JP2014175255A - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device.
特許文献1には、燃料電池部、及び、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われる正常状態になると交流線に燃料電池部の発電電力を出力する連系運転を行い、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われない異常状態になると電力系統から電気的に切り離された自立電力線に燃料電池部の発電電力を出力する自立運転を行うように構成されている発電制御手段を有する燃料電池発電装置が記載されている。この燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムは、異常状態において自立電力線を介して燃料電池発電装置から電力の供給を受ける電気コンセントを備える。 In Patent Literature 1, when the power supply from the fuel cell unit and the power system to the AC line is normally performed, a grid operation is performed to output the generated power of the fuel cell unit to the AC line. Power generation control configured to perform self-sustained operation to output the generated power of the fuel cell unit to a self-sustained power line that is electrically disconnected from the power system when the power supply from the power source to the AC line is not normally performed A fuel cell power plant having means is described. A fuel cell power generation system including this fuel cell power generation device includes an electrical outlet that receives power supply from the fuel cell power generation device via an independent power line in an abnormal state.
また、発電装置を外部の電力系統に連系して運転する場合、その電力系統を管理する電力会社からの許諾を受けるための系統連系手続き、即ち、使用者の識別処理を行うことが求められる。特許文献2は、そのような使用者の識別処理を行うシステムの一例を記載している。具体的には、特許文献2に記載のシステムは、電力系統に連系して運転される発電装置(熱電併給装置)と、その発電装置の運転を制御する運転制御部と、登録識別情報(即ち、連系運転を行うことが許可されていることを示す情報)を記憶するメモリとを備えている。
In addition, when the power generator is operated in conjunction with an external power system, it is required to perform grid connection procedures for obtaining permission from the power company that manages the power system, that is, user identification processing. It is done.
特許文献2には、発電装置を電力系統に連系させずに自立運転させることについての記載はないが、特許文献2に記載のシステムが備える発電装置を、特許文献1に記載されているように連系運転だけでなく自立運転も行えるような構成に変更した場合、以下のような発電装置になることを想定できる。
即ち、発電装置は、メモリに連系運転を行うことが許可されていることを示す情報が記憶されていなくても自立運転を行うことを許容する構成となる。なぜならば、自立運転を行っている間、発電装置は電力系統に連系されないからである。更に、発電装置が自立運転を行っている状態において、電力系統から交流線への電力供給が異常状態から正常状態に切り替わったとき、発電装置は、連系運転を行うことが許可されているか否かに関わらず、先ず自動的に連系運転に切り替わる。そして、発電装置は、連系運転に切り替わると共に、連系運転を行うことが許可されているか否かを判定する。その結果、発電装置は、連系運転を行うことを許可されていると判定できれば連系運転に切り替えたままで発電運転を維持する。これに対して、発電装置は、連系運転を行うことを許可されていると判定できなければ連系運転に切り替えた後の発電運転を停止して、電力系統を管理する電力会社からの許諾を受けていない連系運転を強制的に中止させる。 In other words, the power generation device is configured to allow the autonomous operation to be performed even if the information indicating that the interconnection operation is permitted is not stored in the memory. This is because the power generator is not connected to the power system during the self-sustaining operation. Furthermore, when the power supply from the power system to the AC line is switched from an abnormal state to a normal state in a state where the power generation device is operating independently, whether or not the power generation device is permitted to perform a grid operation. Regardless of this, the system automatically switches to the interconnected operation first. Then, the power generator switches to the interconnected operation and determines whether or not the interconnected operation is permitted. As a result, if it can be determined that the power generation device is permitted to perform the grid operation, the power generation device maintains the power generation operation while switching to the grid operation. On the other hand, if it is not possible to determine that the power generation apparatus is permitted to perform the grid operation, the power generator stops the power generation operation after switching to the grid operation, and permits from the power company that manages the power system. Forcibly stop the connected operation that has not been received.
尚、連系運転を行うことが許可されていることを示す情報がメモリに記憶されていたとしても、発電装置が自立運転を行っている途中に失われてしまう可能性もある。
例えば、発電装置を自立運転させているときに使用できる電力はその発電装置の最大発電電力以内である。そして、最大発電電力以上の電力負荷が発電装置に接続された場合、例えば、発電装置から電力負荷への電力の供給を停止又は設定時間の間停止した後に再び電力の供給を開始する電力供給中断処理が行われる。但し、発電装置からの電力の供給を再開したとしても、発電装置の最大発電電力以上の電力負荷が接続されたままであれば、上記電力供給中断処理が繰り返されることになる。
Even if information indicating that the interconnection operation is permitted is stored in the memory, the power generation device may be lost during the autonomous operation.
For example, the power that can be used when the power generator is operating independently is within the maximum generated power of the power generator. Then, when a power load equal to or greater than the maximum generated power is connected to the power generation device, for example, the power supply interruption is resumed after the power supply from the power generation device to the power load is stopped or stopped for a set time. Processing is performed. However, even if the supply of power from the power generator is resumed, the power supply interruption process is repeated as long as a power load equal to or greater than the maximum generated power of the power generator remains connected.
このような電力供給中断処理が行われると発電装置から電力負荷への給電は行われず、また、発電装置からの電力の供給と中断とが繰り返されたとしても発電装置から電力負荷への給電は僅かな期間しか行われない。通常、メモリなどには、電力供給が行われなくなったとしてもキャパシタに蓄えられている電力が供給される。そのためメモリに記憶されている、連系運転を行うことが許可されていることを示す情報などが失われる可能性は低いが、電力供給中断処理が行われ或いは繰り返されてキャパシタに蓄えられている電荷が次第に減少し、最終的には蓄えられている電荷が無くなってしまうと、そのような情報も失われてしまうことになる。そして、連系運転を行うことが許可されていることを示す情報が失われてしまうと、電力系統からの電力供給が異常状態から正常状態になったとき、発電装置が連系運転を行うことを許可されていると判定できなくなるため、連系運転に切り替わった発電装置の運転が停止されることになる。特に、燃料電池発電装置のように起動・停止によって装置内部の温度が大きく上下するような装置では、燃料電池発電装置の起動・停止時に装置内部の部品の劣化を進めてしまう可能性がある。また、燃料電池発電装置を一旦停止してしまうと、再び発電運転させるためにある程度の期間が必要になるため、燃料電池発電装置の使用者に不便を強いることになる。 When such power supply interruption processing is performed, power supply from the power generation device to the power load is not performed, and even if power supply from the power generation device and interruption are repeated, power supply from the power generation device to the power load is not performed. It takes place for a short period of time. Normally, the power stored in the capacitor is supplied to the memory or the like even if the power supply is stopped. For this reason, it is unlikely that information stored in the memory indicating that it is permitted to perform the interconnection operation is lost, but the power supply interruption process is performed or repeated and stored in the capacitor. If the charge gradually decreases and eventually the stored charge disappears, such information will be lost. And if the information indicating that it is permitted to perform the grid operation is lost, the power generator performs the grid operation when the power supply from the power system changes from the abnormal state to the normal state. Therefore, the operation of the power generator that has been switched to the grid operation is stopped. In particular, in a device such as a fuel cell power generation device in which the temperature inside the device greatly increases or decreases due to start / stop, there is a possibility that the internal components of the device may deteriorate when the fuel cell power generation device is started / stopped. In addition, once the fuel cell power generation device is stopped, a certain period of time is required to start the power generation operation again, which inconveniences the user of the fuel cell power generation device.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池発電装置の不必要な停止を抑制可能な燃料電池発電システムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system capable of suppressing an unnecessary stop of the fuel cell power generation device.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池発電システムの特徴構成は、燃料電池部、及び、電力系統から交流線への電力供給が正常に行われる正常状態になると前記交流線に前記燃料電池部の発電電力を出力する連系運転を行い、前記電力系統から前記交流線への電力供給が正常に行われない異常状態になると前記電力系統から電気的に切り離された自立電力線に前記燃料電池部の発電電力を出力する自立運転を行うように構成されている発電制御手段を有する燃料電池発電装置と、
前記異常状態において前記自立電力線を介した前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受ける自立運転時用電気端子とを備える燃料電池発電システムであって、
前記正常状態においては前記交流線を介した電力の供給を受け、前記異常状態においては前記自立電力線を介した前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受ける電力負荷装置を備え、
前記電力負荷装置は、充電式電池を有し、前記交流線から自身への電力の供給及び前記燃料電池発電装置から前記自立電力線を介しての自身への電力の供給の何れもが停止されると前記充電式電池からの電力の供給を受けて動作し、及び、電力の供給を受けている間は前記燃料電池発電装置が前記連系運転を行うことを許可されているか否かについての連系許否情報を記憶すると共に当該連系許否情報を設定タイミングで前記燃料電池発電装置に伝達するように構成され、
前記燃料電池発電装置の前記発電制御手段は、前記連系運転を行っているときに前記電力負荷装置から伝達される前記連系許否情報を参照して前記連系運転を行うことを許可されていると判定できないと、前記燃料電池部の発電運転を停止させるように構成され、
前記燃料電池発電装置が前記自立電力線への電力の供給を開始するとき、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線を介した電力の供給が、前記自立運転時用電気端子よりも前記電力負荷装置に対して時間的に優先して開始されるように構成されている点にある。
In order to achieve the above object, the fuel cell power generation system according to the present invention has a characteristic configuration in which the fuel cell unit and the fuel are supplied to the AC line when the power supply from the power system to the AC line is in a normal state. The fuel cell is connected to the independent power line that is electrically disconnected from the power system when an abnormal state in which power supply from the power system to the AC line is not normally performed is performed. A fuel cell power generation device having power generation control means configured to perform a self-sustained operation for outputting the generated power of the battery unit;
A fuel cell power generation system comprising a self-sustaining operation electrical terminal that receives supply of power from the fuel cell power generation device via the independent power line in the abnormal state,
A power load device that receives power supply through the AC line in the normal state and receives power supply from the fuel cell power generation device through the independent power line in the abnormal state;
The power load device has a rechargeable battery, and both supply of power from the AC line to itself and supply of power from the fuel cell power generation device to the self through the stand-alone power line are stopped. And whether or not the fuel cell power generation device is permitted to perform the interconnection operation while receiving the supply of electric power. The system permission / rejection information is stored and the connection permission / rejection information is transmitted to the fuel cell power generator at a set timing,
The power generation control means of the fuel cell power generation device is permitted to perform the interconnection operation with reference to the interconnection permission information transmitted from the power load device during the interconnection operation. If it cannot be determined that the fuel cell unit is, the fuel cell unit is configured to stop the power generation operation,
When the fuel cell power generator starts to supply power to the independent power line, the supply of power from the fuel cell power generator via the independent power line is directed to the power load device rather than the electric terminal for independent operation. However, it is configured to start with priority over time.
上記特徴構成によれば、燃料電池発電装置が自立電力線への電力の供給を開始する度に、電力負荷装置には電力が優先して供給されて電力負荷装置の充電式電池の電池容量が増加する。従って、電力負荷装置では充電式電池の電池容量が零になる可能性が低くなるので、充電式電池の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失を回避できる。本特徴構成では、燃料電池発電装置の発電制御手段が、連系運転を行っているときに、電力負荷装置から伝達される連系許否情報を参照して連系運転を行うことを許可されていると判定できないと燃料電池部の発電運転を停止させるように構成されているが、上述したように電力負荷装置で充電式電池の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失が回避できるので、本特徴構成の燃料電池発電システムでは、連系許否情報の喪失を原因として燃料電池発電装置が連系運転に切り替わった途端に停止するといった事象の発生を回避できる。
従って、燃料電池発電装置の不必要な停止によって燃料電池発電装置の劣化が進むという問題を回避でき、及び、燃料電池発電装置が不必要に停止することで使用者に不便を強いるという問題も回避できる。
According to the above characteristic configuration, every time the fuel cell power generator starts to supply power to the independent power line, power is preferentially supplied to the power load device, and the battery capacity of the rechargeable battery of the power load device increases. To do. Therefore, since the possibility that the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero is reduced in the power load device, it is possible to avoid loss of connection permission / prohibition information that may occur when the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero. In this feature configuration, the power generation control means of the fuel cell power generation device is permitted to perform the interconnection operation with reference to the interconnection permission information transmitted from the power load device when performing the interconnection operation. It is configured to stop the power generation operation of the fuel cell unit if it cannot be determined that it is present, but as described above, the interconnection permission information that can be generated when the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero in the power load device Therefore, in the fuel cell power generation system having this characteristic configuration, it is possible to avoid the occurrence of an event that the fuel cell power generation device stops as soon as the operation is switched to the interconnection operation due to the loss of the interconnection permission / denial information.
Therefore, it is possible to avoid the problem that the deterioration of the fuel cell power generation device is advanced due to the unnecessary stop of the fuel cell power generation device, and the problem that the user is inconvenienced because the fuel cell power generation device is stopped unnecessarily. it can.
本発明に係る燃料電池発電システムの別の特徴構成は、前記燃料電池発電装置の前記発電制御手段は、前記自立運転を行っているときに、前記電力負荷装置による消費電力と、前記自立運転時用電気端子に接続される自立時用電力負荷装置による消費電力との和が設定上限電力以上になると、前記自立電力線への前記燃料電池部からの電力の供給を停止する又は設定時間の間停止した後に前記自立電力線への前記燃料電池部からの電力の供給を再開する電力供給中断処理を行うように構成されている点にある。 Another characteristic configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention is that, when the power generation control unit of the fuel cell power generation apparatus performs the independent operation, the power consumption by the power load device and the independent operation When the sum of the power consumption by the self-sustained power load device connected to the electrical terminal for the power supply exceeds the set upper limit power, the supply of power from the fuel cell unit to the self-sustained power line is stopped or stopped for a set time After that, the power supply interruption process for restarting the supply of power from the fuel cell unit to the independent power line is performed.
上記特徴構成によれば、燃料電池発電装置の発電制御手段が上記電力供給中断処理を行うことで、燃料電池発電装置が過負荷状態で運転されることを回避できる。また、上記電力供給中断処理が行われて燃料電池発電装置から自立電力線を介した電力負荷装置への電力供給が一時的に停止されても、充電式電池の電池容量によって連系許否情報は電力負荷装置において保持され続ける。また、燃料電池発電装置の発電制御手段が電力供給中断処理を行う又は繰り返すと、電力負荷装置の充電式電池の電池容量は減少するが、燃料電池発電装置が自立電力線への電力の供給を開始(再開)する段階で、燃料電池発電装置から自立電力線を介した電力の供給が、自立運転時用電気端子よりも電力負荷装置に対して時間的に優先して開始される。そして、燃料電池発電装置が自立電力線への電力の供給を開始(再開)する度に、電力負荷装置には電力が優先して供給されて、電力負荷装置の充電式電池の電池容量が増加する。従って、電力負荷装置では充電式電池の電池容量が零になる可能性が低くなるので、充電式電池の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失を回避できる。 According to the characteristic configuration described above, the power generation control unit of the fuel cell power generation apparatus performs the power supply interruption process, so that the fuel cell power generation apparatus can be prevented from being operated in an overload state. Even if the power supply interruption process is performed and the power supply from the fuel cell power generation device to the power load device via the independent power line is temporarily stopped, the connection permission / rejection information is determined by the battery capacity of the rechargeable battery. Continue to be held in the load device. In addition, when the power generation control means of the fuel cell power generation device performs or repeats the power supply interruption process, the battery capacity of the rechargeable battery of the power load device decreases, but the fuel cell power generation device starts supplying power to the independent power line. In the (resuming) stage, the supply of electric power from the fuel cell power generation apparatus via the independent power line is started with priority over the electric power load apparatus over the electric terminal for independent operation. Each time the fuel cell power generation device starts (restarts) the supply of power to the independent power line, power is preferentially supplied to the power load device, and the battery capacity of the rechargeable battery of the power load device increases. . Therefore, since the possibility that the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero is reduced in the power load device, it is possible to avoid loss of connection permission / prohibition information that may occur when the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero.
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記燃料電池発電装置から前記自立運転時用電気端子へ至る間の前記自立電力線の途中に電力供給の開始を遅延させるディレイ回路を有し、前記燃料電池発電装置が前記自立電力線への電力の供給を開始するとき、前記ディレイ回路による遅延作用によって、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線を介した電力の供給が、前記自立運転時用電気端子よりも前記電力負荷装置に対して時間的に優先して開始される点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention includes a delay circuit that delays the start of power supply in the middle of the independent power line from the fuel cell power generation device to the electric terminal for independent operation. When the fuel cell power generation device starts supplying power to the independent power line, the supply of power from the fuel cell power generation device via the independent power line is caused by the delay action by the delay circuit during the independent operation. It is in the point which is prioritized in terms of time with respect to the power load device over the electrical terminal.
上記特徴構成によれば、上記ディレイ回路によって燃料電池発電装置から自立運転時用電気端子への電力供給の開始が遅延して、燃料電池発電装置から自立運転時用電気端子への電力供給が未だ開始されていない間に燃料電池発電装置から電力負荷装置への電力供給が優先して行われることになる。そして、その間に電力負荷装置の充電式電池の電池容量の増加が有効に行われる。その結果、その後で、燃料電池発電装置から自立運転時用電気端子への電力供給が開始され、燃料電池発電装置の発電制御手段が、電力負荷装置による消費電力と自立運転時用電気端子に接続される自立時用電力負荷装置による消費電力との和が設定上限電力以上であるという理由で自立電力線への前記燃料電池部からの電力の供給を停止又は設定時間の間停止したとしても、電力負荷装置の充電式電池の電池容量は先に増加しているので、電力負荷装置では充電式電池の電池容量が零になる可能性が低くなる。つまり、充電式電池の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失の可能性を低くすることができる。 According to the above characteristic configuration, the delay circuit delays the start of power supply from the fuel cell power generator to the self-sustained operation electrical terminal, so that power supply from the fuel cell power generator to the self-sustained operation electrical terminal is not yet performed. While it is not started, power supply from the fuel cell power generation device to the power load device is preferentially performed. In the meantime, the battery capacity of the rechargeable battery of the power load device is effectively increased. As a result, after that, power supply from the fuel cell power generator to the electric terminal for independent operation is started, and the power generation control means of the fuel cell electric generator is connected to the power consumption by the power load device and the electric terminal for independent operation Even if the supply of power from the fuel cell unit to the stand-alone power line is stopped or stopped for a set time because the sum of the power consumption by the stand-alone power load device is equal to or greater than the set upper limit power Since the battery capacity of the rechargeable battery of the load device has increased previously, the possibility that the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero in the power load device is reduced. That is, it is possible to reduce the possibility of loss of connection permission / denial information that may occur when the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero.
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記自立電力線が、前記燃料電池発電装置から前記電力負荷装置へ接続される第1自立電力線と、前記燃料電池発電装置から前記自立運転時用電気端子へ接続される第2自立電力線とを有し、
前記燃料電池発電装置の前記発電制御手段は、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線への電力の供給を開始するとき、前記燃料電池発電装置から前記第1自立電力線への電力の供給を、前記燃料電池発電装置から前記第2自立電力線への電力の供給よりも時間的に優先して開始するように構成されている点にある。
Still another characteristic configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention is that the self-sustained power line is connected to the power load device from the fuel cell power generation device, and the self-sustained operation from the fuel cell power generation device. A second independent power line connected to the electrical terminal for time,
When the power generation control means of the fuel cell power generation device starts supplying power from the fuel cell power generation device to the self-contained power line, the power generation control unit supplies power from the fuel cell power generation device to the first self-contained power line. The fuel cell power generator is configured to start with priority over the supply of power from the fuel cell power generator to the second independent power line.
上記特徴構成によれば、燃料電池発電装置の発電制御手段は、燃料電池発電装置から自立電力線への電力の供給を開始するとき、電力負荷装置が接続されている第1自立電力線への電力の供給を、自立運転時用電気端子が接続されている第2自立電力線への電力の供給よりも優先して開始する。つまり、燃料電池発電装置から自立運転時用電気端子への電力供給が未だ開始されていない間に燃料電池発電装置から電力負荷装置への電力供給が優先して行われることになる。そして、その間に電力負荷装置の充電式電池の電池容量の増加が有効に行われる。その結果、その後で、燃料電池発電装置から自立運転時用電気端子への電力供給が開始され、燃料電池発電装置の発電制御手段が、電力負荷装置による消費電力と自立運転時用電気端子に接続される自立時用電力負荷装置による消費電力との和が設定上限電力以上であるという理由で自立電力線への前記燃料電池部からの電力の供給を停止又は設定時間の間停止したとしても、電力負荷装置の充電式電池の電池容量は先に増加しているので、電力負荷装置では充電式電池の電池容量が零になる可能性が低くなる。つまり、充電式電池の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失の可能性を低くすることができる。 According to the above characteristic configuration, when the power generation control unit of the fuel cell power generation device starts supplying power from the fuel cell power generation device to the independent power line, the power generation control unit of the fuel cell power generation device supplies power to the first independent power line to which the power load device is connected. The supply is started with priority over the supply of power to the second independent power line to which the electric terminal for independent operation is connected. That is, power supply from the fuel cell power generation device to the power load device is preferentially performed while power supply from the fuel cell power generation device to the electric terminal for independent operation has not yet started. In the meantime, the battery capacity of the rechargeable battery of the power load device is effectively increased. As a result, after that, power supply from the fuel cell power generator to the electric terminal for independent operation is started, and the power generation control means of the fuel cell electric generator is connected to the power consumption by the power load device and the electric terminal for independent operation Even if the supply of power from the fuel cell unit to the stand-alone power line is stopped or stopped for a set time because the sum of the power consumption by the stand-alone power load device is equal to or greater than the set upper limit power Since the battery capacity of the rechargeable battery of the load device has increased previously, the possibility that the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero in the power load device is reduced. That is, it is possible to reduce the possibility of loss of connection permission / denial information that may occur when the battery capacity of the rechargeable battery becomes zero.
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記電力負荷装置は、前記燃料電池発電装置からの排熱を回収する排熱回収装置である点にある。 Yet another characteristic configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention is that the power load device is an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from the fuel cell power generation device.
上記特徴構成によれば、排熱回収装置は、燃料電池発電装置が連系運転を行っているときは交流線を介した電力の供給を受けて動作することができ、及び、燃料電池発電装置が自立運転を行っているときは燃料電池発電装置から自立電力線を介した電力の供給を受けて動作することができる。つまり、排熱回収装置は、燃料電池発電装置が連系運転を行っているとき及び自立運転を行っているときの両方で、燃料電池発電装置からの排熱を回収することができる。その結果、運転中の燃料電池発電装置の冷却を行って、燃料電池発電装置が過熱することを防止できる。 According to the above characteristic configuration, the exhaust heat recovery device can operate by receiving power supplied through an AC line when the fuel cell power generation device is operating in an interconnected manner, and the fuel cell power generation device Can operate by receiving the supply of electric power from the fuel cell power generator through the independent electric power line. In other words, the exhaust heat recovery device can recover the exhaust heat from the fuel cell power generation device both when the fuel cell power generation device is performing an interconnected operation and when the fuel cell power generation device is performing a self-sustaining operation. As a result, the fuel cell power generation apparatus in operation can be cooled to prevent the fuel cell power generation apparatus from overheating.
本発明に係る燃料電池発電システムの更に別の特徴構成は、前記自立運転時用電気端子は電気コンセントとして構成されている点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention is that the electric terminal for independent operation is configured as an electrical outlet.
上記特徴構成によれば、自立運転時用電気端子である電気コンセントに様々な電気機器を取り付けることができる。つまり、電力系統からの電力供給が正常に行われていない異常状態において、所望の電気機器を電気コンセントに接続して利用することができる。 According to the above characteristic configuration, various electrical devices can be attached to the electrical outlet that is the electrical terminal for independent operation. That is, in an abnormal state where power supply from the power system is not normally performed, a desired electrical device can be connected to an electrical outlet and used.
<第1実施形態>
以下に図面を参照して第1実施形態の燃料電池システムの構成について説明する。
図1は、第1実施形態の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図1に示すように、燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置10と排熱回収装置20(本発明の「電力負荷装置」に対応)と電気コンセント7(本発明の「自立運転時用電気端子」に対応)とを備える。
<First Embodiment>
The configuration of the fuel cell system according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation system includes a fuel cell
燃料電池発電装置10は、燃料電池部11及び発電制御手段12を有する。加えて、本実施形態で説明する燃料電池発電装置10は、電力監視手段13及び記憶手段14を備えている。
The fuel cell
燃料電池部11は、水素などの燃料ガスが供給されるアノードと酸素が供給されるカソードとを有するセルが複数個積層されたセルスタックを有して構成される。燃料電池部11は、固体高分子形のセルや固体酸化物形のセルなど、様々なタイプのセルを用いて構成することができる。また、燃料電池部11は、炭化水素やアルコールの水蒸気改質によって燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置を併せて備えていることもある。
The
燃料電池部11で発生された電力は、インバータなどの電力変換器(図示せず)を介して連系電力線5及び自立電力線6の何れか一方に出力される。燃料電池部11から連系電力線5に発電電力が供給されている状態は、燃料電池発電装置10が連系運転を行っている状態であると言える。これに対して、燃料電池部11から自立電力線6に発電電力が供給されている状態は、燃料電池発電装置10が自立運転を行っている状態であると言える。また、連系電力線5は、電力系統1に接続される交流線2に対して接続され、その交流線2は自動電源切替器3に接続されている。自立電力線6は自動電源切替器3に、上記交流線2とは別に接続されている。自動電源切替器3は、図3を参照して後述するように、排熱回収装置20及び電気コンセント7にとっての電力供給元を、交流線2を介して供給される電力、及び、自立電力線6を介して供給される電力の何れかに自動的に切り替えるように動作する。
The electric power generated in the
燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われる正常状態になると交流線2に燃料電池部11の発電電力を出力する連系運転を行い、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われない異常状態になると電力系統1から電気的に切り離された自立電力線6に燃料電池部11の発電電力を出力する自立運転を行う切替処理を実施する。本実施形態では、発電制御手段12は、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われる正常状態であるか、或いは、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われない異常状態であるかを、電力監視手段13の監視結果に基づいて判定する。例えば、電力監視手段13は、電力系統1と電気的に接続されている交流線2での電力の電圧を検出する。そして、発電制御手段12は、検出された電圧値が設定下限電圧以上であれば電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われている正常状態であると判定し、検出された電圧値が設定加減電圧未満であれば電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われていない異常状態であると判定する。
燃料電池発電装置10の記憶手段14は、燃料電池発電装置10で取り扱われる様々な情報を記憶する。
The power generation control means 12 of the fuel cell
The
排熱回収装置20は、燃料電池発電装置10からの排熱を回収するように構成されている。例えば、排熱回収装置20が有する排熱回収手段22は、燃料電池部11のセルスタックを冷却する(即ち、燃料電池部11からの排熱を回収する)冷却水が有する熱を回収し、蓄熱装置などにその回収した熱を蓄えるように構成されている。つまり、排熱回収手段22は、冷却水やその冷却水と熱交換する熱媒の循環路や、その熱媒の循環路の途中に設けられて熱媒を流動させるための電動式ポンプや、電磁弁や、回収した熱を蓄える蓄熱装置等で構成される。従って、排熱回収装置20では、燃料電池部11のセルスタックを冷却するために、燃料電池発電装置10の連系運転が行われている間及び自立運転が行なわれている間の何れにおいても、排熱回収手段22を動作させて排熱を回収する運転を行う必要があり、その結果として電力が消費されることになる。排熱回収装置20への外部からの電力供給は、排熱回収装置20に接続される給電線32を介して行われる。
The exhaust
また、排熱回収装置20は、電解コンデンサ(キャパシタ)などの充電式電池21を有し、交流線2及び自動電源切替器3及び給電線32を介した自身への電力の供給、並びに、燃料電池発電装置10から自立電力線6及び自動電源切替器3及び給電線32を介した自身への電力の供給の何れもが停止されると、充電式電池21からの電力の供給を受けて動作するように構成されている。加えて、排熱回収装置20は、電力の供給を受けている間は燃料電池発電装置10が連系運転を行うことを許可されているか否かについての連系許否情報を記憶すると共に当該連系許否情報を設定タイミングで燃料電池発電装置10に伝達するように構成されている。
The exhaust
この連系許否情報は、電力会社などが管理する電力系統1に燃料電池発電装置10などの電源を連系して運転する場合に、その電力会社からの許諾を受けるための系統連系手続きが適正に行われているか否かを判定するために用いられる情報である。例えば、排熱回収装置20の排熱回収制御手段23は、所定の使用者認証タイミングになると、燃料電池発電装置10の使用者が連系運転を許可されている正当な使用者であるか否かの認証処理、例えば、暗証番号の入力を求めてその暗証番号が有効なものであるか否かの認証処理、を実行する。そして、排熱回収制御手段23は、入力された暗証番号が有効なものであるか否かを判定し、その入力された暗証番号及びその暗証番号が有効であるか否か等について記憶手段24に記憶させる。排熱回収装置20と燃料電池発電装置10との間は図示しない通信線で接続されており、その通信線を介して、排熱回収装置20から燃料電池発電装置10へ設定タイミングで連系許否情報が伝達される。従って、本実施形態では、入力された暗証番号が有効であるか否かの情報が、本発明の「連系許否情報」に対応する。
燃料電池発電装置10では、発電制御手段12が、排熱回収装置20から伝達された連系許否情報を記憶手段14に記憶させる。
This interconnection permission information is obtained when the grid interconnection procedure for obtaining permission from the electric power company when operating the electric power system 1 managed by the electric power company or the like by connecting the power source such as the fuel cell
In the fuel cell
図1に示すシステムでは、一般電力負荷装置4及び自立時用電力負荷装置9を記載している。一般電力負荷装置4は、電力系統1と接続される交流線2に対して電気的に接続されている。従って、一般電力負荷装置4は、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われる正常状態においては電力の供給を受けることができるが、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われていない異常状態においては電力の供給を受けることができない。従って、本実施形態で言う一般電力負荷装置4は、異常状態において電力の供給を受ける必要性が低い装置(例えば、一部の照明装置等)である。
In the system shown in FIG. 1, a general
これに対して、自立時用電力負荷装置9は、後述するように、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われない異常状態において燃料電池発電装置10から電力の供給を受けることができる。自立時用電力負荷装置9に電力が供給されるのは、給電線31及び電気コンセント7に対して自動電源切替器3を介して電力が供給され、且つ、電気コンセント7に対して電気プラグ8が接続されているときである。自立時用電力負荷装置9は、使用者が電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われない異常状態においても利用したいと考える重要度の高い装置(例えば、一部の照明機器、冷蔵庫など)である。尚、本実施形態の燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置10から電気コンセント7へ至る間の給電線31の途中に、即ち、自動電源切替器3と電気コンセント7との間に、電力供給の開始を遅延させるディレイ回路30を有する。ディレイ回路30については、公知の電気回路を利用できる。
On the other hand, as will be described later, the self-sustained power load device 9 receives power supply from the fuel cell
図2は、第1実施形態の自動電源切替器3の内部の構成例を示す図である。特に、図2(a)は燃料電池発電装置10で連系運転が行われているときに自動電源切替器3の内部で構築される電気回路を示し、図2(b)は燃料電池発電装置10で自立運転が行われているときに自動電源切替器3の内部で構築される電気回路を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration example of the automatic power switch 3 according to the first embodiment. In particular, FIG. 2 (a) shows an electric circuit built inside the automatic power supply switching unit 3 when the fuel cell
図2(a)及び図2(b)に示すように、本実施形態の自動電源切替器3の内部には、交流線2と自立電力線6と給電線31と給電線32とが引き込まれている。例えば、それらは自動電源切替器3が内部に有する端子台などに接続されるが、図2では端子台等の記載は省略する。自動電源切替器3の内部に設けられるリレースイッチ36は、3つの端子36a、36b、36cを有し、端子36a及び端子36bの間が接続された状態と、端子36a及び端子36cの間が接続された状態との何れかの状態に切り換えられる。端子36aには、排熱回収装置20に接続される給電線32が接続される。端子36bには、交流線2が接続される。端子36cには、自立電力線6が接続される。また、自動電源切替器3の内部において、交流線2の途中にはリレースイッチ34が設けられている。リレースイッチ34は、端子34a、34bを有し、端子34a及び端子34bの間が接続された状態と、端子34a及び端子34bの間が切断された状態の何れかの状態に切り換えられる。加えて、自動電源切替器3の内部において、自立電力線6の途中には、リレーコイル33とリレーコイル35とが設けられる。リレーコイル33に電流が流れて電磁力が生じると、その電磁力はリレースイッチ34に作用する。リレーコイル35に電流が流れて電磁力が生じると、その電磁力はリレースイッチ36に作用する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
次に、図2(a)及び図2(b)を参照して、燃料電池発電装置10で連系運転が行われているとき及び自立運転が行われているときの夫々での自動電源切替器3の内部の状態について説明する。図2(a)及び図2(b)では、電力供給が行われる部位を太線で描き、電力供給が行われない部位を細線で描いている。
Next, referring to FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), automatic power supply switching when the fuel cell
図2(a)に示すように、燃料電池発電装置10で連系運転が行われているとき、交流線2に電流は流れているが、自立電力線6に電流は流れていない。この状態では、自立電力線6の途中に設けられているリレーコイル33、35で電磁力は生じないため、リレースイッチ34、36に電磁力は作用しない。その結果、リレースイッチ34は端子34a及び端子34bの間が接続された状態に切り換わり、リレースイッチ36は端子36a及び端子36bの間が接続された状態に切り換わる。そして、交流線2に流れる電流がリレースイッチ34及びリレースイッチ36を通って給電線32に流れることで、排熱回収装置20への電力供給が行われる。
As shown in FIG. 2A, when the interconnection operation is performed in the fuel cell
これに対して、図2(b)に示すように、燃料電池発電装置10で自立運転が行われているとき、自立電力線6に電流は流れているが、交流線2に電流は流れていない。この状態では、自立電力線6の途中に設けられているリレーコイル33、35で電磁力が生じ、リレースイッチ34、36にその電磁力が作用する。その結果、リレースイッチ34は端子34a及び端子34bの間が切断された状態に切り換わり、リレースイッチ36は端子36a及び端子36cが接続された状態に切り換わる。そして、自立電力線6に流れる電流がリレースイッチ36を通って給電線32に流れることで、排熱回収装置20への電力供給が行われる。また、自立電力線6から分岐する給電線31にも電流が流れ、その結果、給電線31に接続される電気コンセント7にも電力が供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), when the fuel cell
次に、連系時及び自立時における電力の供給形態について説明する。
図3は、連系時及び自立時における電力の供給形態を示す図である。具体的には、図3(a)は燃料電池発電装置10が連系運転を行っているときの電力の供給形態を示す図であり、図3(b)は燃料電池発電装置10が自立運転を行っているときの電力の供給形態を示す図である。尚、図3(a)及び図3(b)では、図面の簡略化のため、自動電源切替器3の内部の構成(即ち、図2で示した構成)についての記載を省略している。また、図3(a)及び図3(b)では、電力供給が行われる部位を太線で描き、電力供給が行われない部位を細線で描いている。
Next, the power supply form at the time of interconnection and independence will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a power supply form at the time of interconnection and self-supporting. Specifically, FIG. 3A is a diagram showing a power supply form when the fuel cell
図3(a)に示すように、燃料電池発電装置10が連系運転を行っているとき、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、燃料電池部11の発電電力を連系電力線5を介して交流線2に供給し、燃料電池部11の発電電力を自立電力線6には供給しない。加えて、図2(a)に示したように、自動電源切替器3は、交流線2と給電線32及び排熱回収装置20とが電気的に接続されるような電気回路を構築する。それと併せて、自動電源切替器3は、交流線2と給電線31とを電気的に切断し、給電線31には電力が供給されないような電気回路を構築する。その結果、一般電力負荷装置4及び排熱回収装置20に対して、電力系統1から交流線2に供給される電力及び燃料電池発電装置10から交流線2に供給される電力の少なくとも何れか一方の電力が供給されることになる。
As shown in FIG. 3 (a), when the fuel cell
図3(b)に示すように、燃料電池発電装置10が自立運転を行っているとき、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、燃料電池部11の発電電力を自立電力線6に供給し、燃料電池部11の発電電力を連系電力線5には供給しない。加えて、図2(b)に示したように、自動電源切替器3は、自立電力線6と給電線32及び排熱回収装置20とが電気的に接続されるような電気回路を構築する。その結果、排熱回収装置20には、燃料電池発電装置10から自立電力線6及び給電線32を介して電力が供給されることになる。同時に、自立電力線6から分岐する給電線31にも電力が供給される。この場合、給電線31に接続される電気コンセント7には電力が供給されているので、自立時用電力負荷装置9の使用者は、自立時用電力負荷装置9が接続されている電気プラグ8を電気コンセント7に差し込むことで、自立時用電力負荷装置9に電力を供給することができる。
As shown in FIG. 3 (b), when the fuel cell
但し、燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置10が自立電力線6への電力の供給を開始するとき、燃料電池発電装置10から自立電力線6を介した電力の供給が、電気コンセント7よりも排熱回収装置20に対して時間的に優先して開始されるように構成されている。具体的には、燃料電池発電装置10から電気コンセント7へ至る間の給電線31の途中に、即ち、自動電源切替器3と電気コンセント7との間に、電力供給の開始を遅延させるディレイ回路30を有する。その結果、燃料電池発電装置10から自立電力線6への電力供給が開始されたとしても、ディレイ回路30の遅延作用によって燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給の開始が遅延して、燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給が未だ開始されていない間に、燃料電池発電装置10から排熱回収装置20への電力供給が優先して行われることになる。
However, in the fuel cell power generation system, when the fuel cell
図3(a)に示すように燃料電池発電装置10が連系運転を行っているときであれば、交流線2には電力系統1からも電力が供給されるため、一般電力負荷装置4の消費電力は、燃料電池発電装置10が連系電力線5に供給する電力を上回っていてもよい。これに対して図3(b)に示すように燃料電池発電装置10が自立運転を行っているときであれば、自立電力線6には電力系統1からの電力の補給が行われない。そこで、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、自立運転を行っているときに、排熱回収装置20による消費電力と、電気コンセント7に接続される自立時用電力負荷装置9による消費電力との和が設定上限電力以上になると、自立電力線6への燃料電池部11からの電力の供給を停止する又は設定時間の間停止した後に自立電力線6への燃料電池部11からの電力の供給を再開する電力供給中断処理を行う。この電力供給中断処理により、燃料電池発電装置10が過負荷状態で運転されることを回避できる。
つまり、本実施形態において、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、負荷側を監視して(即ち、排熱回収装置20及び自立時用電力負荷装置9の消費電力の和が設定上限電力以上であるか否かを監視して)行う上記電力供給中断処理と、電力系統1側を監視して(即ち、電力系統1からの電力供給が正常状態であるか異常状態であるかを監視して)連系運転と自立運転とを切り替える上記切替処理とを並行して実施している。
As shown in FIG. 3 (a), when the fuel cell
That is, in this embodiment, the power generation control means 12 of the fuel cell
自立運転中の燃料電池発電装置10でこの電力供給中断処理が行われることで燃料電池発電装置10から排熱回収装置20に電力の供給が中断されているとき、排熱回収装置20の内部の電気機器(例えば、排熱回収制御手段23を実現するためのマイコン等)は充電式電池21から供給される電力で動作する。その結果、排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量は、燃料電池発電装置10でこの電力供給中断処理が行われている間は単調に減少する。
When the supply of power from the fuel cell
このような状態において、燃料電池発電装置10の発電制御手段12が、燃料電池部11から自立電力線6への電力の供給を再開すると、自立電力線6に対して自動電源切替器3を介して接続されている給電線32及び排熱回収装置20への電力の供給、及び、自立電力線6に対して自動電源切替器3を介して接続されている給電線31への電力の供給が同時に再開される。但し、給電線31の途中にはディレイ回路30が介装され、燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給の開始が遅延する。つまり、ディレイ回路30による遅延作用によって、燃料電池発電装置10から自立電力線6を介した電力の供給が、電気コンセント7よりも排熱回収装置20に対して時間的に優先して開始される。従って、燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給が未だ開始されていない間に、燃料電池発電装置10から排熱回収装置20への電力供給が優先して行われ、排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量の増加が有効に行われる。
In such a state, when the power
その後、燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給が開始されるが、排熱回収装置20による消費電力と、電気コンセント7に接続される自立時用電力負荷装置9による消費電力との和が設定上限電力以上のままであると、再び、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、自立電力線6への燃料電池部11からの電力の供給を停止又は設定時間の間停止する。従って、排熱回収装置20の充電式電池21の電気容量が再び減少傾向となる。
Thereafter, power supply from the fuel cell
このように、燃料電池発電装置10が自立運転を行っているときに、排熱回収装置20による消費電力と、電気コンセント7に接続される自立時用電力負荷装置9による消費電力との和が設定上限電力以上になっている限り、排熱回収装置20及び電気コンセント7には燃料電池発電装置10からの電力の供給と停止とが交互に繰り返されることになる。但し、排熱回収装置20に対する電力の供給と停止とが交互に繰り返されたとしても、上述したディレイ回路30の遅延作用によって、燃料電池発電装置10から電気コンセント7への電力供給が未だ開始されていない間に、燃料電池発電装置10から排熱回収装置20への電力供給が優先して行われ、排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量の増加が有効に行われる。その結果、排熱回収装置20では充電式電池21の電池容量が零になる可能性が低くなり、充電式電池21の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失の可能性が低くなる。
As described above, when the fuel cell
これに対して、本実施形態のようなディレイ回路30を燃料電池発電システムが備えていないとすると、燃料電池発電装置10で上記電力供給中断処理が繰り返されている間に充電式電池21の電池容量は徐々に減少して、最終的には充電式電池21の電池容量が零になる可能性がある。そして、充電式電池21の電池容量が零になった場合には、例えば、記憶手段24に記憶されている情報が失われてしまうことにもなる。更に、例えば、排熱回収装置20の記憶手段24に記憶されている連系許否情報(入力された暗証番号が有効であるか否かの情報)が、充電式電池21の電池容量が零になることで失われてしまうと、排熱回収装置20から燃料電池発電装置10へは、「連系運転を行うことを許可されていない」との連系許否情報が伝達されることになる。この場合、燃料電池発電装置10の記憶手段14に「連系運転を行うことを許可されていない」との連系許否情報を記憶したままで連系運転を開始すると、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、燃料電池部11の運転を停止させることになる。その結果、燃料電池発電装置10の劣化が進むという問題が生じ、及び、燃料電池発電装置10が不必要に停止することで使用者に不便を強いるという問題が生じる。
On the other hand, if the fuel cell power generation system does not include the
以上のように、上記電力供給中断処理が行われたか否かに関係なく、燃料電池発電装置10が自立電力線6への電力の供給を開始する度に、排熱回収装置20には電力が優先して供給されて排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量が増加する。従って、排熱回収装置20では充電式電池21の電池容量が零になる可能性が低くなるので、充電式電池21の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失を回避できる。本実施形態では、燃料電池発電装置10の発電制御手段12が、連系運転を行っているときに、排熱回収装置20から伝達される連系許否情報を参照して連系運転を行うことを許可されていると判定できないと燃料電池部11の発電運転を停止させるように構成されているが、上述したように排熱回収装置20で充電式電池21の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失が回避できるので、本実施形態の燃料電池発電システムでは、連系許否情報の喪失を原因として燃料電池発電装置10が連系運転に切り替わった途端に停止するといった事象の発生を回避できる。従って、燃料電池発電装置10の不必要な停止によって燃料電池発電装置10の劣化が進むという問題を回避でき、及び、燃料電池発電装置10が不必要に停止することで使用者に不便を強いるという問題も回避できる。
As described above, power is given priority to the exhaust
<第2実施形態>
第2実施形態の燃料電池発電システムは、自立電力線の構成が上記第1実施形態と異なっている。以下に第2実施形態の燃料電池発電システムについて説明するが、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
Second Embodiment
The fuel cell power generation system of the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the self-supporting power line. The fuel cell power generation system of the second embodiment will be described below, but the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図4は、第2実施形態の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図5は、第2実施形態の自動電源切替器3の内部の構成例を示す図である。特に、図5(a)は燃料電池発電装置10で連系運転が行われているときに自動電源切替器3の内部で構築される電気回路を示し、図5(b)は燃料電池発電装置10で自立運転が行われているときに自動電源切替器3の内部で構築される電気回路を示す。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the second embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating an internal configuration example of the automatic power switch 3 according to the second embodiment. In particular, FIG. 5 (a) shows an electric circuit built inside the automatic power supply switching unit 3 when the fuel cell
図4及び図5に示すように、第2実施形態の燃料電池発電システムにおいて、自立電力線6は、第1自立電力線6aと第2自立電力線6bとを有する。また、図5(a)及び図5(b)に示すように、本実施形態の自動電源切替器3の内部には、交流線2と自立電力線6(6a、6b)と給電線31と給電線32とが引き込まれている。例えば、それらは自動電源切替器3が内部に有する端子台などに接続されるが、図5では端子台等の記載は省略する。図2に示した形態では、リレースイッチ36に接続される自立電力線6に対して給電線31も接続されていたが、本実施形態では、図5に示すように、リレースイッチ36に接続される第1自立電力線6aと、給電線31に接続される第2自立電力線6bとは独立している。自動電源切替器3の内部に設けられるリレースイッチ36は、3つの端子36a、36b、36cを有し、端子36a及び端子36bの間が接続された状態と、端子36a及び端子36cの間が接続された状態との何れかの状態に切り換えられる。端子36aには、排熱回収装置20に接続される給電線32が接続される。端子36bには、交流線2が接続される。端子36cには、第1自立電力線6aが接続される。また、自動電源切替器3の内部において、交流線2の途中にはリレースイッチ34が設けられている。リレースイッチ34は、端子34a、34bを有し、端子34a及び端子34bの間が接続された状態と、端子34a及び端子34bの間が切断された状態の何れかの状態に切り換えられる。加えて、自動電源切替器3の内部において、第1自立電力線6aの途中には、リレーコイル33とリレーコイル35とが設けられる。リレーコイル33に電流が流れて電磁力が生じると、その電磁力はリレースイッチ34に作用する。リレーコイル35に電流が流れて電磁力が生じると、その電磁力はリレースイッチ36に作用する。第2自立電力線6bには、給電線31が接続される。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the fuel cell power generation system of the second embodiment, the
次に、図5(a)及び図5(b)を参照して、燃料電池発電装置10で連系運転が行われているとき及び自立運転が行われているときの夫々での自動電源切替器3の内部の状態について説明する。図5(a)及び図5(b)では、電力供給が行われる部位を太線で描き、電力供給が行われない部位を細線で描いている。尚、本実施形態でも、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われる正常状態になると交流線2に燃料電池部11の発電電力を出力する連系運転を行い、電力系統1から交流線2への電力供給が正常に行われない異常状態になると電力系統1から電気的に切り離された自立電力線6(6a、6b)に燃料電池部11の発電電力を出力する自立運転を行う切替処理を実施する。
Next, referring to FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), automatic power supply switching when the fuel cell
図5(a)に示すように、燃料電池発電装置10で連系運転が行われているとき、交流線2に電流は流れているが、自立電力線6(6a、6b)に電流は流れていない。この状態では、第1自立電力線6aの途中に設けられているリレーコイル33、35で電磁力は生じないため、リレースイッチ34、36に電磁力は作用しない。その結果、リレースイッチ34は端子34a及び端子34bの間が接続された状態に切り換わり、リレースイッチ36は端子36a及び端子36bの間が接続された状態に切り換わる。そして、交流線2に流れる電流がリレースイッチ34及びリレースイッチ36を通って給電線32に流れることで、排熱回収装置20への電力供給が行われる。
As shown in FIG. 5 (a), when interconnection operation is performed in the fuel cell
これに対して、図5(b)に示すように、燃料電池発電装置10で自立運転が行われているとき、自立電力線6(6a、6b)に電流は流れているが、交流線2に電流は流れていない。この状態では、第1自立電力線6aの途中に設けられているリレーコイル33、35で電磁力が生じ、リレースイッチ34、36にその電磁力が作用する。その結果、リレースイッチ34は端子34a及び端子34bの間が切断された状態に切り換わり、リレースイッチ36は端子36a及び端子36cが接続された状態に切り換わる。そして、第1自立電力線6aに流れる電流がリレースイッチ36を通って給電線32に流れることで、排熱回収装置20への電力供給が行われる。また、第2自立電力線6bに接続される給電線31にも電流が流れ、その結果、給電線31に接続される電気コンセント7にも電力が供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), when the fuel cell
次に、連系時及び自立時における電力の供給形態について説明する。
図6は、連系時及び自立時における電力の供給形態を示す図である。具体的には、図6(a)は燃料電池発電装置10が連系運転を行っているときの電力の供給形態を示す図であり、図6(b)は燃料電池発電装置10が自立運転を行っているときの電力の供給形態を示す図である。尚、図6(a)及び図6(b)では、図面の簡略化のため、自動電源切替器3の内部の構成(即ち、図5で示した構成)についての記載を省略している。また、図6(a)及び図6(b)では、電力供給が行われる部位を太線で描き、電力供給が行われない部位を細線で描いている。
Next, the power supply form at the time of interconnection and independence will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a power supply form at the time of interconnection and self-supporting. Specifically, FIG. 6A is a diagram showing a power supply form when the fuel cell
本実施形態において、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、燃料電池発電装置10から自立電力線6(6a、6b)への電力の供給を開始するとき、燃料電池発電装置10から第1自立電力線6aへの電力の供給を、燃料電池発電装置10から第2自立電力線6bへの電力の供給よりも時間的に優先して開始する。
In the present embodiment, the power generation control means 12 of the fuel
以上のように、燃料電池発電装置10の発電制御手段12は、燃料電池発電装置10から自立電力線6(6a、6b)への電力の供給を開始するとき、排熱回収装置20が接続されることになる第1自立電力線6aへの電力の供給を、給電線31及び電気コンセント7が接続されている第2自立電力線6bへの電力の供給よりも優先して開始する。つまり、燃料電池発電装置10から給電線31及び電気コンセント7への電力供給が未だ開始されていない間に、燃料電池発電装置10から排熱回収装置20への電力供給が優先して行われることになるので、その間に、排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量の増加が有効に行われる。その結果、その後で、燃料電池発電装置10から給電線31及び電気コンセント7への電力供給が開始され、燃料電池発電装置10の発電制御手段12が、排熱回収装置20による消費電力と電気コンセント7に接続される自立時用電力負荷装置9による消費電力との和が設定上限電力以上であるという理由で自立電力線6(6a、6b)への燃料電池部11からの電力の供給を設定時間の間停止したとしても、排熱回収装置20の充電式電池21の電池容量は先に増加しているので、排熱回収装置20では充電式電池21の電池容量が零になる可能性が低くなる。つまり、充電式電池21の電池容量が零になった場合に発生し得る連系許否情報の喪失の可能性が低くなる。その結果、排熱回収装置20から燃料電池発電装置10へ、正当な連系許否情報を設定タイミングで燃料電池発電装置10に伝達して、燃料電池発電装置10の運転が連系許否情報の喪失を原因として不必要に停止されることを避けることができる。
As described above, when the power generation control means 12 of the fuel cell
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、燃料電池発電システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態で示した排熱回収装置20が、本発明における電力負荷装置である場合を説明したが、本発明における電力負荷装置の機能を他の装置に持たせてもよい。
上記実施形態では、自動電源切替器3の内部の電気回路の構成例を図面と共に説明したが、その電気回路の構成は適宜変更可能である。
<Another embodiment>
<1>
In the said embodiment, although the specific example was given and demonstrated about the structure of the fuel cell power generation system, the structure can be changed suitably.
For example, although the case where the exhaust
In the above embodiment, the configuration example of the electric circuit inside the automatic power switch 3 has been described with reference to the drawings. However, the configuration of the electric circuit can be changed as appropriate.
他にも、上記実施形態では、電力系統1からの電力供給が正常状態であるか異常状態であるかを判定するために、電力監視手段13が電力の電圧を参照する例を説明したが、他の指標によって電力系統1からの電力供給が正常状態であるか異常状態であるかを判定することもできる。例えば、電力監視手段13が監視する交流線2の交流電圧のゼロクロス点の時間間隔を指標とすることもできる。交流電圧の周波数が60Hzである場合、交流電圧の半周期毎、即ち約8msec毎にゼロクロス点が検出される。従って、ゼロクロス点が検出された後、例えば9msec経過しても次のゼロクロス点が検出できないときは電力系統1が異常状態であると判定できる。これに対して、ゼロクロス点が検出された後、例えば9msec経過する前に次のゼロクロス点が検出できたときは電力系統1が正常状態であると判定できる。
In addition, in the above-described embodiment, the example in which the
<2>
上記実施形態では、排熱回収装置20の記憶手段24に連系許否情報(入力された暗証番号が有効であるか否かの情報、即ち、連系運転を行うことを許可されているか否かの情報)が記憶されており、充電式電池21の電池容量が零になった場合には、その連系許否情報が記憶手段24から失われる例を説明したが、記憶手段24に別の情報が記憶されていてもよい。
例えば、排熱回収装置20の記憶手段24に、燃料電池発電装置10及び排熱回収装置20を運転することで達成したCO2削減量(例えば、燃料電池発電装置10及び排熱回収装置20を運転せずに電気と熱とを発生させた場合との比較)に関する情報を記憶しておくこともできる。
<2>
In the above-described embodiment, the interconnection means permission / rejection information (information on whether or not the input password is valid, that is, whether or not the interconnection operation is permitted) is stored in the
For example, the storage means 24 of the exhaust
本発明は、燃料電池発電装置の不必要な劣化を抑制可能な燃料電池発電システムに利用できる。 The present invention can be used for a fuel cell power generation system capable of suppressing unnecessary deterioration of the fuel cell power generation apparatus.
1 電力系統
2 交流線
6 自立電力線
6a 第1自立電力線
6b 第2自立電力線
7 電気コンセント(自立運転時用電気端子)
9 自立時用電力負荷装置
10 燃料電池発電装置
11 燃料電池部
12 発電制御手段
20 排熱回収装置(電力負荷装置)
21 充電式電池
30 ディレイ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
9 Power load device for self-
21
Claims (6)
前記異常状態において前記自立電力線を介した前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受ける自立運転時用電気端子とを備える燃料電池発電システムであって、
前記正常状態においては前記交流線を介した電力の供給を受け、前記異常状態においては前記自立電力線を介した前記燃料電池発電装置からの電力の供給を受ける電力負荷装置を備え、
前記電力負荷装置は、充電式電池を有し、前記交流線から自身への電力の供給及び前記燃料電池発電装置から前記自立電力線を介しての自身への電力の供給の何れもが停止されると前記充電式電池からの電力の供給を受けて動作し、及び、電力の供給を受けている間は前記燃料電池発電装置が前記連系運転を行うことを許可されているか否かについての連系許否情報を記憶すると共に当該連系許否情報を設定タイミングで前記燃料電池発電装置に伝達するように構成され、
前記燃料電池発電装置の前記発電制御手段は、前記連系運転を行っているときに前記電力負荷装置から伝達される前記連系許否情報を参照して前記連系運転を行うことを許可されていると判定できないと、前記燃料電池部の発電運転を停止させるように構成され、
前記燃料電池発電装置が前記自立電力線への電力の供給を開始するとき、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線を介した電力の供給が、前記自立運転時用電気端子よりも前記電力負荷装置に対して時間的に優先して開始されるように構成されている燃料電池発電システム。 When the fuel cell unit and a normal state in which power supply from the power system to the AC line is normally performed, a connected operation for outputting the generated power of the fuel cell unit to the AC line is performed, and the AC is transmitted from the power system. Power generation control configured to perform a self-sustained operation of outputting the generated power of the fuel cell unit to a self-contained power line electrically disconnected from the power system when an abnormal state in which power supply to the line is not normally performed A fuel cell power generator having means;
A fuel cell power generation system comprising a self-sustaining operation electrical terminal that receives supply of power from the fuel cell power generation device via the independent power line in the abnormal state,
A power load device that receives power supply through the AC line in the normal state and receives power supply from the fuel cell power generation device through the independent power line in the abnormal state;
The power load device has a rechargeable battery, and both supply of power from the AC line to itself and supply of power from the fuel cell power generation device to the self through the stand-alone power line are stopped. And whether or not the fuel cell power generation device is permitted to perform the interconnection operation while receiving the supply of electric power. The system permission / rejection information is stored and the connection permission / rejection information is transmitted to the fuel cell power generator at a set timing,
The power generation control means of the fuel cell power generation device is permitted to perform the interconnection operation with reference to the interconnection permission information transmitted from the power load device during the interconnection operation. If it cannot be determined that the fuel cell unit is, the fuel cell unit is configured to stop the power generation operation,
When the fuel cell power generator starts to supply power to the independent power line, the supply of power from the fuel cell power generator via the independent power line is directed to the power load device rather than the electric terminal for independent operation. A fuel cell power generation system configured to start with priority in time.
前記燃料電池発電装置の前記発電制御手段は、前記燃料電池発電装置から前記自立電力線への電力の供給を開始するとき、前記燃料電池発電装置から前記第1自立電力線への電力の供給を、前記燃料電池発電装置から前記第2自立電力線への電力の供給よりも時間的に優先して開始するように構成されている請求項1又は2に記載の燃料電池発電システム。 When the fuel cell power generator is performing the self-sustained operation, the self-supporting power line is connected to the power load device from the fuel cell power generator and the fuel cell power generator during the self-sustained operation. A second self-standing power line connected to the electrical terminal for use,
When the power generation control means of the fuel cell power generation device starts supplying power from the fuel cell power generation device to the self-contained power line, the power generation control unit supplies power from the fuel cell power generation device to the first self-contained power line. 3. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell power generation system is configured to start with priority over the supply of power from the fuel cell power generation device to the second independent power line.
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