよう構成されている燃料電池システムにおいて、使用者の利便性が従来よりも向上させる。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成図 本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート 従来の燃料電池システムの構成ブロック図

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００の機能ブロック図である。

図１において、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１０と、燃料電池１０から取り出された直流電力を交流電力に変換するインバータ１１と、インバータ１１から出力された交流電力が流れる電路と、系統電源１５からの交流電力との電路とが接続する連系点１６よりも上流の電路に設けられ、系統電源より電力負荷に供給される電力の大きさを検知する負荷電力検知器としての電流検知器１７と、電流検知器１７で検知された電流値に基づき燃料電池システム１００の起動の許否を決定する起動拒否器１８と、燃料電池システム１００の運転を制御する制御器１９と、起動許否器１８からの起動不許可信号が出力された頻度に基づき異常信号の出力を行う異常信号出力器２４と、起動拒否器１８の決定の結果、及び異常信号出力器２４からの異常信号が出力された旨を外部に報知する報知器２０と、を備える。報知器２０は、所定の情報を画面に表示する第１報知部２１と、音声や光により所定の報知を行う第２報知部２２と、使用者により燃料電池システム１００の運転を操作するための入力を行うための操作部２３とを備える。

以上のように構成された燃料電池システムの動作について、図２のフローチャートを用いて動作、及びその作用を説明する。図２に示されるように、まず、燃料電池システムの起動処理の開始予定時刻が近づくと（スタート）、起動許否器１８は、電流検知器１７で検出された系統電源１５から電力負荷１４へ供給される電流値を取得する。（ステップＳ１０１）。次に、起動許否器１８は、電流検知器１７により検知された電流値が、第１の閾値（例えば、２７Ａ（アンペア）以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、上記第１の閾値は、需要家が使用可能な電力（契約電力）から燃料電池システムの起動処理に必要な電力を減じた電力値以下の値として設定される。なお、需要家が使用可能な電力とは、需要家に対して設置されている電流遮断器（ブレーカ）の電流容量を意味し、需要家の総消費電流が、上記電流容量を超えると電流遮断器が遮断するよう構成されている。具体的には、上記電流容量が３０Ａで、燃料電池システムの起動に必要な電流上限値が、３Ａである場合、上記第１の閾値は、２７Ａで設定される。なお、ステップＳ１０２は、「電力負荷の消費電力と燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力以上となる状態である場合」の判定手法の一例であり、その判定手法としては、本例に限定されるものではない。例えば、起動許否器１８が、算出するとともに、この算出値が、使用可能な電力以上となるか否かを判定する手法を採用しても構わない。

上記ステップＳ１０２において、電流検知器１７の検知電流が、第１の閾値以上である場合、起動許否器１８により起動不許可信号が出力され、燃料電池システムの起動不許可の状態に更新される（ステップＳ１０６）。なお、上記「起動不許可の状態」とは、燃料電池システムの起動要求が発生しても起動が許可されない状態として定義される。ここで、上記「起動要求」とは、操作部２３を介して使用者により起動指令が入力されること、予め設定された起動開始予定時刻になること、電力負荷需要が燃料電池の発電運転が必要となる所定の閾値以上になること等を指す。

次に、起動許否器１８により出力された起動不許可信号は、報知器２０に入力され報知器２０の第１報知部２１上に燃料電池システムの起動が不許可であることが表示される（ステップＳ１０７）。さらに、起動許否器１８により出力された起動不許可信号は、異常信号出力器２４に入力され、異常信号出力器２４により起動不許可信号の入力の頻度が、第３の閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。そして、起動不許可信号の頻度が第３の閾値以上（例えば、３回／週）であると判定された場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、異常信号出力器２４より異常信号が出力され、報知器２０はこの異常信号の入力を受け、報知器２０に異常が発生している旨を表示する（ステップＳ１０９）。報知器２０による異常報知の形態としては、例えば、第１報知部２１上にエラーメッセージを表示したり、第２報知部２２により異常報知に対応する光や音が発生させる形態が挙げられる。

このように、起動不許可が頻発している場合に、報知器２０を介して異常信号が外部に出力されるため、使用者やメンテナンスマンに適切な対処を促すことになり、従来に比べ使用者にとって利便性が向上する。なお、第１報知部２１上にエラーメッセージを表示する場合に、単に異常が発生している旨を表示するだけでなく、第１の閾値の変更（増加）を促すメッセージも併せて表示するよう形態を採用しても構わない。例えば、需要家の総消費電力に対応して設置されている電流遮断器（ブレーカ）の電流容量が３０Ａ（アンペア）では不足状態にあることを報知して、使用者の電力消費量に対応した電流容量を有する電流遮断器に変更すべき旨の報知を行う。これにより、使用者の電力消費量に適合した第１の閾値に変更されるので、起動要求が発生した場合に、起動が許可され、速やかに起動処理が開始される。なお、上記第１の閾値の変更を促す旨の表示を、異常が発生している旨の表示に代えて実行する形態を採用しても構わない。

一方、起動許否器１８により電流検出器１７で検出された電流値が、第１の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ１０２でＮｏ）、続いて上記電流値が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値未満であるか否かの判定を行い（ステップＳ１０３）、第２の閾値未満であると判定されれば（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、起動許否器１８は起動許可信号を出力し、燃料電池システムを起動許可状態に更新する(ステップＳ１０４)。なお、上記「起動許可状態」とは、燃料電池システムの起動要求が発生した場合、起動が許可され起動処理が開始される状態として定義される。ここで、ステップＳ１０３を設けた理由は、第１の閾値と判定２の第２の閾値の差がヒステリシスとなり、起動処理の開始にあたって不要なチャタリングを抑制するためである。

そして、起動許否器１８により出力された起動許可信号は、報知器２０に入力され、第１報知部２１に起動不許可の旨が表示されていた場合は、その旨の表示を停止し、第１報知部２１に起動不許可の旨が表示されていない場合は、その状態を維持する（ステップＳ１０５）。なお、起動許否器１８により起動許可信号が出力された場合、「起動許可状態」である旨を第１報知部２１上に表示する形態を採用しても構わない。

上述の本実施の形態の燃料電池システムは、起動の許否を判定する条件（起動条件）として、電流遮断器（ブレーカー）の遮断回避のため起動条件を例にとって説明したが、あくまで一例に過ぎず、使用者固有の電力消費パターンもしくな熱消費パターンに合わせて起動条件の変更を行うことが好ましい起動条件について、使用者の利便性を向上させるために上述の本発明の異常報知制御を適用しても構わない。

本発明にかかる燃料電池システムは、起動前に起動可能な状態であるか否かを判定し、起動の許否を判定するよう構成されている場合において、使用者の利便性が従来よりも向上させることが可能になるので、業務用、家庭用燃料電池システム等として有用である。

１０ 燃料電池
１１ インバータ
１４ 電力負荷
１５ 系統電源
１６ 連系点
１７ 電流検知器
１８ 起動許否器
１９ 制御器
２０ 報知器
２１ 第１報知部
２２ 第２報知部
２３ 操作部
２４ 異常信号出力器

Claims (5)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、起動処理開始前に起動条件を満たしているか否かに基づいて起動の許否を決定する起動許否器と、前記起動拒否器により起動が許可されない頻度が所定の頻度閾値以上である場合、異常信号を出力する前記異常信号出力器とを備える燃料電池システム。
2. 前記起動許否器は、前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力以上である場合、起動を許可せず、かつ前記電力負荷の消費電力と前記燃料電池システムの起動処理に必要な起動電力との合計が、使用可能な電力未満である場合、起動を許可しない請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記異常信号出力器は、異常の旨を外部に報知する異常報知器を備えること特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
4. 前記異常信号出力器は、前記起動条件の変更を促すメッセージを画面に表示することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
5. 前記異常報知器は、使用可能な電力の上限値の変更を促すメッセージを画面に表示することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。

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