JP3872020B2 - 直流電力供給システム - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流装置、蓄電池および燃料電池装置を具備した直流の無停電電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
新訂版「情報・通信用電源」、通信用電源研究会／電気通信協会編、（オーム社）平成１０年３月３０日、１００頁
【非特許文献２】
「インターネット機器用給電システムの動向」２０００年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、ＳＢ−７−１、ｐｐ．４７８−４７９インターネットの普及等により、電力供給停止を許容しない直流入力の通信装置やシステムが通信ビル等に設置されている。この方法としては、非特許文献１｛第３.５０図（ｂ）｝、あるいは非特許文献２（図２）に示されているように、通常時の電力供給源となる商用電源の停電時には非常用のエンジン発電装置に切り替えて使用する方式（上記非特許文献１においては受電装置の中に切り替えスイッチが含まれている。）が使用されている。図４にこのような従来の直流電力供給システムのブロック図を示す。図４に示すように、従来の直流電力供給システムでは、常時は商用電源１からの交流電力を、切替器１２を介して整流装置２に入力し、整流装置２で交流電力を直流電力に変換した後、直流電力配電系を通じて負荷４となる通信装置その他各種システムに直流電力を供給すると共に、蓄電池３を充電する。
【０００３】
商用電源１が停電した時は、整流装置２の動作が停止し、蓄電池３に蓄えられた直流電力が直ちに負荷に供給される。一方、非常用エンジン発電装置１１は停電とともに起動し、出力電圧が確立した時点で、切替器１２の入力が商用電源１から非常用エンジン発電装置１１に切り替り、非常用エンジン発電装置１１の交流電力が整流装置２で直流電力に変換されて負荷４に供給される。
これにより、停電時においても電源遮断を生じることなく直流電力を供給できる無停電直流電力供給システムを実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の直流電力供給システムにおいては、先に述べたように商用の電力源の停電時においても負荷に電力を供給できる特徴を有してはいるが、商用電源と非常用エンジン発電装置を切り替えるために切替器を使用しており、この切替器となるスイッチの信頼度は必ずしも高くなく、また、他の装置と違い冗長構成とすることも難しいので、切替器が故障すると蓄電池のみにより電力を負荷に供給しなくてはならず電力供給可能時間に限界があり、切替器の信頼度に起因する課題があった。また、非常用エンジン発電装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等いわゆる化石燃料を利用しており、このため発電中に窒素酸化物や硫黄酸化物を排出するのみならず、発電中の駆動系からの騒音が大きいという課題もあり、環境上の問題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１においては、交流電力を直流電力に変換する整流装置と、前記整流装置の出力に蓄電池と非常用電源装置とが接続されている直流電力供給システムにおいて、前記非常用電源装置として燃料電池装置を使用し、前記燃料電池装置は直流電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低い電圧に変換するＤＣ-ＤＣコンバータと、前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力である直流電流の前記ＤＣ-ＤＣコンバータヘの流入を防止するダイオードと、前記燃料電池の起動・停止を行う燃料電池運転制御部とを具備し、前記燃料電池運転制御部は前記ダイオードのカソード端電圧を検出する電圧検出回路と、前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低く、かつ予め設定した規格値以下となった場合に前記燃料電池を起動して発電させ、前記燃料電池が発電中に前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧と等しくなった場合に前記燃料電池の発電を停止させる燃料電池運転停止回路とを具備し、さらに前記蓄電池のバックアップ時間は、停電による燃料電池装置の発電開始から、給電開始までの時間よりも長くした構成の直流電力供給システムについて規定している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態１に係わる直流電力供給システムの概略構成を図１に、また図１のＡ点における電圧変化を図２に示す。
本発明による直流電力供給システムは、商用電源１からの交流電力が入力される、整流装置２、蓄電池３、負荷４、燃料電池装置５、燃料電池５−１、ＤＣ-ＤＣコンバータ５−２、ダイオード５−３、燃料電池運転制御部５−４、出力電圧検出回路５−４−１、燃料電池運転停止回路５−４−２から構成される。
常時は、商用電源１からの交流電力が整流装置２に入力し、整流装置２は交流電力を直流電力に変換し、蓄電池３を充電するとともに、負荷４に直流電力を供給する。
【０００７】
次に、商用電源１の停電時には、整流装置２の動作が停止するので、蓄電池３の直流電力が負荷４に供給される。図１のＡ点の電圧は、蓄電池３の放電により、整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）から徐々に低下していく。燃料電池装置５の燃料電池運転制御部（５−４）内の出力電圧検出回路（５−４−１）は、ダイオード（５−３）のカソード端電圧（図１のＡ点）を検出し、この電圧値を同じく燃料電池運転制御部（５−４）内の燃料電池運転停止回路（５−４−２）に送信する。燃料電池運転停止回路（５−４−２）は、出力電圧検出回路（５−４−１）で検出されるダイオード（５−３）のカソード端電圧が整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）よりも低い電圧である予め設定した規格値（Ｖｋ）以下になると、燃料電池（５−１）に起動信号を送信する。燃料電池（５−１）はこの起動信号により運転を開始して発電する。ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）は燃料電池（５−１）の出力である直流電圧を整流装置２よりも低い安定した直流電圧に変換し、ダイオード（５−３）を介して負荷４と蓄電池３に電力を供給する。図１におけるＡ点の電圧は、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）からダイオード（５−３）の順方向電圧降下（Ｖｄ）を減じた値（Ｖｃ−Ｖｄ）と等しくなる。ここで、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）は、例えば整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）より低い、予め設定した規格値（Ｖｋ）と同じ値でも良い。
【０００８】
商用電源１が回復して正常となった場合（復電）は、整流装置２が起動し、直流電力を出力する。整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）は、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）よりも高いので、整流装置２の出力電力は蓄電池３を充電するとともに負荷４に電力を供給し、Ａ点の電圧はＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧からダイオード（５−３）の順方向電圧降下（Ｖｄ）を減じた値（Ｖｃ−Ｖｄ）から、短時間で整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）となる。
【０００９】
一方、燃料電池装置５は、先に述べたように整流装置２の出力電圧の方が高いので、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力に接続されているダイオード（５−３）は逆方向バイアスの状態となりオフ状態となる。燃料電池運転停止回路（５−４−２）は、出力電圧検出回路（５−４−１）で検出されるダイオード（５−３）のカソード端電圧（Ａ点の電圧）が整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）と等しくなったことを検出し、燃料電池（５−１）の発電を停止するように停止信号を燃料電池（５−１）に送信する。燃料電池（５−１）は、この停止信号により、発電を停止する。以上の一連の動作により、本システムは商用電源１の正常時（常時）の動作に戻る。
【００１０】
また、蓄電池３のバックアップ時間は、商用電源１が停電してから燃料電池装置５が発電を開始して、負荷４に電力を供給するまでの時間よりも長く設定しているので、停電時に電力が供給できなくなることは無い。
【００１１】
なお、燃料電池装置５の燃料としては、都市ガス、メタノール、水素などがあり、メタノールや水素の場合は、貯蔵設傭を設置する必要がある。
【００１２】
（実施の形態２）
図３に示す実施の形態２は、実施の形態１において整流装置２の出力に接続されている蓄電池３を、燃料電池装置５内に具備させたもので、この動作は実施の形態１と等しいので説明は省略する。蓄電池３を燃料電池装置５に具備させることにより、システムの構成装置が減少し、システム構築が容易となる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、商用電源の停電時に発電する燃料電池装置と負荷が直接接続されており、電子的に商用電源と燃料電池装置とを滑らかに切替えることが可能となるため切替器等の信頼度の低い装置を除くことが出来、システムの信頼度を高くすることが出来る。
また、燃料電池装置は非常用エンジン発電装置に比べ、窒素酸化物、硫黄酸化物の排出量が少ないので、環境保護の点でも望ましいエネルギ−源である。さらに、燃料電池装置は回転部分等発電のための機械運動系を持っていないので、騒音が低い利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示す直流電力供給システムのブロック図。
【図２】上記図１におけるＡ点の電圧変化を示す時間−電圧関係図。
【図３】本発明における第２の実施の形態を示す直流電力供給システムのブロック図。
【図４】従来の直流電力供給システムのブロック図。
【符号の説明】
１…商用電源 ２…整流装置
３…蓄電池 ４…負荷
５…燃料電池装置 ５-１…燃料電池
５-２…ＤＣ-ＤＣコンバータ ５-３…ダイオード
５-４…燃料電池運転制御部
５-４- １…出力電圧検出回路
５-４-２…燃料電池運転停止回路
５-５…装置内蔵蓄電池
１１…非常用エンジン発電装置 １２…切替器
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流装置、蓄電池および燃料電池装置を具備した直流の無停電電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
新訂版「情報・通信用電源」、通信用電源研究会／電気通信協会編、（オーム社）平成１０年３月３０日、１００頁
【非特許文献２】
「インターネット機器用給電システムの動向」２０００年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、ＳＢ−７−１、ｐｐ．４７８−４７９インターネットの普及等により、電力供給停止を許容しない直流入力の通信装置やシステムが通信ビル等に設置されている。この方法としては、非特許文献１｛第３.５０図（ｂ）｝、あるいは非特許文献２（図２）に示されているように、通常時の電力供給源となる商用電源の停電時には非常用のエンジン発電装置に切り替えて使用する方式（上記非特許文献１においては受電装置の中に切り替えスイッチが含まれている。）が使用されている。図４にこのような従来の直流電力供給システムのブロック図を示す。図４に示すように、従来の直流電力供給システムでは、常時は商用電源１からの交流電力を、切替器１２を介して整流装置２に入力し、整流装置２で交流電力を直流電力に変換した後、直流電力配電系を通じて負荷４となる通信装置その他各種システムに直流電力を供給すると共に、蓄電池３を充電する。
【０００３】
商用電源１が停電した時は、整流装置２の動作が停止し、蓄電池３に蓄えられた直流電力が直ちに負荷に供給される。一方、非常用エンジン発電装置１１は停電とともに起動し、出力電圧が確立した時点で、切替器１２の入力が商用電源１から非常用エンジン発電装置１１に切り替り、非常用エンジン発電装置１１の交流電力が整流装置２で直流電力に変換されて負荷４に供給される。
これにより、停電時においても電源遮断を生じることなく直流電力を供給できる無停電直流電力供給システムを実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の直流電力供給システムにおいては、先に述べたように商用の電力源の停電時においても負荷に電力を供給できる特徴を有してはいるが、商用電源と非常用エンジン発電装置を切り替えるために切替器を使用しており、この切替器となるスイッチの信頼度は必ずしも高くなく、また、他の装置と違い冗長構成とすることも難しいので、切替器が故障すると蓄電池のみにより電力を負荷に供給しなくてはならず電力供給可能時間に限界があり、切替器の信頼度に起因する課題があった。また、非常用エンジン発電装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等いわゆる化石燃料を利用しており、このため発電中に窒素酸化物や硫黄酸化物を排出するのみならず、発電中の駆動系からの騒音が大きいという課題もあり、環境上の問題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１においては、交流電力を直流電力に変換する整流装置と、前記整流装置の出力に蓄電池と非常用電源装置とが接続されている直流電力供給システムにおいて、前記非常用電源装置として燃料電池装置を使用し、前記燃料電池装置は直流電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低い電圧に変換するＤＣ-ＤＣコンバータと、前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力である直流電流の前記ＤＣ-ＤＣコンバータヘの流入を防止するダイオードと、前記燃料電池の起動・停止を行う燃料電池運転制御部とを具備し、前記燃料電池運転制御部は前記ダイオードのカソード端電圧を検出する電圧検出回路と、前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低く、かつ予め設定した規格値以下となった場合に前記燃料電池を起動して発電させ、前記燃料電池が発電中に前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧と等しくなった場合に前記燃料電池の発電を停止させる燃料電池運転停止回路とを具備し、さらに前記蓄電池のバックアップ時間は、停電による燃料電池装置の発電開始から、給電開始までの時間よりも長くした構成の直流電力供給システムについて規定している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態１に係わる直流電力供給システムの概略構成を図１に、また図１のＡ点における電圧変化を図２に示す。
本発明による直流電力供給システムは、商用電源１からの交流電力が入力される、整流装置２、蓄電池３、負荷４、燃料電池装置５、燃料電池５−１、ＤＣ-ＤＣコンバータ５−２、ダイオード５−３、燃料電池運転制御部５−４、出力電圧検出回路５−４−１、燃料電池運転停止回路５−４−２から構成される。
常時は、商用電源１からの交流電力が整流装置２に入力し、整流装置２は交流電力を直流電力に変換し、蓄電池３を充電するとともに、負荷４に直流電力を供給する。
【０００７】
次に、商用電源１の停電時には、整流装置２の動作が停止するので、蓄電池３の直流電力が負荷４に供給される。図１のＡ点の電圧は、蓄電池３の放電により、整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）から徐々に低下していく。燃料電池装置５の燃料電池運転制御部（５−４）内の出力電圧検出回路（５−４−１）は、ダイオード（５−３）のカソード端電圧（図１のＡ点）を検出し、この電圧値を同じく燃料電池運転制御部（５−４）内の燃料電池運転停止回路（５−４−２）に送信する。燃料電池運転停止回路（５−４−２）は、出力電圧検出回路（５−４−１）で検出されるダイオード（５−３）のカソード端電圧が整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）よりも低い電圧である予め設定した規格値（Ｖｋ）以下になると、燃料電池（５−１）に起動信号を送信する。燃料電池（５−１）はこの起動信号により運転を開始して発電する。ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）は燃料電池（５−１）の出力である直流電圧を整流装置２よりも低い安定した直流電圧に変換し、ダイオード（５−３）を介して負荷４と蓄電池３に電力を供給する。図１におけるＡ点の電圧は、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）からダイオード（５−３）の順方向電圧降下（Ｖｄ）を減じた値（Ｖｃ−Ｖｄ）と等しくなる。ここで、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）は、例えば整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）より低い、予め設定した規格値（Ｖｋ）と同じ値でも良い。
【０００８】
商用電源１が回復して正常となった場合（復電）は、整流装置２が起動し、直流電力を出力する。整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）は、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧（Ｖｃ）よりも高いので、整流装置２の出力電力は蓄電池３を充電するとともに負荷４に電力を供給し、Ａ点の電圧はＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力電圧からダイオード（５−３）の順方向電圧降下（Ｖｄ）を減じた値（Ｖｃ−Ｖｄ）から、短時間で整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）となる。
【０００９】
一方、燃料電池装置５は、先に述べたように整流装置２の出力電圧の方が高いので、ＤＣ-ＤＣコンバータ（５−２）の出力に接続されているダイオード（５−３）は逆方向バイアスの状態となりオフ状態となる。燃料電池運転停止回路（５−４−２）は、出力電圧検出回路（５−４−１）で検出されるダイオード（５−３）のカソード端電圧（Ａ点の電圧）が整流装置２の出力電圧（Ｖｒ）と等しくなったことを検出し、燃料電池（５−１）の発電を停止するように停止信号を燃料電池（５−１）に送信する。燃料電池（５−１）は、この停止信号により、発電を停止する。以上の一連の動作により、本システムは商用電源１の正常時（常時）の動作に戻る。
【００１０】
また、蓄電池３のバックアップ時間は、商用電源１が停電してから燃料電池装置５が発電を開始して、負荷４に電力を供給するまでの時間よりも長く設定しているので、停電時に電力が供給できなくなることは無い。
【００１１】
なお、燃料電池装置５の燃料としては、都市ガス、メタノール、水素などがあり、メタノールや水素の場合は、貯蔵設傭を設置する必要がある。
【００１２】
（実施の形態２）
図３に示す実施の形態２は、実施の形態１において整流装置２の出力に接続されている蓄電池３を、燃料電池装置５内に具備させたもので、この動作は実施の形態１と等しいので説明は省略する。蓄電池３を燃料電池装置５に具備させることにより、システムの構成装置が減少し、システム構築が容易となる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、商用電源の停電時に発電する燃料電池装置と負荷が直接接続されており、電子的に商用電源と燃料電池装置とを滑らかに切替えることが可能となるため切替器等の信頼度の低い装置を除くことが出来、システムの信頼度を高くすることが出来る。
また、燃料電池装置は非常用エンジン発電装置に比べ、窒素酸化物、硫黄酸化物の排出量が少ないので、環境保護の点でも望ましいエネルギ−源である。さらに、燃料電池装置は回転部分等発電のための機械運動系を持っていないので、騒音が低い利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示す直流電力供給システムのブロック図。
【図２】上記図１におけるＡ点の電圧変化を示す時間−電圧関係図。
【図３】本発明における第２の実施の形態を示す直流電力供給システムのブロック図。
【図４】従来の直流電力供給システムのブロック図。
【符号の説明】
１…商用電源 ２…整流装置
３…蓄電池 ４…負荷
５…燃料電池装置 ５-１…燃料電池
５-２…ＤＣ-ＤＣコンバータ ５-３…ダイオード
５-４…燃料電池運転制御部
５-４- １…出力電圧検出回路
５-４-２…燃料電池運転停止回路
５-５…装置内蔵蓄電池
１１…非常用エンジン発電装置 １２…切替器
Claims (1)
- 交流電力を直流電力に変換する整流装置と、前記整流装置の出力に蓄電池と非常用電源装置とが接続されている直流電力供給システムにおいて、
前記非常用電源装置として燃料電池装置を使用し、前記燃料電池装置は直流電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低い電圧に変換するＤＣ-ＤＣコンバータと、前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力である直流電流の前記ＤＣ-ＤＣコンバータヘの流入を防止するダイオードと、前記燃料電池の起動・停止を行う燃料電池運転制御部とを具備し、
前記燃料電池運転制御部は前記ダイオードのカソード端電圧を検出する電圧検出回路と、前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の前記整流装置の出力電圧よりも低く、かつ予め設定した規格値以下となった場合に前記燃料電池を起動して発電させ、前記燃料電池が発電中に前記ダイオードのカソード端電圧が前記交流電力が供給されている時の整流装置の出力電圧と等しくなった場合に前記燃料電池の発電を停止させる燃料電池運転停止回路とを具備し、
さらに前記蓄電池のバックアップ時間は、停電による燃料電池装置の発電開始から、給電開始までの時間よりも長くしたことを特徴とする直流電力供給システム。
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|---|---|---|---|
| JP2003014775A JP3872020B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 直流電力供給システム |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003014775A JP3872020B2 (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | 直流電力供給システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004229416A JP2004229416A (ja) | 2004-08-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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2003
- 2003-01-23 JP JP2003014775A patent/JP3872020B2/ja not_active Expired - Fee Related
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