JP2014103092A - Fuel cell unit and parallel operation system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池ユニット及びこれを並列に複数接続して大きな発電出力を得る燃料電池ユニットの並列運転システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell unit that generates power by a fuel cell reaction and a parallel operation system of fuel cell units that connect a plurality of them in parallel to obtain a large power generation output.
近年、一戸建て住宅などに設置して使用する家庭用燃料電池システムが実用に供されている。この家庭用燃料電池システムは、家庭で消費する消費電力をまかなうように構成され、その発電出力が例えば700〜1000Wと小さくなっている。そこで、このような家庭用燃料電池システムを利用して中出力(例えば、3〜5KW)の発電出力を得るような開発も進められ、複数の燃料電池システムを並列に接続して発電出力を得る並列運転システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, home fuel cell systems that are installed and used in detached houses and the like have been put into practical use. This household fuel cell system is configured to cover power consumption consumed at home, and its power generation output is as small as 700 to 1000 W, for example. Therefore, development has been advanced to obtain a power output of medium output (for example, 3 to 5 kW) using such a home fuel cell system, and a plurality of fuel cell systems are connected in parallel to obtain a power output. A parallel operation system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この公知の燃料電池システム(燃料電池ユニット)は、例えば、図29に示す通りの構成を有している。この公知例では、4台の燃料電池システム(燃料電池ユニット)102A〜102Dが並列的に接続され、それらの発電出力ライン104A〜104Dが電力送給ライン106を介して電力負荷108に接続されている。各燃料電池システム102A〜102Dは、燃料電池110と、この燃料電池110の発電出力を制御するための発電出力制御手段112と、この燃料電池110からの発電直流電力を交流電力に変換するためのDC/AC変換器113A〜113Dとを備え、各発電出力ライン104A〜104Dには副ブレーカ114が配設され、各燃料電池システム102A〜102Dからの交流電力が電力負荷108に送給される。
This known fuel cell system (fuel cell unit) has a configuration as shown in FIG. 29, for example. In this known example, four fuel cell systems (fuel cell units) 102A to 102D are connected in parallel, and their power
また、商用電源116は商用電力ライン118を介して電力送給ライン106に接続され、この商用電力ライン118に、この商用電力ライン118を流れる電力を計測するための電力メータ120が配設されている。この商用電力ライン118には、各燃料電池システム(燃料電池ユニット)102A〜102Dに対応して電流変換器122A〜122Dが配設され、各電流変換器122A〜122Dは商用電力ライン118を流れる電流を検知し、この検知電流を利用して商用電力ライン118を流れる電力(所謂、購入電力)を計測する。また、この商用電力ライン118には主ブレーカ117が配設され、燃料電池システム102A〜102Dからの発電出力ライン104A〜104Dは、この主ブレーカ117の下流側の電力送給ライン106に接続される。
The
各電流変換器122A〜122Dからの検知電流は対応する燃料電池システム(燃料電池ユニット)102A〜102Dの発電出力制御手段112に送給され、各発電出力制御手段112は対応する電流変換器122A〜122Dからの検知電流に基づいて燃料電池110の発電出力を制御し、このように制御することによって、燃料電池システム102A〜102Dは、商用電源116への逆潮流(「逆電力」とも称する)を防止しながら電力負荷108の大きさに応じた発電出力をこの電力負荷108に送給する。
The detected current from each of the
しかし、このような並列運転システムでは、次の通りの問題が発生するおそれがある。燃料電池システム102A〜102Dを全て定格発電出力で稼働させる場合、これら燃料電池システム102A〜102Dを安定して稼働させることができるが、これら燃料電池システム102A〜102Dを定格発電出力に満たない部分負荷の状態で稼働させる場合、各燃料電池システム102A〜102Dの稼働が不安定になるおそれがある。例えば、定格発電出力700Wの燃料電池システム102A〜102Dを4台並列運転し、電力負荷が1500Wである場合、例えば一つの燃料電池システム102Aが500W、例えば他の燃料電池システム102Bが400W、例えば残りの二つの燃料電池システム102C,102Dが300Wというようなアンバランスが生じるおそれがある。
However, in such a parallel operation system, the following problems may occur. When all the
また、複数の燃料電池システムを並列運転する場合、一般的に同一の燃料電池システムしか対応することができず、発電出力特性の異なる燃料電池システム(例えば、製造メーカが異なる燃料電池システム)を組み合わせて並列運転することはできなかった。また、同一の燃料電池システムであっても、並列運転するためにシステムに改造を施さなければならず、そのためのコストがかかったり、一台故障したときに残りの燃料電池システムでもって発電出力を上げて発電運転を自動的に継続できるようにする必要があるなどの課題もある。 When a plurality of fuel cell systems are operated in parallel, generally only the same fuel cell system can be supported, and fuel cell systems having different power generation output characteristics (for example, fuel cell systems having different manufacturers) are combined. Could not be operated in parallel. Even in the same fuel cell system, the system must be modified in order to operate in parallel, and if the cost is increased or if one unit fails, the remaining fuel cell system generates power output. There is also a problem that it is necessary to raise the power generation operation so that it can be continued automatically.
本発明の目的は、複数の燃料電池ユニットを効率良く運転して大きな発電出力を得ることができる燃料電池ユニットの並列運転システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell unit parallel operation system capable of efficiently operating a plurality of fuel cell units and obtaining a large power generation output.
本発明の他の目的は、並列運転及び単独運転のいずれにも好都合に用いることができる燃料電池ユニットを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell unit that can be advantageously used for both parallel operation and single operation.
本発明の請求項1に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムは、複数の燃料電池ユニットを相互に並列に接続して運転する燃料電池ユニットの並列運転システムであって、
前記複数の燃料電池ユニットは、燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池の発電出力を制御する発電出力制御手段を備え、前記複数の燃料電池ユニットの前記発電出力制御手段の各々に対応して第1電流変換器が設けられ、前記第1電流変換器は商用電源の商用電力ラインを流れる電流を検知し、また前記複数の燃料電池ユニットの前記燃料電池の各々に対応して第2電流変換器が設けられ、前記第2電流変換器は対応する前記燃料電池の発電出力ラインを流れる電流を検知し、前記複数の燃料電池ユニットの各々の前記発電出力制御手段は、対応する前記第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて対応する前記燃料電池の発電出力を制御することを特徴とする。
A fuel cell unit parallel operation system according to
The plurality of fuel cell units includes a fuel cell that generates power by a fuel cell reaction, and a power generation output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, and corresponds to each of the power generation output control units of the plurality of fuel cell units. And a first current converter for detecting a current flowing through a commercial power line of a commercial power source, and a second current converter corresponding to each of the fuel cells of the plurality of fuel cell units. A current converter is provided, the second current converter detects a current flowing through a power generation output line of the corresponding fuel cell, and the power generation output control means of each of the plurality of fuel cell units includes the corresponding first The power generation output of the corresponding fuel cell is controlled based on the detected currents of the first and second current converters.
また、本発明の請求項2に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムでは、前記複数の燃料電池ユニットの各々に対応する前記第2電流変換器は、対応する前記第1電流変換器に対して電気的に並列に逆接続されていることを特徴とする。
Further, in the fuel cell unit parallel operation system according to
また、本発明の請求項3に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムでは、前記複数の燃料電池ユニットの各々の前記燃料電池に対応する前記第2電流変換器に対応して変流器が設けられ、前記変流器は、対応する前記燃料電池の前記発電出力ラインを流れる電流が小さくなるように変流し、前記第2電流変換器は、対応する前記変流器により変流された電流を検知することを特徴とする。
In the fuel cell unit parallel operation system according to
また、本発明の請求項4に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムでは、前記複数の燃料電池ユニットの各々の前記変流器の変流比が1〜100であることを特徴とする。
In the fuel cell unit parallel operation system according to
また、本発明の請求項5に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムでは、前記複数の燃料電池ユニットの各々の前記第2電流変換器及び前記変流器が一体的に構成されていることを特徴とする。
In the fuel cell unit parallel operation system according to
また、本発明の請求項6に記載の燃料電池ユニットは、燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池の発電出力を制御する発電出力制御手段を備え、前記発電出力制御手段に対応して第1電流変換器が設けられ、前記第1電流変換器は商用電源の商用電力ラインを流れる電流を検知し、また前記燃料電池に対応して第2電流変換器が設けられ、前記第2電流変換器は前記燃料電池の発電出力ラインを流れる電流を検知し、前記第2電流変換器に関連して、更に、スイッチ手段が設けられており、
並列運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は、前記第2電流変換器から前記発電出力制御手段への検知電流の送給を許容し、前記発電出力制御手段は、前記第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御し、単独運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は、前記第2電流変換器から前記発電出力制御手段への検知電流の送給を遮断し、前記発電出力制御手段は、前記第1電流変換器の検知電流に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, a fuel cell unit includes a fuel cell that generates power by a fuel cell reaction, and a power generation output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, and corresponds to the power generation output control unit. A first current converter is provided, the first current converter detects a current flowing through a commercial power line of a commercial power source, and a second current converter is provided corresponding to the fuel cell, and the second current converter is provided. The current converter detects a current flowing through the power generation output line of the fuel cell, and in addition to the second current converter, switch means is provided,
When used in parallel operation, the switch means allows the detection current to be supplied from the second current converter to the power generation output control means, and the power generation output control means includes the first and second currents. When the power generation output of the fuel cell is controlled based on the detected current of the converter and used for single operation, the switch means supplies the detected current from the second current converter to the power generation output control means. The power generation output control means controls the power generation output of the fuel cell based on the detected current of the first current converter.
更に、本発明の請求項7に記載の燃料電池ユニットでは、前記第1電流変換器の第1及び第2出力端子がそれぞれ第1及び第2電流ラインを介して前記発電出力制御手段の第1及び第2入力端子に電気的に接続され、前記第2電流変換器は前記第1電流変換器に対して電気的に並列に逆接続され、前記第2電流変換器の第1出力端子が第3電流ラインを介して前記第2電流ラインに電気的に接続され、前記第2電流変換器の第2出力端子が第4電流ラインを介して前記第1電流ラインに電気的に接続され、前記スイッチ手段は前記第2電流変換器の前記第3及び第4電流ラインに配設され、並列運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は閉状態に保持され、単独運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は開状態に保持されることを特徴とする。
Furthermore, in the fuel cell unit according to
本発明の請求項1に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムによれば、複数の燃料電池ユニットの発電出力制御手段の各々に対応して、商用電力ラインを流れる電流を検知する第1電流変換器が設けられ、また複数の燃料電池ユニットの燃料電池の各々に対応して、燃料電池の発電出力ラインを流れる電流を検知する第2電流変換器が設けられ、複数の燃料電池ユニットの各々の発電出力制御手段は、対応する第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて対応する燃料電池の発電出力を制御するので、定格発電出力に満たない稼働状態の場合であっても、複数の燃料電池ユニットの発電出力を安定して出力することができる。また、このように制御することによって、複数の燃料電池ユニットに特別な改造を施すことなく、異なる発電出力の燃料電池ユニット(例えば、製造メーカの異なる燃料電池ユニットなど)の並列運転にも適用することができる。 According to the fuel cell unit parallel operation system of the first aspect of the present invention, the first current conversion for detecting the current flowing through the commercial power line corresponding to each of the power generation output control means of the plurality of fuel cell units. And a second current converter for detecting a current flowing through the power generation output line of the fuel cell corresponding to each of the fuel cells of the plurality of fuel cell units. The power generation output control means controls the power generation output of the corresponding fuel cell based on the detected currents of the corresponding first and second current converters. The power generation output of the fuel cell unit can be output stably. In addition, by controlling in this way, the present invention is also applied to parallel operation of fuel cell units having different power generation outputs (for example, fuel cell units having different manufacturers) without special modification of a plurality of fuel cell units. be able to.
特に、定格発電出力が同じ複数の燃料電池ユニットを用いた場合、各燃料電池ユニットの燃料電池の発電出力が均等になって安定して出力することができ、その結果、複数の燃料電池ユニット全体の発電効率を高めることができ、複数の燃料電池ユニットを高効率でもって並列運転することができる。 In particular, when a plurality of fuel cell units having the same rated power generation output are used, the power generation output of the fuel cells of each fuel cell unit can be made uniform and stably output. As a result, the plurality of fuel cell units as a whole Power generation efficiency can be increased, and a plurality of fuel cell units can be operated in parallel with high efficiency.
また、本発明の請求項2に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムによれば、複数の燃料電池ユニットの各々に対応する第2電流変換器は、対応する第1電流変換器に対して電気的に並列に逆接続されているので、対応する発電出力制御手段に送給される検知信号(検知電流)は、第1電流変換器の検知電流と第2電流変換器の検知電流との差信号(検知電流差)となり、かかる差信号を利用して燃料電池の発電出力を制御することによって、簡単な構成でもって複数の燃料電池ユニットの発電出力を安定して出力することができるとともに、複数の燃料電池ユニットを高効率でもって並列運転することができる。 According to the fuel cell unit parallel operation system of the second aspect of the present invention, the second current converter corresponding to each of the plurality of fuel cell units is electrically connected to the corresponding first current converter. Therefore, the detection signal (detection current) sent to the corresponding power generation output control means is the difference between the detection current of the first current converter and the detection current of the second current converter. By using this difference signal to control the power generation output of the fuel cell, it is possible to stably output the power generation output of a plurality of fuel cell units with a simple configuration, A plurality of fuel cell units can be operated in parallel with high efficiency.
また、本発明の請求項3に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムによれば、第2電流変換器の各々に対応して変流器が設けられ、変流器は、対応する燃料電池の発電出力ラインを流れる電流が小さくなるように変流し、第2電流変換器は、この変流器により変流された電流を検知するので、複数の燃料電池システムの合計発電出力と電力負荷との差が小さくなるように稼働運転することができる。 According to the fuel cell unit parallel operation system of the third aspect of the present invention, a current transformer is provided corresponding to each of the second current converters, and the current transformer is connected to the corresponding fuel cell. Since the current flowing through the power generation output line is reduced so that the second current converter detects the current converted by the current transformer, the total power generation output and the power load of the plurality of fuel cell systems are detected. Operation can be performed so that the difference is reduced.
また、本発明の請求項4に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムによれば、複数の燃料電池ユニットの各々の変流器の変流比が1〜100であるので、各燃料電池の性能が異なっていても燃料電池システムの合計発電出力と電力負荷との差を小さくなるように抑えて且つ安定して発電出力することができる。
In the fuel cell unit parallel operation system according to
また、本発明の請求項5に記載の燃料電池ユニットの並列運転システムによれば、複数の燃料電池ユニットの各々の第2電流変換器及び変流器が一体的に構成されているので、システム全体の構成を簡単にすることができる。 According to the fuel cell unit parallel operation system of the fifth aspect of the present invention, since the second current converter and the current transformer of each of the plurality of fuel cell units are integrally configured, the system The entire configuration can be simplified.
また、本発明の請求項6に記載の燃料電池ユニットによれば、燃料電池ユニットの発電出力制御手段に対応して、商用電力ラインを流れる電流を検知するための第1電流変換器が設けられ、また燃料電池に対応して、燃料電池の発電出力ラインを流れる電流を検知するための第2電流変換器が設けられ、この第2電流変換器に関連して、スイッチ手段が設けられている。そして、並列運転に用いる場合には、スイッチ手段は第2電流変換器から発電出力制御手段への検知電流の送給を許容するので、発電出力制御手段は、第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御するようになり、従って、並列運転をしたときには、燃料電池ユニットを高い発電効率でもって運転することができる。また、単独運転に用いる場合には、スイッチ手段は第2電流変換器から発電出力制御手段への検知電流の送給を遮断するので、発電出力制御手段は、第1電流変換器の検知電流に基づいて燃料電池の発電出力を制御するようになり、従って、所望の通りに単独運転することができる。 According to the fuel cell unit of the present invention, the first current converter for detecting the current flowing through the commercial power line is provided corresponding to the power generation output control means of the fuel cell unit. In correspondence with the fuel cell, a second current converter for detecting a current flowing through the power generation output line of the fuel cell is provided, and a switch means is provided in association with the second current converter. . When used in parallel operation, the switch means allows the detection current to be supplied from the second current converter to the power generation output control means, so that the power generation output control means can be used for the first and second current converters. The power generation output of the fuel cell is controlled on the basis of the detected current. Therefore, when the parallel operation is performed, the fuel cell unit can be operated with high power generation efficiency. In addition, when used for isolated operation, the switch means cuts off the supply of the detected current from the second current converter to the power generation output control means, so the power generation output control means uses the detected current of the first current converter. Based on this, the power generation output of the fuel cell is controlled, so that it can be operated independently as desired.
更に、本発明の請求項7に記載の燃料電池ユニットによれば、第2電流変換器は第1電流変換器に対して電気的に並列に逆接続され、第2電流変換器の第1出力端子が第3電流ラインを介して第1電流変換器からの第2電流ラインに電気的に接続され、第2電流変換器の第2出力端子が第4電流ラインを介して第1電流変換器からの第1電流ラインに電気的に接続され、スイッチ手段は第2電流変換器の第3及び第4電流ラインに配設されているので、スイッチ手段を閉状態に保持することによって、第2電流変換器からの検知電流が発電出力制御手段に送給され、燃料電池ユニットを並列運転に適用して高い発電効率でもって運転することができ、またスイッチ手段を開状態に保持することによって、第2電流変換器からの検知電流の発電出力制御手段への送給が遮断され、所望の単独運転に適用することができる。 Furthermore, according to the fuel cell unit of the seventh aspect of the present invention, the second current converter is electrically reversely connected in parallel with the first current converter, and the first output of the second current converter is The terminal is electrically connected to the second current line from the first current converter via the third current line, and the second output terminal of the second current converter is connected to the first current converter via the fourth current line. Since the switch means are disposed on the third and fourth current lines of the second current converter, the second current converter is held in the closed state by being electrically connected to the first current line from the second current converter. The detected current from the current converter is sent to the power generation output control means, the fuel cell unit can be applied to parallel operation and operated with high power generation efficiency, and the switch means is kept open, Generation of detected current from the second current converter Is feed is shut off to the force control unit, it can be applied to the desired islanding.
以下、図1〜図28を参照して、本発明に従う燃料電池ユニットの並列運転システムの各種実施形態について説明する。 Hereinafter, various embodiments of a parallel operation system for fuel cell units according to the present invention will be described with reference to FIGS.
〔燃料電池ユニットの並列運転システムの第1の実施形態〕
まず、図1〜3を参照して、燃料電池ユニットの並列運転システムの第1の実施形態について説明する。図1及び図2において、図示の燃料電池ユニットの並列運転システムは、複数(実施形態では、4台)の燃料電池ユニット2A〜2Dが用いられ、これら複数の燃料電池ユニット2A〜2Dが相互に並列に配設されている。各燃料電池ユニット2A〜2Dは実質上同一の構成であり、燃料電池反応により発電を行う燃料電池4と、この燃料電池4の発電出力を制御するための発電出力制御手段6と、この燃料電池4からの発電直流電力を交流電力に変換するためのDC/AC変換器11A(11B,11C,11D)とを備えており、燃料電池4は、例えば、それ自体周知の固体酸化物形燃料電池から構成される。
[First embodiment of parallel operation system of fuel cell units]
First, with reference to FIGS. 1-3, 1st Embodiment of the parallel operation system of a fuel cell unit is described. 1 and 2, the fuel cell unit parallel operation system shown in the figure uses a plurality (four in the embodiment) of
各燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力は、発電出力ライン8A〜8Dを介して電力送給ライン10に送給され、この電力送給ライン10を介して電力負荷12に送給される。燃料発電ユニット2A(2B,2C,2D)からの発電出力ライン8A(8B,8C,8D)には副ブレーカ14A(14B,14C,14D)が配設され、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)からの交流電力が副ブレーカ14A(14B,14C,14D)を介して電力負荷12に送給される。また、副ブレーカ14A(14B,14C,14D)は安全のためのものであり、この副ブレーカ14A(14B,14C,14D)がオフ状態になると、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)から電力送給ライン10への発電出力の供給が停止される。
The power generation output from each of the
ここで燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)について説明すると、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)における燃料電池4(例えば、固体酸化物形燃料電池)は、燃料電池セルを積層した燃料電池セルスタック16を備え、更に燃料ガス(例えば、都市ガス)を供給するための燃料ガス供給ポンプ18、空気を供給するための空気供給ブロア20及び改質水を供給するための改質水供給ポンプ22を含んでいる。燃料電池4の発電出力を大きくするときには、燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22の回転数が増え、燃料電池セルスタック16への燃料ガス及び空気並びに改質器(図示せず)への改質水の供給量が増大し、また燃料電池4の発電出力を小さくするときには、燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22の回転数が減り、燃料電池セルスタック16への燃料ガス及び空気並びに改質器への改質水の供給量が減少する。
Here, the
また、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)における発電出力制御手段6は、例えばマイクロプロセッサから構成され、電力値演算手段24及び作動制御手段26を備えている。電力値演算手段24は、後述する電流値を利用して商用電力ライン30の電力値を演算し、作動制御手段26は、電力値演算手段24の演算電力値に基づいて燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22を後述する如く作動制御する。
Further, the power generation output control means 6 in the
この実施形態では、商用電源28は商用電力ライン30を介して電力送給ライン10に接続され、商用電源28からの商用電力(例えば、100V、60Hzの交流電力)は、商用電力ライン30及び電力送給ライン10を通して電力負荷12に送給される。また、商用電力ライン30には主ブレーカ32が設けられ、この主ブレーカ32がオフ状態になると、商用電源28から電力送給ライン10への商用電力の供給が停止される。更に、商用電力ライン30(具体的には、主ブレーカ32より上流側の部位)には電力メータ34が配設され、この電力メータ34は商用電力ライン30を流れる電力を計測する。
In this embodiment, the
このような燃料電池ユニット2A〜2Dを備えた並列運転システムでは、燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力が商用電源28へ逆潮流するのを防止するために、次のように構成されている。即ち、電力負荷12が4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの定格発電出力(例えば、700W)の合計電力(2800W)と等しい、又はこの合計電力よりも小さいときには、燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力でもってこの電力負荷12をまかなうことができるので、燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力が発電出力ライン8A〜8D及び電力送給ライン10を通して電力負荷12に送給され、この電力負荷12で消費される。一方、電力負荷12が4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの定格発電出力(例えば、700W)の合計電力(2800W)よりも大きいときには、燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力でもってこの電力負荷12をまかなうことができず、この場合、燃料電池ユニット2A〜2Dからの発電出力が発電出力ライン8A〜8D及び電力送給ライン10を通して電力負荷12に送給されるとともに、商用電源28からの商用電力が商用電力ライン30及び電力送給ライン10を通して電力負荷12に送給され、これら双方からの電力が電力負荷12で消費される。
The parallel operation system including the
一般に、燃料電池ユニット2A〜2Dの燃料電池4の発電出力は一定ではなく、多少のゆらぎが生じ、このようなゆらぎが生じたときにも逆潮流が生じないように、例えば燃料電池ユニット2A〜2Dの定格発電出力の2〜5%余分に購入する(換言すると、電力負荷12が例えば2800Wのときに14〜35Wの商用電力を購入する)ように構成されており、以下の説明では、このように発電出力のゆらぎを考慮して制御する場合に適用して説明する。
In general, the power generation outputs of the
この実施形態では、燃料電池ユニット2A〜2Dの燃料電池4の発電出力を制御するために、各燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力制御手段6に対応して第1電流変換器36A〜36Dが設けられている。第1電流変換器36A〜36Dは、商用電力ライン30(具体的には、電力メータ34と主ブレーカ32との間の部位)に配設され、この商用電力ライン30を流れる電流を検知する。この第1電流変換器36A〜36Dは、例えば、変流比が3000:1(所謂、変流比:3000)に構成され、商用電力ライン30に例えば3Aの電流が流れているときには、この第1電流変換器36A〜36Dには1mAの電流が流れる。この第1電流変換器36A〜36Dからの検知信号(検知電流)は、対応する燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力制御手段6に送給される。
In this embodiment, in order to control the power generation output of the
また、燃料電池ユニット2A〜2Dの各々の燃料電池4に対応して第2電流変換器38A〜38Dが設けられ、これら第2電流変換器38A〜38Dは、対応する燃料電池4の発電出力ライン8A〜8Dを流れる電流(DC/AC変換器11A〜11Dで交流電力に変換された交流電流)を検知する。この第2電流変換器38A〜38Dは、例えば上述した第1電流変換器36A〜36Dと同様のものから構成することができ、その変流比が3000:1に構成される。
In addition, second
更に、燃料電池ユニット2A〜2Dに対応する第2電流変換器38A〜38Dの各々に対応して、変流器40A〜40Dが設けられている。変流器40A〜40Dは、燃料電池ユニット2A〜2Dの下流側に配設され、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力ライン8A〜8Dを流れる交流電流を所定の変流比でもって小さくし、例えば変流比が1〜100:1のものを好都合に用いることができる。例えば、変流比が10:1(所謂、変流比:10)であるものを用いた場合、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力ライン8A〜8Dを流れる電流が1/10に変流され、第2電流変換器38A〜38Dは、対応する変流器40A〜40Dにより変流された電流を検知する。この第2電流変換器38A〜38Dからの検知信号(検知電流)は、対応する燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力制御手段6に送給される。尚、変流器40A〜40Dについては省略することも可能であり、これら変流器40A〜40Dを省略した場合、後の説明における変流比:1である場合となる。
Furthermore,
各燃料電池ユニット2A〜2Dに対応する第1電流変換器36A〜36D及び第2電流変換器38A〜38Dは、図2に示すように発電出力制御手段6に電気的に接続される。第1電流変換器36A(36B,36C,36D)のk側出力端子(第1出力端子)が電流ライン42(第1電流ライン)を介して発電出力制御手段6のK側入力端子(第1入力端子)に接続され、そのl側出力端子(第2出力端子)が電流ライン44(第2電流ライン)を介して発電出力制御手段6のL側入力端子(第2入力端子)に接続される。また、第2電流変換器38A(38B,38C,38D)は、この第1電流変換器36A(36B,36C,36D)に対して電気的に並列に配設され、そのl側出力端子(第4出力端子)が電流ライン42を介して発電出力制御手段6のK側入力端子(第1入力端子)に接続され、そのk側出力端子(第3出力端子)が電流ライン44を介して発電出力制御手段6のL側入力端子(第2入力端子)に接続されている。
The first
第1電流変換器36A(36B,36C,36D)及び第2電流変換器38A(38B,38C,38D)がこのように接続されているので、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の発電出力制御手段6に入力される電流は、第1電流変換器36A(36B,36C,36D)の検知電流と第2電流変換器38A(38B,38C,38D)の検知電流との検知電流差(所謂、差信号)となり、この差信号を利用して発電出力制御手段6は、次のようにして対応する燃料電池4の発電出力を制御する。
Since the first
第1電流変換器36A(36B,36C,36D)の検知電流を利用して商用電力ライン30を流れる電力(所謂、購入電力Z)を演算することができる。例えば、第1電流変換器36A(36B,36C,36D)の電流値を例えば3000倍することによって商用電力ライン30を流れる実際の電流値を求めることができ、また電圧は燃料電池4の発電出力ライン8A(8B,8C,8D)から求めることができ、この電流値及び電圧値から商用電力ライン30を流れる電力(購入電力Z)を求めることができる。
The power (so-called purchased power Z) flowing through the
また、第2電流変換器38A(38B,38C,38D)の検知電流を利用して発電出力ライン8A(8B,8C,8D)を流れる電力、即ち燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の燃料電池4の発電出力PA(PB,PC,PD)を演算することができる。尚、この場合、発電出力ライン8A(8B,8C,8D)を流れる電流は、変流器40A(40B,40C,40D)により1/X倍(変流比:X)となっているので、第2電流変換器38A(38B,38C,38D)の検知電流を用いた演算電力は、燃料電池4の発電出力PA(PB,PC,PD)の1/X倍の電力PA/X(PB/X,PC/X,PD/X)となる。例えば、第2電流変換器38A(38B,38C,38D)の電流値を例えば3000倍することによって発電出力ライン8A(8B,8C.8D)を流れる実際の電流の1/X倍の電流値を求めることができ、また電圧は燃料電池4の発電出力ライン8A(8B,8C,8D)から求めることができ、この1/X倍の電流値及び電圧値から燃料電池4の発電出力の1/X倍の電力PA/X(PB/X,PC/X,PD/X)を求めることができる。
Further, the electric power flowing through the power
この実施形態では、第1電流変換器36A(36B,36C,36D)と第2電流変換器38A(38B,38C,38D)とが逆接続されているので、第1電流変換器36A(36B,36C,38D)及び第2電流変換器38A(38B,38C,38D)の検知電流に基づいて演算される電力QA(QB,QC.QD)は、購入電力Zと燃料電池4の発電出力の1/X倍の電力PA/X(PB/X,PC/X,PD/X)との差電力(QA=Z−PA/X)〔(QB=Z−PB/X),(QC=Z−PC/X),(QD=Z−PD/X)〕となる。
In this embodiment, since the first
このように商用電力ライン30の電力(購入電力Z)及び複数の燃料電池ユニット2A,2B,2C,2Dの発電出力PA,PB,PC,PDを監視して燃料電池4の発電出力を制御することによって、複数の燃料電池ユニット2A,2B,2C,2Dの発電出力が実質上均等となって安定して出力することができるとともに、複数の燃料電池システム2A〜2D全体の発電効率を高めることができる。
In this way, the power (purchased power Z) of the
〔並列運転したときのシミュレーション〕
次に、図4及び図5を参照して、複数(この実施形態では、4台)の燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力が均等となるように運転制御した方がシステム全体として発電効率が高くなることを説明する。図4は、燃料電池4として例えば定格発電出力700Wの固体酸化物形燃料電池を用いたときの発電出力と発電効率との関係を示しており、この図4を用いて4台の燃料電池システム2A〜2Dの発電出力を分散させた場合と上述した実施形態のようにそれらの発電出力を均等にした場合とにおける発電効率のシミュレーション結果は、図5に示す通りであった。図5においては、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力を分散させた場合における各燃料電池ユニット2A〜2Dの発電効率を平均した平均発電効率と、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力を均等させた場合における各燃料電池ユニット2A〜2Dの平均発電出力での発電効率とを比較し、均等させた場合の方がシステム全体として発電効率が高いとの結果となった場合、判定欄に「1」として表示した。
[Simulation for parallel operation]
Next, referring to FIG. 4 and FIG. 5, the power generation efficiency of the entire system is better when operation control is performed so that the power generation outputs of a plurality (four in this embodiment) of
例えば、図5の第1段目では、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の発電出力が83W(564W,153W,696W)で、このときの発電効率が15.40%(44.01%,24.10%,46.03%)であるとき、システム全体の平均発電効率が37.71%となる。また、このときの燃料電池ユニット2A〜2Dの平均発電出力は374.00Wで、このときの各燃料電池ユニット2A〜2Dの発電効率が37.97%であり、システム全体の発電効率を対比すると、燃料電池システム2A〜2Dの発電出力を均等させた方が0.26%発電効率が高いことを示している。
For example, in the first stage of FIG. 5, the power generation output of the
このような発電効率の対比のシミュレーションを100パターンの乱数データを用いて複数回解析し、図5は、この解析結果の一部を示したものである。この解析結果を総合すると、判定欄に示すように、燃料電池システム2A〜2Dの発電出力を均等させた方が約7割(シミュレーション結果では、71%の割合)の確率で発電効率が高くなるという結果が得られた。この結果に基づくと、上述したように第1電流変換器36A〜36D及び第2電流変換器38A〜38Dの検知電流に基づいて対応する燃料電池4の発電出力を均等となるように制御することによって、複数の燃料電池システム2A〜2D全体の発電効率を高めることができる。
Such a simulation of the comparison of power generation efficiency was analyzed a plurality of times using 100 patterns of random number data, and FIG. 5 shows a part of the analysis result. Summarizing the analysis results, as shown in the determination column, the power generation efficiency increases with a probability of approximately 70% (71% in the simulation result) when the power generation outputs of the
ここで、図6及び図7を参照して、変流器40A〜40Dの変流比(X)について検討する。図6(a)〜(d)において、実線Fは電力負荷12の変化を示し、実線Tは燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力の変化を示し、また実線A(B,C,D)は燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の発電出力の変化を示している。尚、このシミュレーションにおいては、燃料電池ユニット2D、燃料電池ユニット2C、燃料電池ユニット2B及び燃料電池ユニット2Aの順に性能が高い(性能の高い順:2D>2C>2B>2A)(即ち、出力上昇速度が速い)ものとしている。
Here, with reference to FIG.6 and FIG.7, current transformation ratio (X) of
図6から理解されるように、変流器40A〜40Dの変流比Xが燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力に影響し、変流器40A〜40Dの変流比Xが大きくなると、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力Tは、ほぼ電力負荷Fに到達する〔(図6(b)、(c)及び(d)参照)〕が、これらの変流比Xが小さくなると、燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力Tは電力負荷Fに到達せず〔図6(a)参照〕、システム全体の稼働効率が悪くなり、商用電力ライン30と通しての購入電力Zが増えるようになる。一方、変流器40A〜40Dの変流比Xが大きくなると、燃料電池ユニットの発電出力が非常に不安定になったり〔図6(c)参照〕、この変流比Xが更に大きくなると、性能の低い2台の燃料電池ユニット2A,2Bの発電出力がほとんどゼロ(零)となり〔図6(d)参照〕、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力を均等にすることができなくなるが、この変流比Xが小さくなると、燃料電池ユニットの発電出力が安定するようになる〔図6(a)及び(b)参照〕とともに、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力が均等になる。
As understood from FIG. 6, when the current transformation ratio X of the
ここで、燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力Tに着目し、変流器40A〜40Dの変流比Xとこの合計発電出力Tとの関係をシミュレーションすると、図7に示す通りの結果となった。図7から明らかなように、変流器40A〜40Dの変流比Xが小さくなると、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力Tが幾分小さくなることが判った。
Here, paying attention to the total power generation output T of the
図6及び図7に示す結果から、変流器40A〜40Dの変流比Xについては、複数の燃料電池ユニット2A〜2Dの合計発電出力Tの幾分の低下を考慮しなければ1〜100の範囲である(1≦X≦100)のが望ましく、この合計発電出力Tの幾分の低下を考慮すると、3〜100の範囲である(3≦X≦100)であるのが望ましい。
From the results shown in FIGS. 6 and 7, the current transformation ratio X of the
図8は、電力負荷12が充分である(例えば、電力負荷:3000W)場合における経過時間と4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力の変化状態との関係を示し、図8に示すように、最終的に4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの全てが定格発電出力運転(発電出力:700W)となることが確認できた。
FIG. 8 shows the relationship between the elapsed time when the
図9(a)及び(b)は、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dの出力上昇速度が同じで、出力下降速度に差がある場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、燃料電池ユニット2D、燃料電池ユニット2C、燃料電池ユニット2B及び燃料電池ユニット2Aの順に出力下降速度が大きい(出力下降速度が大きい順:2D>2C>2B>2A)ものとしている。
FIGS. 9A and 9B show simulation results when the output increase speeds of the four
図9から明らかなように、この出力下降速度が小さい方が燃料電池ユニットの発電出力が高めになり〔図9(a)参照〕、また変流器40A〜40Dの変流比が小さい方が各燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力差が小さくなることが判った。
As is clear from FIG. 9, the power output of the fuel cell unit is higher when the output lowering speed is smaller (see FIG. 9A), and the current transformation ratio of the
図10(a)及び(b)は、電気負荷12の負荷状態が変動したときの燃料電池ユニット2A〜2Dの挙動状態のシミュレーション結果を示している。図10(a)及び(b)から明らかなように、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dは、それらの発電出力が負荷変動に追従するように稼働し、変流器40A〜40Dの変流比Xが100である場合及びそれらの変流比Xが30である場合、これら燃料電池ユニット2A〜2Dの挙動はほとんど同じであることが確認できた。
FIGS. 10A and 10B show simulation results of the behavioral states of the
図11は、4台の燃料電池ユニット2A〜2Dのうち一台がトリップしたときのシミュレーション結果を示している。この例では、経過時間500sにおいて燃料電池ユニット2Aがトリップしたときの残り3台の燃料電池ユニット2B〜2Dの発電出力の出力状態を示している。このシミュレーションでは、燃料電池ユニット2D、燃料電池ユニット2C、燃料電池ユニット2B及び燃料電池ユニット2Aの順に性能が高い(性能が高い順:2D>2C>2B>2A)ものとしている。
FIG. 11 shows a simulation result when one of the four
図11から明らかなように、例えば燃料電池ユニット2Aがトリップした場合、残りの3台の燃料電池ユニット2B〜2Dの発電出力が増大し、これら燃料電池ユニット2B〜2Dの合計発電出力が電力負荷12の負荷にほぼ到達して稼働され、1台の燃料電池ユニット2Aがトリップした場合においても問題なく稼働できることが確認できた。
As is clear from FIG. 11, for example, when the
図12(a)〜(d)は、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力が±2W内で上下に変動する(所謂、ゆらぎが生じる)場合のシミュレーション結果を示している。尚、このシミュレーションにおいても、燃料電池ユニット2D、燃料電池ユニット2C、燃料電池ユニット2B及び燃料電池ユニット2Aの順に性能が高い(性能が高い順:2D>2C>2B>2A)ものとしている。
FIGS. 12A to 12D show simulation results when the power generation outputs of the
図12(a)〜(d)から明らかなように、変流器40A〜40Dの変流比Xが100であると、発電出力のゆらぎの影響を受けて燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力が不安定になり、これらの変流比Xが30になると、このゆらぎの影響が少なくなって燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力の不安定さがある程度解消され、そして、この変流比が10まで下がると、このゆらぎの影響がほとんどなくなって燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力が安定するようになる。このようなことから、燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力のゆらぎを考慮した場合、変流器40A〜40Dの変流比Xは30以下である(X≦30)であるのが好ましい。
As apparent from FIGS. 12A to 12D, when the current transformation ratio X of the
上述した燃料電池ユニット2A〜2Dの各々の燃料電池4の発電出力は、対応する発電出力制御手段6によって図3に示すようにして同様に制御される。図1及び図2とともに図3を参照して、例えば燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の発電出力の制御について説明すると、第1電流変換器36Aが商用電力ライン30を流れる電流を検知し(ステップS1)、第2電流変換器38Aが燃料電池4の発電出力ライン8Aを流れる電流を検知する(ステップS2)。この実施形態では、第1電流変換器36Aは、商用電力ライン30を流れる実際の電流の1/3000倍の電流値を検知する。また、燃料電池4の発電出力ライン8Aを流れる電流は、変流器40Aによって1/X倍(X:変流比)の電流値に変流され、第2電流変換器38Aは、変流器40Aにより変流された電流値の1/3000倍の電流値、即ち発電出力ライン8Aを流れる電流の実際の電流値の1/3000X倍の電流値を検知する。
The power generation output of each
第1及び第2電流変換器36A,38Aからの検知電流は発電出力制御手段6に送給される。このとき、第1電流変換器36Aと第2電流変換器38Aとは電気的に並列に且つ逆接続されているので、第1及び第2電流変換器36A,38Aの差電流(所謂、差信号)が発電出力制御手段6に送給される。そして、発電出力制御手段6の電力値演算手段24は、この差信号に基づいて電力値、即ち、〔購入電力(Z)−1/X倍の発電出力(PA/X)〕を演算する(ステップS3)。
The detected currents from the first and second
その後、電力値演算手段24により演算した電力値〔購入電力(Z)−1/X倍の発電出力(PA/X)〕に基づいて作動制御手段26は逆潮流の防止判定を行う(ステップS4)。 Thereafter, the operation control means 26 determines whether to prevent reverse power flow based on the power value [purchased power (Z) -1 / X times power generation output (PA / X)] calculated by the power value calculation means 24 (step S4). ).
この判定においては、(Z−PA/X)がYより大きいか、小さいかでもって判定する(ここで、Z:購入電力、PA:燃料電池ユニット2Aの発電出力、X:変流器40Aの変流比、Y:逆潮流防止判定値)。
In this determination, determination is made based on whether (Z-PA / X) is larger or smaller than Y (where Z: purchased power, PA: power generation output of the
この判定結果が(Z−PA/X)>Yであると、燃料電池ユニット2A(即ち、燃料電池4)の発電出力が小さくて購入電力Zが大きくなっていると判定し、この場合ステップS5からステップS6に進み、発電出力制御手段6は発電出力が増大するように燃料電池4を制御する。即ち、作動制御手段26は、燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22を回転数が増大するように制御し、このように制御することによって、燃料電池セルスタック16への燃料ガス及び空気並びに改質器(図示せず)への改質水の供給量が増え、燃料電池4の発電出力が増大する。
If this determination result is (Z−PA / X)> Y, it is determined that the power generation output of the
一方、この判定結果が(Z−PA/X)<Yであると、燃料電池ユニット2A(即ち、燃料電池4)の発電出力が大きくて購入電力Zが小さくなっていると判定し、この場合ステップS5からステップS7を経てステップS8に進み、発電出力制御手段6は発電出力が減少するように燃料電池4を制御する。即ち、作動制御手段26は、燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22を回転数が減少するように制御し、このように制御することによって、燃料電池セルスタック16への燃料ガス及び空気並びに改質器(図示せず)への改質水の供給量が減り、燃料電池4の発電出力が減少し、逆潮流の発生が防止される。
On the other hand, if this determination result is (Z−PA / X) <Y, it is determined that the power generation output of the
また、この判定結果が(Z−PA/X)=Yであると、燃料電池ユニット2A(即ち、燃料電池4)の発電出力が購入電力Zとの関係で適切であると判定し、この場合、ステップS5からステップS7を経てステップS9に移り、発電出力制御手段6は発電出力が維持されるように燃料電池4を制御する。即ち、作動制御手段26は、燃料ガス供給ポンプ18、空気供給ブロア20及び改質水供給ポンプ22の回転数をそのままの状態に維持し、これにより、燃料電池4の発電出力が維持される。
If this determination result is (Z−PA / X) = Y, it is determined that the power generation output of the
このように燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)を制御することによって、購入電力Zを一定にして発電出力が変動しても逆潮流を防止することができる。
By controlling the
以上、本発明に従う燃料電池ユニットの並列運転システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。 The embodiment of the fuel cell unit parallel operation system according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
例えば、上述した実施形態では、実質上同じ構成の4台の燃料電池ユニット2A〜2D(燃料電池4として例えば定格発電出力700Wの固体酸化物形燃料電池)を用いた並列運転システムに適用して説明したが、このような構成に限定されず、実質上同じ構成の燃料電池ユニットを2台又は3台、或いは5台以上用いた並列運転システムにも同様に適用することができる。
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a parallel operation system using four
また、このような並列運転システムは、種類の異なる(例えば、定格発電出力が異なる、燃料電池の電池種類が異なるなど)燃料電池ユニットを2台又は3台以上組み合わせたシステムにも同様に適用することができる。 In addition, such a parallel operation system is similarly applied to a system in which two or three or more fuel cell units are combined in different types (for example, different rated power output or different fuel cell types). be able to.
〔2台を並列運転したときのシミュレーション〕
次に、定格発電出力が異なる2台の燃料電池ユニット2G,2Hを用いた並列運転システムに適用してシミュレーションした結果を説明する。このシミュレーションにおいては、定格発電出力700Wの燃料電池を備えた燃料電池ユニット2Gと定格発電出力500Wの燃料電池を備えた燃料電池ユニット2Hとを用いた並列運転システムに適用している。
[Simulation when two units are operated in parallel]
Next, a simulation result applied to a parallel operation system using two fuel cell units 2G and 2H having different rated power generation outputs will be described. This simulation is applied to a parallel operation system using a fuel cell unit 2G having a fuel cell with a rated power output 700W and a fuel cell unit 2H having a fuel cell with a rated power output 500W.
図13(a)〜(d)において、実線Fは電力負荷12の変化を示し、実線Tは燃料電池ユニット2G,2Hの合計発電出力の変化を示し、また実線G(H)は燃料電池ユニット2G(2H)の発電出力の変化を示している。尚、このシミュレーションでは、変流器の変流比Xが10で、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの燃料電池の出力上昇速度が同じであるとし、この条件は、図14及び図15で示すシミュレーション結果でも同じである。
13A to 13D, a solid line F indicates a change in the
図13から明らかなように、変流比Xが10である場合、負荷が一定であると、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力も非常に安定している。また、負荷が小さいときは、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力は同じになり、〔図13(a)及び(b)参照〕、負荷が上昇して一方の燃料電池ユニット2Hが定格発電出力(500W)に達すると、それを超える負荷変動に対しては他の燃料電池ユニット2Gの発電出力が定格発電出力(700W)に達するまで上昇することが判った〔図13(c)及び(d)参照〕。 As is clear from FIG. 13, when the current transformation ratio X is 10, the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H is very stable when the load is constant. When the load is small, the power generation outputs of the two fuel cell units 2G and 2H are the same (see FIGS. 13 (a) and (b)), and the load increases and one fuel cell unit 2H becomes It has been found that when the rated power output (500 W) is reached, the power generation output of the other fuel cell unit 2G increases until the rated power output (700 W) is reached for load fluctuations exceeding that [FIG. 13 (c). And (d)].
図14(a)〜(c)は、電力負荷800Wの状態において変流器の変流比Xを変えたときのシミュレーション結果を示している。図14から理解されるように、変流比Xを1、100及び1000と変えても変流比10のとき(図13のシミュレーション結果)と同様に、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力は均等で安定している(図14(a)〜(c)において二つの燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が重なっている)が、変流比が大きくなる(例えば、変流比Xが1000である)と、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの合計発電出力が大きくなって電力負荷に近づくようになる〔図14(c)参照〕が、変流器の変流比Xが1である場合、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの合計発電出力は電力負荷よりも小さくなり、システム全体としての稼働効率が低下することが判った。
FIGS. 14A to 14C show the simulation results when the current transformer ratio X of the current transformer is changed in the state of the
図15(a)〜(c)は、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が±2W内で上下に変動する(所謂、ゆらぎが生じる)場合のシミュレーション結果を示している。図15(a)〜(c)から明らかなように、変流器の変流比Xが1000であると、発電出力のゆらぎの影響を受けて燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が非常に不安定になるが、この変流比Xが100まで下がると、このゆらぎの影響が少なくなって燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力の不安定さがある程度解消され、そして、この変流比が1になると、このゆらぎの影響がなくなって燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が安定するようになる。このようなことから、発電出力の異なる2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力のゆらぎを考慮した場合、変流器の変流比Xは100以下であるのが好ましい。 FIGS. 15A to 15C show simulation results when the power generation outputs of the fuel cell units 2G and 2H fluctuate up and down within ± 2 W (so-called fluctuation occurs). As is apparent from FIGS. 15A to 15C, when the current transformer ratio X of the current transformer is 1000, the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H is extremely affected by the fluctuation of the power generation output. However, when the current transformation ratio X is reduced to 100, the influence of this fluctuation is reduced, and the instability of the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H is resolved to some extent. When 1, the influence of this fluctuation is eliminated and the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H becomes stable. For this reason, when considering fluctuations in the power generation output of the two fuel cell units 2G and 2H having different power generation outputs, the current transformation ratio X of the current transformer is preferably 100 or less.
また、図16は、定格発電出力700Wの燃料電池を備えた燃料電池ユニット2Gと定格発電出力500Wの燃料電池を備えた燃料電池ユニット2Hとを用い、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力上昇速度が異なる(この例では、燃料電池ユニット2Gの方が他の燃料電池ユニット2Hよりも発電出力上昇速度が大きい)場合のシミュレーション結果を示している。尚、図17及び図18も上述した同様の条件である。 FIG. 16 shows the power generation of two fuel cell units 2G and 2H using a fuel cell unit 2G having a fuel cell with a rated power output 700W and a fuel cell unit 2H having a fuel cell with a rated power output 500W. The simulation results are shown when the output increase speed is different (in this example, the fuel cell unit 2G has a higher power generation output increase speed than the other fuel cell units 2H). 17 and 18 also have the same conditions as described above.
図16(a)〜(d)において、実線Fは電力負荷12の変化を示し、実線Tは燃料電池ユニット2G,2Hの合計発電出力の変化を示し、また実線G(H)は燃料電池ユニット2G(2H)の発電出力の変化を示している。尚、このシミュレーションでは、変流器の変動比Xが10である。
16A to 16D, a solid line F indicates a change in the
図16から明らかなように、変流比Xが10である場合、図13のシミュレーション結果とほぼ同様に、負荷が一定であると、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力も非常に安定している。また、負荷が小さいときは、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力は同じになり、〔図16(a)及び(b)参照〕、負荷が上昇して一方の燃料電池ユニット2Hが定格発電出力(500W)に達すると、それを超える負荷変動に対しては他の燃料電池ユニット2Gの発電出力が定格発電出力(700W)に達するまで上昇した〔図16(c)及び(d)参照〕。 As is clear from FIG. 16, when the current transformation ratio X is 10, the power generation outputs of the fuel cell units 2G and 2H are very stable when the load is constant, as in the simulation result of FIG. Yes. When the load is small, the power generation outputs of the two fuel cell units 2G and 2H are the same (see FIGS. 16 (a) and (b)), and the load increases so that one fuel cell unit 2H When the rated power generation output (500 W) is reached, the power generation output of the other fuel cell unit 2G rises until the rated power generation output (700 W) is reached for load fluctuations exceeding that [FIGS. 16 (c) and (d). reference〕.
図17(a)〜(c)は、変流器の変流比Xを変えたときのシミュレーション結果を示している。図17から理解されるように、変流比Xが1及び100のときには、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力は安定しているが、変流比が大きくなる(例えば、変流比Xが1000である)と、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が非常に不安定となり〔図17(c)参照〕、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が均等とならず、このようなことから、変流器の変流比Xは100以下であるのが望ましい。尚、変流器の変流比Xが1である場合、図14のシミュレーション結果と同様に、2台の燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力は均等となっているが、これら燃料電池ユニット2G,2Hの合計発電出力が負荷より小さくなり、システム全体としての稼働効率が低下する。 FIGS. 17A to 17C show simulation results when the current transformation ratio X of the current transformer is changed. As can be understood from FIG. 17, when the current transformation ratio X is 1 and 100, the power generation outputs of the fuel cell units 2G and 2H are stable, but the current transformation ratio increases (for example, the current transformation ratio X is 1000), the power generation outputs of the two fuel cell units 2G and 2H become very unstable (see FIG. 17C), and the power generation outputs of the two fuel cell units 2G and 2H are not equal. For this reason, the current transformer ratio X of the current transformer is desirably 100 or less. When the current transformation ratio X of the current transformer is 1, the power generation outputs of the two fuel cell units 2G and 2H are equal as in the simulation result of FIG. 14, but these fuel cell units 2G , 2H total power generation output becomes smaller than the load, and the operating efficiency of the entire system is reduced.
図18(a)〜(c)は、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が±2W内で上下に変動する(所謂、ゆらぎが生じる)場合のシミュレーション結果を示している。図18(a)〜(c)から明らかなように、変流器の変流比Xが1000であると、発電出力のゆらぎの影響を受けて燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が非常に不安定になるが、この変流比Xが100まで下がると、このゆらぎの影響が少なくなって燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力の不安定さがある程度解消され、そして、この変流比が1になると、このゆらぎの影響がなくなって燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力が安定するようになる。このようなことから、燃料電池ユニット2G,2Hの発電出力のゆらぎを考慮した場合、変流器の変流比Xは100以下であるのが好ましい。 FIGS. 18A to 18C show simulation results when the power generation outputs of the fuel cell units 2G and 2H fluctuate up and down within ± 2 W (so-called fluctuation occurs). As is clear from FIGS. 18A to 18C, when the current transformer ratio X of the current transformer is 1000, the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H is extremely affected by the fluctuation of the power generation output. However, when the current transformation ratio X is reduced to 100, the influence of this fluctuation is reduced, and the instability of the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H is resolved to some extent. When 1, the influence of this fluctuation is eliminated and the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H becomes stable. For this reason, when considering fluctuations in the power generation output of the fuel cell units 2G and 2H, the current transformer ratio X of the current transformer is preferably 100 or less.
〔4台を並列運転したときの実証実験〕
次に、上述したシミュレーション結果を確認するために、図1及び図2に示す並列運転システムを用いて次の通りの実証実験を行った。燃料電池ユニット2K〜2Nとして定格発電出力700Wの固体酸化物形燃料電池ユニット(それらの発電出力は、±数W内で上下に変動する)を4台用い、また各燃料電池ユニット2K〜2Nの変流器40A〜40Dとして変流比10と変流比100の2種類のものを用い、変流比10のものについては、二次側はCTが3ターンまでクリップできるように導線で短絡し、また変流比100のものについては、二次側は5ターンまでクリップできるように導線で短絡した。用いた燃料電池ユニット2K〜2Nは、燃料電池ユニット2K、燃料電池システム2L、燃料電池システム2M及び燃料電池システム2Nの順にシステム性能が高かった(2K>2L>2M>2N)。
[Demonstration experiment when four units are operated in parallel]
Next, in order to confirm the simulation results described above, the following demonstration experiment was performed using the parallel operation system shown in FIGS. 1 and 2. As the fuel cell units 2K to 2N, four solid oxide fuel cell units having a rated power output of 700 W (the power generation outputs fluctuate up and down within a few W) are used, and each of the fuel cell units 2K to 2N is used. Two types of
変流比10の変流器40A〜40Dについては、これらを並列運転システムの分電盤に取り付け、変流器40A〜40DのCTを1ターン(変流比:10)、2ターン(変流比:5)及び3ターン(変流比:3.3)と順にクリップさせて各種データを取得した。また、変流比100の変流器40A〜40Dについては、変流比10ものものに代えて分電盤に取り付け、変流器40A〜40DのCTを1ターン(変流比:100)、2ターン(変流比:50)3ターン(変流比:33)及び5ターン(変流比:20)と順にクリップさせて各種データを取得した。尚、変流比1の場合については、変流器40A〜40Dを介さずにCTを直接発電出力ライン(8A〜8D)にクリップさせてデータを取得し、また変流比∞の場合については、変流器40A〜40DのCTの二次側ライン(検知電流ライン)を回路から切り離してデータを取得した。
For the
電力負荷を800Wに設定したときの各種取得データは、図19に示す通りであり、また電力負荷を1600W(又は2400W)に設定したときの各種取得データは、図20(又は図21)に示す通りであり、また電力負荷を2800Wを超える値(3500W、3000W、4000W)に設定したときの取得データは、図22に示す通りであった。図19〜図22において、実線Fは電力負荷12の変化を示し、実線Tは燃料電池ユニット2K〜2Nの合計発電出力の変化を示し、実線Jはシステムの発電効率を示し、また実線K,L,M,Nは燃料電池ユニット2K,2L,2M,2Nの発電出力の変化を示している。
The various acquired data when the power load is set to 800 W is as shown in FIG. 19, and the various acquired data when the power load is set to 1600 W (or 2400 W) is shown in FIG. 20 (or FIG. 21). The obtained data when the power load is set to a value exceeding 3800 W (3500 W, 3000 W, 4000 W) was as shown in FIG. 19 to 22, a solid line F indicates a change in the
この実証実験の結果、図19〜図21から明らかなように、電力負荷12が2800W(定格発電出力の合計発電出力)より小さい場合、変流器40A〜40Dの変流比が33より小さいと、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの発電出力はほぼ均一になってシステム全体の発電効率を高く維持することができるが、この変流比が50を超えると、電力負荷12が小さくなるほど4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの発電出力が大きくずれてシステム全体の発電効率が低下することが確認できた。変流器40A〜40Dの変流比が1であるときには、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの発電出力はほぼ均一となるが、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの合計発電出力は、電力負荷12よりも大きく下がり、その結果としてシステム全体の発電効率が低下し、これらのことをも含めて上述したシミュレーション結果と同様の実証実験結果が得られた。
As a result of this demonstration experiment, as apparent from FIGS. 19 to 21, when the
また、電力負荷12が2800W(定格発電出力の合計発電出力)を超える場合、図22より明らかなように、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nは、変流器40A〜40Dの変流比の影響を受けることなく定格発電出力(700W)でもって稼働した。
When the
上述した検証実験の結果を利用してシステムの発電出力(合計発電出力)とシステムの発電効率との関係を示すと、図23で示す通りとなる。この図23より明らかなように、電力負荷12が変動しても発電効率が高い状態でシステムを稼働させるには、変流器40A〜40Dの変流比が3.3〜33の範囲が望ましく、この変流比が3.3〜20の範囲がより望ましく、この実証実験結果は、上述したシミュレーション結果とほぼ一致する。
FIG. 23 shows the relationship between the power generation output of the system (total power generation output) and the power generation efficiency of the system using the result of the verification experiment described above. As is clear from FIG. 23, in order to operate the system with high power generation efficiency even when the
図24は、変流比が10である場合における電力負荷12とシステムの発電効率との関係を示し、実線KPは4台の燃料電池ユニット2K〜2Nを並列運転したときの発電効率を示し、実線KSは、燃料電池ユニットを単独運転したときの発電出力を4倍したときの発電効率との関係を示している。この図24から明らかなように、変流器40A〜40Dの変流比を10(換言すると、10前後の範囲)に設定したとき、燃料電池ユニット2K〜2Nの合計発電出力のほぼ全域において単独運転したときの燃料電池システムの発電効率(単独運転の発電出力を4倍した発電出力における発電効率)よりも高くなっている。このことより、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの発電出力がほぼ均等であること、4台の燃料電池ユニット2K〜2Nの発電効率がほぼ全ての発電出力領域において単独運転の発電効率よりも高くなっていることを考慮すると、変流器40A〜40Dの最適な変流比は、10前後であることが判る。
FIG. 24 shows the relationship between the
〔燃料電池ユニットの並列運転システムの第2の実施形態〕
次に、図25を参照して、燃料電池ユニットの並列運転システムの第2の実施形態について説明する。図25において、この第2の実施形態の並列運転システムでは、燃料電池ユニット2A〜2Dの各々に対応して設けられる第2電流変換器52A〜52Dに改良が施され、この第2電流変換器52A〜52Dに変流器(図示せず)が組み込まれ、この実施形態における第2電流変換器52A〜52Dは、図1及び図2の実施形態における第2電流変換器38A〜38Dと変流器40A〜40Dとが一体的に構成されている。このような第2電流変換器52A〜52Dを用いても上述したと同様の作用効果を達成することができる。
[Second Embodiment of Parallel Operation System of Fuel Cell Units]
Next, a second embodiment of the fuel cell unit parallel operation system will be described with reference to FIG. In FIG. 25, in the parallel operation system of the second embodiment, the second
〔燃料電池ユニットの並列運転システムの第3の実施形態〕
次に、図26及び図27を参照して、燃料電池ユニットの並列運転システムの第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態の並列運転システムでは、燃料電池システム2A〜2Dが並列運転と単独運転の双方の運転に適用できるように構成されている。
[Third embodiment of parallel operation system of fuel cell units]
Next, with reference to FIG.26 and FIG.27, 3rd Embodiment of the parallel operation system of a fuel cell unit is described. In the parallel operation system of the third embodiment, the
図26及び図27において、第3の実施形態の並列運転システムにおいては、各燃料電池ユニット2A〜2Dの第2電流変換器38A〜38Dに関連してスイッチ手段62A〜62Dが設けられている。第2電流変換器38A(38B,38C,38D)は、燃料電池ユニット2A(2B,2C,2D)の発電出力ライン8A(8B,8C,8D)のU相ライン64及びV相ライン65に配設されている。このことに関連して、第1電流変換器36A(36B、36C,36D)は、商用電力ライン30のU相ライン66及びV相ライン67に配設されている。尚、燃料電池ユニット2A〜2D、第1電流変換器36A〜36D及び第2電流変換器38A〜38Dに関する構成は実質上同一であり、以下それらの一組の構成、即ち燃料電池ユニット2A(2B〜2D)、第1電流変換器36A(36B、36C,36D)及び第2電流変換器38A(38B、38C,38D)について説明する。
26 and 27, in the parallel operation system of the third embodiment, switch means 62A to 62D are provided in relation to the second
商用電力ライン30のU相ライン66(又はV相ライン67)に配設された第1電流変換器36AU(又は36AV)のk側出力端子(第1出力端子)が第1電流ライン70(又は71)を介して発電出力制御手段6のK側入力端子(第1入力端子)に電気的に接続され、そのl側出力端子(第2出力端子)が第2電流ライン72(又は73)を介して発電出力制御手段6のL側入力端子(第2入力端子)に電気的に接続されている。
The k-side output terminal (first output terminal) of the first current converter 36AU (or 36AV) disposed on the U-phase line 66 (or V-phase line 67) of the
また、発電出力ライン8AのU相ライン64(又はV相ライン65)に配設された第2電流変換器38AU(又は38AV)のk側出力端子(第1出力端子)が第3電流ライン74(又は75)を介して第1電流変換器36AU(又は36AV)からの第2電流ライン72(又は73)に電気的に接続され、そのl側出力端子(第2出力端子)が第4電流ライン76(又は77)を介して第1電流変換器36AU(又は36AV)からの第1電流ライン70(又は71)に電気的に接続されている。従って、この実施形態においても、上述したと同様に、発電出力ライン8AのU相ライン64(又はV相ライン65)に配設された第2電流変換器38AU(又は38AV)は、商用電力ライン30のU相ライン66(又はV相ライン67)に配設された第1電流変換器36AU(又は36AV)に対して電気的に並列に逆接続されている。
Further, the k-side output terminal (first output terminal) of the second current converter 38AU (or 38AV) disposed in the U-phase line 64 (or V-phase line 65) of the power
この実施形態においては、第2電流変換器38A〜38Dとして、図25に示す実施形態で用いたもの(即ち、変流器が予め組み込まれたもの)を用いているが、図1及び図2に示す形態で用いたもの(即ち、変流器が組み込まれてなく、別途変流器を設ける必要のあるもの)を用いるようにしてもよく、この場合、上述したと同様にして用いることができる。
In this embodiment, as the second
この形態では、スイッチ手段62A(62B,62C,62D)は、第2電流変換器38AU,38AV(38BU,38BV、38CU,38CV、38DU,38DV)からの第3電流ライン74,75及び第4電流ライン76,77に配設されている。このスイッチ手段62A(62B,62C,62D)は、図26及び図27に示すように、複数の燃料電池ユニット2A〜2Dを並列運転する場合には閉状態(オン状態)に保持され、また燃料電池ユニット2A〜2Dの1つを単独運転する場合には開状態(オフ状態)に保持される。この第3の実施形態のその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。
In this embodiment, the switch means 62A (62B, 62C, 62D) includes the third
この第3の実施形態において、並列運転するためにスイッチ手段62A(62B,62C,62D)を閉状態に保持すると、図27から理解される如く、第2電流変換器38AU,38AV(38BU,38BV、38CU,38CV、38DU,38DV)の検知電流が第3電流ライン74,75及び第4電流ライン76,77を介して発電電力制御手段6に送給され、従って、複数の燃料電池ユニット2A〜2Dは、第1電流変換器36AU,36AV(36BU,36BV、36CU,36CV、36DU,36DV)及び第2電流変換器38AU,38AV(38BU,38BV、38CU,38CV、38DU,38DV)の検知電流に基づいて運転制御され(即ち、発電出力が制御され)、これによって、燃料電池ユニット2A〜2D)の発電出力がほぼ均等となるように運転制御され、システム全体の発電効率を高めて運転することができる。
In the third embodiment, when the switch means 62A (62B, 62C, 62D) is held in the closed state for parallel operation, the second current converters 38AU, 38AV (38BU, 38BV) as understood from FIG. , 38CU, 38CV, 38DU, 38DV) is supplied to the generated power control means 6 through the third
一方、単独運転するためにスイッチ手段62A(62B,62C,62D)を開状態にすると、第2電流変換器38AU,38AV(38BU,38BV、38CU,38CV、38DU,38DV)の検知電流が発電出力制御手段6に送給されず、従って、燃料電池ユニット2A(又は2B,2C,2D)は第1電流変換器36A(又は36B,36C,36D)からの検知電流に基づいて運転制御され(即ち、発電出力が制御され)、所要の通りに単独運転することができる。
On the other hand, when the switch means 62A (62B, 62C, 62D) is opened for independent operation, the detection current of the second current converters 38AU, 38AV (38BU, 38BV, 38CU, 38CV, 38DU, 38DV) is generated. Therefore, the
このように燃料電池ユニット2A〜2Dの第2電流変換器38A〜38Dに関連してスイッチ手段62A〜62Dを設けることによって、燃料電池ユニット2A〜2Bに改良を施すことなく、単独運転及び複数台による並列運転に適用することができる。
In this way, by providing the switch means 62A to 62D in relation to the second
〔燃料電池ユニットの並列運転システムの第4の実施形態〕
次に、図28を参照して、燃料電池ユニットの並列運転システムの第4の実施形態について説明する。この第4の実施形態の並列運転システムでは、2つのスイッチ手段、即ち第1及び第2スイッチ手段が設けられている。
[Fourth Embodiment of Fuel Cell Unit Parallel Operation System]
Next, a fourth embodiment of the fuel cell unit parallel operation system will be described with reference to FIG. In the parallel operation system of the fourth embodiment, two switch means, that is, first and second switch means are provided.
図28において、この第4の実施形態においては、第1スイッチ手段62A(62B,62C,62D)は、第3の実施形態と同様に、第2電流変換器38AU,38AV(38BU,38BV、38CU,38CV、38DU,38DV)からの第3電流ライン74,75及び第4電流ライン76,77に配設されている。また、第1スイッチ手段62A(62B,62C,62D)の配設部位よりも第2電流変換器38A(38B,38C,38D)側に、第3電流ライン74,75と第4電流ライン76,77とを接続する接続ライン84,85が設けられ、かかる接続ライン84,85に第2スイッチ手段82A(82B,82C,82D)が設けられている。この第4の実施形態のその他の構成は、上述した第3の実施形態と実質上同一である。
In FIG. 28, in the fourth embodiment, the first switch means 62A (62B, 62C, 62D) is similar to the third embodiment in that the second current converters 38AU, 38AV (38BU, 38BV, 38CU) , 38CV, 38DU, 38DV) from the third
この第4の実施形態においては、複数の燃料電池ユニット2A〜2Dを並列運転する場合、図28に示すように、燃料電池ユニット2A〜2Dの第1スイッチ手段62A〜62Dが閉状態(オン状態)に保持されるとともに、それらの第2スイッチ手段82A〜82Dが開状態(オフ状態)に保持される。この接続状態においては、第2電流変換器38AU〜38DU,38AV〜38DVの検知電流が第3電流ライン74,75及び第4電流ライン76,77を介して発電出力制御手段6に送給され、従って、発電出力制御手段6は、第1電流変換器36AU〜36DU,36AV〜36DV及び第2電流変換器38AU〜38DU,38AV〜38DVの検知電流に基づいて燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力を制御し、これによって、複数の燃料電池ユニット2A〜2Dの発電出力がほぼ均等となるように運転され、システム全体の発電効率を高めて運転することができる。
In the fourth embodiment, when the plurality of
一方、燃料電池ユニット2A〜2Dの1つを単独運転する場合、第1スイッチ手段62A〜62Dが開状態に保持されるとともに、第2スイッチ手段82A〜82Dが閉状態に保持される。この接続状態においては、第3電流ライン74,75と第4電流ライン76,77とが短絡されて第2電流変換器38AU〜38DU、38AV〜38DVからの検知電流が発電出力制御手段6に送給されず、従って、燃料電池ユニット2A(又は2B,2C,2D)は第1電流変換器36A(又は36B,36C,36D)からの検知電流に基づいて運転制御され、所要の通りに単独運転することができる。
On the other hand, when one of the
このように、この第4の実施形態においても、上述した第3の実施形態と同様の作用効果を達成することができる。加えて、単独運転で用いる場合、第3電流ライン74,75と第4電流ライン76,77とが接続ライン84,85を介して短絡されるために、第2電流変換器38A〜38Dの電気的破損を防止することができる。尚、図26及び図27に示す実施形態では、第2スイッチ手段82A〜82Dが設けられていないが、これは第2電流変換器38A〜38Dとして、二次側回路を開状態(オープン)にして使用したときに破損するのを防止するための破損防止用半導体を内蔵したものを用いているためであり、この破損防止用半導体を内蔵したものを用いることにより、第2電流変換器38A〜38Dに関連する回路構成を簡単にすることができる。
As described above, also in the fourth embodiment, it is possible to achieve the same effect as that of the third embodiment described above. In addition, when used alone, the third
2A,2B,2C,2D,2G,2H 燃料電池ユニット
4 燃料電池
6 発電出力制御手段
8A,8B,8C,8D 発電出力ライン
12 電力負荷
30 商用電力ライン
36A,36AU,36BV,36B,36BU,36BV,36C,36CU,36 CV,36D,36DU,36DV 第1電流変換器
38A,38AU,38AV,38B,38BU,38BV,38C,38CU,38 CV,38D,38DU,38DV 第2電流変換器
40A,40B,40C,40D 変流器
62A,62B,62C,62D スイッチ手段(第1スイッチ手段)
70,71 第1電流ライン
72,73 第2電流ライン
74,75 第3電流ライン
76,77 第4電流ライン
82A,82B,82C,82D 第2スイッチ手段
2A, 2B, 2C, 2D, 2G, 2H
70, 71 First
Claims (7)
前記複数の燃料電池ユニットは、燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池の発電出力を制御する発電出力制御手段を備え、前記複数の燃料電池ユニットの前記発電出力制御手段の各々に対応して第1電流変換器が設けられ、前記第1電流変換器は商用電源の商用電力ラインを流れる電流を検知し、また前記複数の燃料電池ユニットの前記燃料電池の各々に対応して第2電流変換器が設けられ、前記第2電流変換器は対応する前記燃料電池の発電出力ラインを流れる電流を検知し、前記複数の燃料電池ユニットの各々の前記発電出力制御手段は、対応する前記第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて対応する前記燃料電池の発電出力を制御することを特徴とする燃料電池ユニットの並列運転システム。 A fuel cell unit parallel operation system that operates by connecting a plurality of fuel cell units in parallel to each other,
The plurality of fuel cell units includes a fuel cell that generates power by a fuel cell reaction, and a power generation output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, and corresponds to each of the power generation output control units of the plurality of fuel cell units. And a first current converter for detecting a current flowing through a commercial power line of a commercial power source, and a second current converter corresponding to each of the fuel cells of the plurality of fuel cell units. A current converter is provided, the second current converter detects a current flowing through a power generation output line of the corresponding fuel cell, and the power generation output control means of each of the plurality of fuel cell units includes the corresponding first A parallel operation system for fuel cell units, wherein the power generation output of the corresponding fuel cell is controlled based on the detected currents of the first and second current converters.
並列運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は、前記第2電流変換器から前記発電出力制御手段への検知電流の送給を許容し、前記発電出力制御手段は、前記第1及び第2電流変換器の検知電流に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御し、単独運転に用いる場合には、前記スイッチ手段は、前記第2電流変換器から前記発電出力制御手段への検知電流の送給を遮断し、前記発電出力制御手段は、前記第1電流変換器の検知電流に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御することを特徴とする燃料電池ユニット。 A fuel cell that generates power by a fuel cell reaction; and a power generation output control unit that controls a power generation output of the fuel cell, wherein a first current converter is provided corresponding to the power generation output control unit, and the first current converter Detects a current flowing through a commercial power line of a commercial power source, and a second current converter is provided corresponding to the fuel cell, and the second current converter detects a current flowing through a power generation output line of the fuel cell. In addition, a switch means is provided in relation to the second current converter,
When used in parallel operation, the switch means allows the detection current to be supplied from the second current converter to the power generation output control means, and the power generation output control means includes the first and second currents. When the power generation output of the fuel cell is controlled based on the detected current of the converter and used for single operation, the switch means supplies the detected current from the second current converter to the power generation output control means. The fuel cell unit is characterized in that the power generation output control means controls the power generation output of the fuel cell based on the detected current of the first current converter.
The first and second output terminals of the first current converter are electrically connected to the first and second input terminals of the power generation output control means through first and second current lines, respectively, and the second current The converter is electrically reverse connected in parallel to the first current converter, and the first output terminal of the second current converter is electrically connected to the second current line via a third current line. And a second output terminal of the second current converter is electrically connected to the first current line via a fourth current line, and the switch means includes the third and fourth switches of the second current converter. The switch means is disposed in a current line and is kept closed when used for parallel operation, and the switch means is kept open when used for independent operation. 7. The fuel cell unit according to 6.
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