JP3452840B2 - 燃料電池発電プラント - Google Patents
燃料電池発電プラントInfo
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04664—Failure or abnormal function
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- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池発電プ
ラントに関し、特に燃料電池交流送電系統において事故
等が発生し、停止する場合にも燃料電池内の残存燃料ガ
スによる余剰発電電力を速やかに消費するためのダミー
負荷を余剰電力を用いて迅速に投入できることを可能と
した燃料電池発電プラントに関する。
ラントに関し、特に燃料電池交流送電系統において事故
等が発生し、停止する場合にも燃料電池内の残存燃料ガ
スによる余剰発電電力を速やかに消費するためのダミー
負荷を余剰電力を用いて迅速に投入できることを可能と
した燃料電池発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の直流出力を交流出力に変換す
るためのインバータを有する燃料電池発電プラントにお
いては、外部の電気回路に異常が発生し、燃料電池関係
の電源がすべて喪失した場合でも、燃料電池停止後のプ
ラント内残留ガスによる余剰発電電力を強制的に消費さ
せる必要が有り、そのために確実にダミー抵抗を投入す
る必要がある。
るためのインバータを有する燃料電池発電プラントにお
いては、外部の電気回路に異常が発生し、燃料電池関係
の電源がすべて喪失した場合でも、燃料電池停止後のプ
ラント内残留ガスによる余剰発電電力を強制的に消費さ
せる必要が有り、そのために確実にダミー抵抗を投入す
る必要がある。
【０００３】図３は、従来の燃料電池発電プラントを示
す概略構成図である。図において、１は燃料ガスａと空
気ガスｂとの化学反応により直流電力を発電する燃料電
池スタック、２は燃料電池スタック１の燃料極、３は燃
料電池スタック１の空気極、４は燃料極２及び空気極３
にそれぞれ設けられた直流集電板、５は燃料極２に燃料
極入口配管６を介して燃料ガスａを送る燃料ガス入口
弁、７は空気極２に空気極入口配管８を介して空気ガス
ｂを送る空気ガス入口弁である。９は未反応の燃料ガス
ａ及び反応生成物を外部へ放出する燃料極出口配管、１
０は空気ガスｂを反応後に外部へ放出する空気極出口配
管である。１１は燃料電池スタック１の発電出力が送電
される燃料電池用インバータ、１２は燃料電池用インバ
ータ１１のインバータ主回路、１３は燃料電池用インバ
ータ１１のインバータ制御回路である。１４は燃料電池
用インバータ１１に接続された外部の電気回路、１５は
燃料電池用インバータ１１と外部の電気回路１４との間
に設けられた外部回路接続用遮断器である。１６は燃料
電池の余剰電力を消費するよう設けられたダミー抵抗、
１７はダミー抵抗１６を制御するダミー抵抗接続用開閉
器で、ダミー抵抗１６と共にダミー負荷回路を形成す
る。１８はインバータ制御回路１３に制御電力を供給す
る定電圧定周波数電源である。
す概略構成図である。図において、１は燃料ガスａと空
気ガスｂとの化学反応により直流電力を発電する燃料電
池スタック、２は燃料電池スタック１の燃料極、３は燃
料電池スタック１の空気極、４は燃料極２及び空気極３
にそれぞれ設けられた直流集電板、５は燃料極２に燃料
極入口配管６を介して燃料ガスａを送る燃料ガス入口
弁、７は空気極２に空気極入口配管８を介して空気ガス
ｂを送る空気ガス入口弁である。９は未反応の燃料ガス
ａ及び反応生成物を外部へ放出する燃料極出口配管、１
０は空気ガスｂを反応後に外部へ放出する空気極出口配
管である。１１は燃料電池スタック１の発電出力が送電
される燃料電池用インバータ、１２は燃料電池用インバ
ータ１１のインバータ主回路、１３は燃料電池用インバ
ータ１１のインバータ制御回路である。１４は燃料電池
用インバータ１１に接続された外部の電気回路、１５は
燃料電池用インバータ１１と外部の電気回路１４との間
に設けられた外部回路接続用遮断器である。１６は燃料
電池の余剰電力を消費するよう設けられたダミー抵抗、
１７はダミー抵抗１６を制御するダミー抵抗接続用開閉
器で、ダミー抵抗１６と共にダミー負荷回路を形成す
る。１８はインバータ制御回路１３に制御電力を供給す
る定電圧定周波数電源である。
【０００４】図３のように従来の燃料電池発電プラント
では、ダミー抵抗１６を投入するためのエネルギー源と
して、コンデンサトリップまたは定電圧定周波数電源１
８（ＣＶＣＦ）などをインバータ制御回路１３に接続す
ることで、外部の電気回路１４の電圧が喪失した場合の
ダミー抵抗接続用開閉器１７を動作するための電源とし
て使用していた。これは特開平６−２８３１８７号公報
に見られるとおりである。
では、ダミー抵抗１６を投入するためのエネルギー源と
して、コンデンサトリップまたは定電圧定周波数電源１
８（ＣＶＣＦ）などをインバータ制御回路１３に接続す
ることで、外部の電気回路１４の電圧が喪失した場合の
ダミー抵抗接続用開閉器１７を動作するための電源とし
て使用していた。これは特開平６−２８３１８７号公報
に見られるとおりである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、コンデンサト
リップあるいは定電圧定周波数電源（ＣＶＣＦ）１８の
容量上、例えば燃料電池発電プラントを停止させようと
するときに、燃料ガスの供給を停止するための遮断弁が
正常に動作せず、燃料電池発電プラント内で継続して余
剰ガスが発生してしまう場合などでは、ダミー抵抗１６
を投入し続けることが必要となるが、ダミー抵抗接続用
開閉器１７を長時間確実に開閉させることができないこ
と等の問題があった。
リップあるいは定電圧定周波数電源（ＣＶＣＦ）１８の
容量上、例えば燃料電池発電プラントを停止させようと
するときに、燃料ガスの供給を停止するための遮断弁が
正常に動作せず、燃料電池発電プラント内で継続して余
剰ガスが発生してしまう場合などでは、ダミー抵抗１６
を投入し続けることが必要となるが、ダミー抵抗接続用
開閉器１７を長時間確実に開閉させることができないこ
と等の問題があった。
【０００６】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、燃料電池余剰電力を速やかに消
費するために、余剰電力がある間は確実にダミー抵抗を
投入し、非常停止時に電池直流電圧を確実に下げること
ができるようにした燃料電池発電プラントを得ることを
目的とする。
ためになされたもので、燃料電池余剰電力を速やかに消
費するために、余剰電力がある間は確実にダミー抵抗を
投入し、非常停止時に電池直流電圧を確実に下げること
ができるようにした燃料電池発電プラントを得ることを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる燃料電
池発電プラントにおいては、燃料ガスを用いて化学反応
により直流電力を出力するよう構成された燃料電池スタ
ックと、この燃料電池スタックから出力される直流電力
を交流電力に変換し、遮断器を介して接続された外部の
電気回路に出力するインバータ主回路と、このインバー
タ主回路を制御するよう構成されると共にインバータ主
回路の入力側に接続されたインバータ制御回路と、この
インバータ制御回路によって制御される開閉器を介し、
燃料電池スタックから出力される直流電力が入力される
よう接続された抵抗を備え、外部の電気回路の故障によ
り、遮断器が開路されたとき、インバータ制御回路によ
って開閉器を閉路させるものである。
池発電プラントにおいては、燃料ガスを用いて化学反応
により直流電力を出力するよう構成された燃料電池スタ
ックと、この燃料電池スタックから出力される直流電力
を交流電力に変換し、遮断器を介して接続された外部の
電気回路に出力するインバータ主回路と、このインバー
タ主回路を制御するよう構成されると共にインバータ主
回路の入力側に接続されたインバータ制御回路と、この
インバータ制御回路によって制御される開閉器を介し、
燃料電池スタックから出力される直流電力が入力される
よう接続された抵抗を備え、外部の電気回路の故障によ
り、遮断器が開路されたとき、インバータ制御回路によ
って開閉器を閉路させるものである。
【０００８】また、インバータ制御回路は、ノイズフィ
ルタを介してインバータ主回路の入力側に接続されたも
のである。
ルタを介してインバータ主回路の入力側に接続されたも
のである。
【０００９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１による燃料電池発電プラントを示す概略
構成図である。図において、１は燃料ガスａと空気ガス
ｂとの化学反応により直流電力を発電する燃料電池スタ
ック、２は燃料電池スタック１の燃料極、３は燃料電池
スタック１の空気極、４は燃料極２及び空気極３にそれ
ぞれ設けられた直流集電板、５は燃料極２に燃料極入口
配管６を介して燃料ガスａを送る燃料ガス入口弁、７は
空気極２に空気極入口配管８を介して空気ガスｂを送る
空気ガス入口弁である。９は未反応の燃料ガスａ及び反
応生成物を外部へ放出する燃料極出口配管、１０は空気
ガスｂを反応後に外部へ放出する空気極出口配管であ
る。
の実施の形態１による燃料電池発電プラントを示す概略
構成図である。図において、１は燃料ガスａと空気ガス
ｂとの化学反応により直流電力を発電する燃料電池スタ
ック、２は燃料電池スタック１の燃料極、３は燃料電池
スタック１の空気極、４は燃料極２及び空気極３にそれ
ぞれ設けられた直流集電板、５は燃料極２に燃料極入口
配管６を介して燃料ガスａを送る燃料ガス入口弁、７は
空気極２に空気極入口配管８を介して空気ガスｂを送る
空気ガス入口弁である。９は未反応の燃料ガスａ及び反
応生成物を外部へ放出する燃料極出口配管、１０は空気
ガスｂを反応後に外部へ放出する空気極出口配管であ
る。
【００１０】１１は燃料電池スタック１の発電出力が送
電される燃料電池用インバータで、送電路によって燃料
電池スタックと接続されている。１２は燃料電池用イン
バータ１１のインバータ主回路、１３は燃料電池用イン
バータ１１のインバータ制御回路であり、燃料電池の直
流出力が入力される。１４は燃料電池用インバータ１１
に接続された外部の電気回路、１５は燃料電池用インバ
ータ１１と外部の電気回路１４との間に設けられた外部
回路接続用遮断器である。１６は燃料電池の余剰電力を
消費するよう設けられたダミー抵抗、１７はダミー抵抗
１６を制御するダミー抵抗接続用開閉器で、インバータ
制御回路１３によって開閉が制御されるものであり、ダ
ミー抵抗１６と共にダミー負荷回路を形成する。
電される燃料電池用インバータで、送電路によって燃料
電池スタックと接続されている。１２は燃料電池用イン
バータ１１のインバータ主回路、１３は燃料電池用イン
バータ１１のインバータ制御回路であり、燃料電池の直
流出力が入力される。１４は燃料電池用インバータ１１
に接続された外部の電気回路、１５は燃料電池用インバ
ータ１１と外部の電気回路１４との間に設けられた外部
回路接続用遮断器である。１６は燃料電池の余剰電力を
消費するよう設けられたダミー抵抗、１７はダミー抵抗
１６を制御するダミー抵抗接続用開閉器で、インバータ
制御回路１３によって開閉が制御されるものであり、ダ
ミー抵抗１６と共にダミー負荷回路を形成する。
【００１１】図１において、燃料電池スタック１には、
燃料ガス入口弁５からの燃料ガスａと空気ガス入口弁７
からの空気ガスｂが送られ、化学反応により発電する。
燃料電池スタック１の燃料極２及び空気極３に接続され
た電気回路に発電出力が導かれる。未反応の燃料ガスａ
及び反応生成物は燃料極出口配管９により、空気ガスｂ
は反応後に空気極出口配管１０により外部へ放出され
る。一方、燃料電池スタック１の発電出力は、直流集電
板４からインバータ入力端子に直流電力として送電さ
れ、燃料電池用インバータ１１を駆動することにより、
直流電力が交流電力に変換され、外部の電気回路１４に
連系する。外部の電気回路１４の短絡事故等が発生した
場合に、燃料電池発電プラントは、外部の電気回路１４
と切り離され、単独運転として運転継続するか、もしく
は発電は停止される。燃料電池発電プラントを停止する
場合には、燃料ガス入口弁５及び空気ガス入口弁７を機
械的に閉じ、燃料電池スタック１の化学反応を停止さ
せ、更に外部回路接続用遮断器１５を開路し、燃料電池
用インバータ１１を停止させる。ここで燃料電池用イン
バータ１１の停止等により、外部の電気回路１４への電
力供給がなくなるが、燃料極入口配管６、空気極入口配
管８、燃料極出口配管９、空気極出口配管１０及び燃料
極２、空気極３中に残留するガスによって燃料電池スタ
ック１は余剰電力を出力しようとする。
燃料ガス入口弁５からの燃料ガスａと空気ガス入口弁７
からの空気ガスｂが送られ、化学反応により発電する。
燃料電池スタック１の燃料極２及び空気極３に接続され
た電気回路に発電出力が導かれる。未反応の燃料ガスａ
及び反応生成物は燃料極出口配管９により、空気ガスｂ
は反応後に空気極出口配管１０により外部へ放出され
る。一方、燃料電池スタック１の発電出力は、直流集電
板４からインバータ入力端子に直流電力として送電さ
れ、燃料電池用インバータ１１を駆動することにより、
直流電力が交流電力に変換され、外部の電気回路１４に
連系する。外部の電気回路１４の短絡事故等が発生した
場合に、燃料電池発電プラントは、外部の電気回路１４
と切り離され、単独運転として運転継続するか、もしく
は発電は停止される。燃料電池発電プラントを停止する
場合には、燃料ガス入口弁５及び空気ガス入口弁７を機
械的に閉じ、燃料電池スタック１の化学反応を停止さ
せ、更に外部回路接続用遮断器１５を開路し、燃料電池
用インバータ１１を停止させる。ここで燃料電池用イン
バータ１１の停止等により、外部の電気回路１４への電
力供給がなくなるが、燃料極入口配管６、空気極入口配
管８、燃料極出口配管９、空気極出口配管１０及び燃料
極２、空気極３中に残留するガスによって燃料電池スタ
ック１は余剰電力を出力しようとする。
【００１２】外部の電気回路１４によって電力消費がな
い場合、燃料電池スタック１の直流集電板４間の電圧が
上昇し、電池が腐食するなどの問題点が発生する。これ
を防止するためダミー抵抗接続用開閉器１７を閉路し、
ダミー抵抗１６により強制的に燃料電池の余剰電力を消
費する。外部の電気回路１４は、電圧喪失などの異常状
態にあるのでダミー抵抗接続用開閉器１７を動作させる
ためのインバータ制御回路１３への電力を供給できない
ため、従来は図３のように定電圧定周波数電源１８など
によって供給していたが、高価であり設置スペースを必
要とするので、インバータ制御回路１３への非常時供給
電源としては好ましくない。そこで、このダミー抵抗接
続用開閉器１７の閉路用を含むインバータ制御回路１３
電源へ非常時電力供給手段として、図１に示すように、
常時直流出力回路に並列に接続させることにより、燃料
電池スタック１の余剰電力を有効に利用することがで
き、余剰電力が存在する限り、すなわちダミー抵抗接続
用開閉器１７を動作させる必要がある間は、確実な制御
ができる。
い場合、燃料電池スタック１の直流集電板４間の電圧が
上昇し、電池が腐食するなどの問題点が発生する。これ
を防止するためダミー抵抗接続用開閉器１７を閉路し、
ダミー抵抗１６により強制的に燃料電池の余剰電力を消
費する。外部の電気回路１４は、電圧喪失などの異常状
態にあるのでダミー抵抗接続用開閉器１７を動作させる
ためのインバータ制御回路１３への電力を供給できない
ため、従来は図３のように定電圧定周波数電源１８など
によって供給していたが、高価であり設置スペースを必
要とするので、インバータ制御回路１３への非常時供給
電源としては好ましくない。そこで、このダミー抵抗接
続用開閉器１７の閉路用を含むインバータ制御回路１３
電源へ非常時電力供給手段として、図１に示すように、
常時直流出力回路に並列に接続させることにより、燃料
電池スタック１の余剰電力を有効に利用することがで
き、余剰電力が存在する限り、すなわちダミー抵抗接続
用開閉器１７を動作させる必要がある間は、確実な制御
ができる。
【００１３】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２による燃料電池発電プラントを示す概略構成図であ
る。図において、１〜１７は図１におけるものと同一の
ものである。１９は燃料電池の直流出力とインバータ制
御回路１３間に設けられたノイズフィルタである。イン
バータの動作原理上、通常、燃料電池直流出力には、イ
ンバータノイズが重畳した状態で、燃料電池は発電運転
を行っている。実施の形態１の場合、直流出力とインバ
ータ制御回路１３が常時接続されているので、インバー
タノイズが大きいとき、インバータ制御回路１３が電池
直流出力を通してノイズの影響を受け、正常にインバー
タ制御できない状態となる。更に、インバータ制御回路
１３の直流側から交流側へもノイズが伝搬し、インバー
タ制御回路１３から交流出力を通して燃料電池制御電源
へノイズが流入し、燃料電池発電制御で最も重要である
原燃料流量計がノイズの影響で誤指示し、電池が原料不
足で破壊することも想定される。そこで、実施の形態２
では燃料電池の直流出力とインバータ制御回路１３の接
続に際して、ノイズフィルタ１９を介して接続する。
態２による燃料電池発電プラントを示す概略構成図であ
る。図において、１〜１７は図１におけるものと同一の
ものである。１９は燃料電池の直流出力とインバータ制
御回路１３間に設けられたノイズフィルタである。イン
バータの動作原理上、通常、燃料電池直流出力には、イ
ンバータノイズが重畳した状態で、燃料電池は発電運転
を行っている。実施の形態１の場合、直流出力とインバ
ータ制御回路１３が常時接続されているので、インバー
タノイズが大きいとき、インバータ制御回路１３が電池
直流出力を通してノイズの影響を受け、正常にインバー
タ制御できない状態となる。更に、インバータ制御回路
１３の直流側から交流側へもノイズが伝搬し、インバー
タ制御回路１３から交流出力を通して燃料電池制御電源
へノイズが流入し、燃料電池発電制御で最も重要である
原燃料流量計がノイズの影響で誤指示し、電池が原料不
足で破壊することも想定される。そこで、実施の形態２
では燃料電池の直流出力とインバータ制御回路１３の接
続に際して、ノイズフィルタ１９を介して接続する。
【００１４】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。燃料ガ
スを用いて化学反応により直流電力を出力するよう構成
された燃料電池スタックと、この燃料電池スタックから
出力される直流電力を交流電力に変換し、遮断器を介し
て接続された外部の電気回路に出力するインバータ主回
路と、このインバータ主回路を制御するよう構成される
と共にインバータ主回路の入力側に接続されたインバー
タ制御回路、このインバータ制御回路によって制御され
る開閉器を介し、燃料電池スタックから出力される直流
電力が入力されるよう接続された抵抗を備え、外部の電
気回路の故障により、遮断器が開路されたとき、インバ
ータ制御回路によって、開閉器を閉路させるので、外部
の電気回路が切り離された後に発電される余剰電力を用
いて、その余剰電力を抵抗によって消費させることがで
きる。
れているので、以下に示すような効果を奏する。燃料ガ
スを用いて化学反応により直流電力を出力するよう構成
された燃料電池スタックと、この燃料電池スタックから
出力される直流電力を交流電力に変換し、遮断器を介し
て接続された外部の電気回路に出力するインバータ主回
路と、このインバータ主回路を制御するよう構成される
と共にインバータ主回路の入力側に接続されたインバー
タ制御回路、このインバータ制御回路によって制御され
る開閉器を介し、燃料電池スタックから出力される直流
電力が入力されるよう接続された抵抗を備え、外部の電
気回路の故障により、遮断器が開路されたとき、インバ
ータ制御回路によって、開閉器を閉路させるので、外部
の電気回路が切り離された後に発電される余剰電力を用
いて、その余剰電力を抵抗によって消費させることがで
きる。
【００１５】また、インバータ制御回路は、ノイズフィ
ルタを介してインバータ主回路の入力側に接続されるの
で、ノイズによる誤動作が行われないインバータ制御回
路とすることができる。
ルタを介してインバータ主回路の入力側に接続されるの
で、ノイズによる誤動作が行われないインバータ制御回
路とすることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による燃料電池発電
プラントを示す概略構成図である。
プラントを示す概略構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による燃料電池発電
プラントを示す概略構成図である。
プラントを示す概略構成図である。
【図３】 従来の燃料電池発電プラントを示す概略構成
図である。
図である。
１ 燃料電池スタック、 ２ 燃料極、 ３ 空気極、
５ 燃料ガス入口弁、 ６ 燃料極入口配管、 ７ 空
気ガス入口弁、８ 空気極入口配管、 ９ 燃料極出口
配管、 １０ 空気極出口配管、１１ 燃料電池用イン
バータ、 １２ インバータ主回路、１３ インバータ
制御回路、 １４ 外部の電気回路、１５ 外部回路接
続用遮断器、 １６ ダミー抵抗、１７ ダミー抵抗接
続用開閉器、 １９ ノイズフィルタ、ａ 燃料ガス、
ｂ 空気ガス。
５ 燃料ガス入口弁、 ６ 燃料極入口配管、 ７ 空
気ガス入口弁、８ 空気極入口配管、 ９ 燃料極出口
配管、 １０ 空気極出口配管、１１ 燃料電池用イン
バータ、 １２ インバータ主回路、１３ インバータ
制御回路、 １４ 外部の電気回路、１５ 外部回路接
続用遮断器、 １６ ダミー抵抗、１７ ダミー抵抗接
続用開閉器、 １９ ノイズフィルタ、ａ 燃料ガス、
ｂ 空気ガス。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/04
H02J 9/06
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料ガスを用いて化学反応により直流電
力を出力するよう構成された燃料電池スタック、この燃
料電池スタックから出力される直流電力を交流電力に変
換し、遮断器を介して接続された外部の電気回路に出力
するインバータ主回路、このインバータ主回路を制御す
るよう構成されると共に上記インバータ主回路の入力側
に接続されたインバータ制御回路、このインバータ制御
回路によって制御される開閉器を介し、上記燃料電池ス
タックから出力される直流電力が入力されるよう接続さ
れた抵抗を備え、上記外部の電気回路の故障により、上
記遮断器が開路されたとき、上記インバータ制御回路に
よって、上記開閉器を閉路させることを特徴とする燃料
電池発電プラント。 - 【請求項２】 インバータ制御回路は、ノイズフィルタ
を介してインバータ主回路の入力側に接続されたことを
特徴とする請求項１記載の燃料電池発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19632999A JP3452840B2 (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | 燃料電池発電プラント |
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