JP4102572B2

JP4102572B2 - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP4102572B2
Application number: JP2002035424A
Authority: JP
Inventors: 康樹田所; 慎介遠藤; 尚秀芳我; 学渡辺; 昌二青山; 和文立石
Original assignee: 荏原バラード株式会社
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: JP2003243011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関し、特に燃料電池発電システムを駆動するポンプやブロア等の補機電力の効率的な供給を図る燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムは、発電システムを駆動するポンプやブロア等の補機に電源を供給するために、発電システムの起動時から燃料電池の運転動作が確立するまで商用電源や系統電源から補機用の電源を供給していた。また、発電システムが燃料電池の運転動作状態に移行した後には、燃料電池から発電される電力の一部を利用して補機用の電源を供給していた。
【０００３】
図４は、従来の燃料電池発電システムのブロック図である。従来の燃料電池発電システムは、燃料電池１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２と、ＡＣ／ＤＣ安定化電源回路と、補機３０と、補機３１と、補機３２と、を備え、燃料電池発電システムの起動時から燃料電池の運転動作が確立するまで、負荷３８に電力を供給している系統電源３６からＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を経由して補機３０や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６付き補機３１や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８付き補機３２へ補機用の電力を供給していた。
【０００４】
また、燃料電池発電システムが燃料電池の運転動作を維持する状態に移行した後には、系統電源３６に代えて、燃料電池１２から発電される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２とを経由させて出力する交流電力を再度ＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を通じて補機３０や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６付き補機３１や、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８付き補機３２へ補機用の電力として供給していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような従来の燃料電池発電システムでは、燃料電池１２で発電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ＤＣ／ＡＣインバータ２２を経由して補機に供給されるため、これら変換器の電力変換効率に相当する電力損失が生じていた。また、燃料電池１２からＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ＤＣ／ＡＣインバータ２２を経由して補機に至るまでの配線長に起因する電圧降下も電力損失となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、補機用電源の無駄な電力損失を抑え、発電効率を向上させた燃料電池発電システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図１に示すように、燃料電池発電システム３９は、燃料ガス１９と酸化剤ガス１４との電気化学的反応により発電する燃料電池１２と、燃料電池１２から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側に接続され、系統電源３６と連系するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変圧された直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ２２と、補機３０、３１、３２に電力を供給する補機動力端子２５と、補機動力端子２５を、燃料電池１２の出力側とＤＣ／ＡＣインバータ２２の出力側との間で切り換える切換回路４５と、燃料電池１２の出力電圧を検知することにより、該出力電圧が予め定めた電圧以上である場合には燃料電池１２は通常の運転状態であり、予め定めた電圧未満の場合は燃料電池１２は通常の運転時以外の運転状態である、と検知する手段を備え、切換回路４５は、燃料電池１２が通常の運転時においては、燃料電池１２の出力側から電力を補機３０、３１、３２に供給し、燃料電池１２の出力電圧が異常に低下した通常の運転時以外では、燃料電池１２の出力電圧が回復するまで、系統電源３６から電力を補機３０、３１、３２に供給するように電力供給系統を構成する。
【０００８】
ここで、燃料電池１２は典型的には固体高分子形燃料電池であり、系統電源３６とは単相三線式１００／２００Ｖや単相２００Vのような商用電源を含むものである。
【０００９】
このように構成すると、燃料電池発電システムを起動させる時点では系統電源３６側から補機３０、３１、３２用の電力を供給することができ、その後、燃料電池１２の発電開始に伴い、燃料電池１２の出力ラインから補機３０、３１、３２用の電力を供給することができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図２に示すように、請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータの出力側と切換回路４４との間にＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を備える。
【００１１】
このように構成すると、燃料電池発電システムを起動させる時点では系統電源３６側からＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を経由して補機３０、３１、３２用の電力を安定して供給することができ、その後、燃料電池１２の発電開始に伴い、燃料電池１２の出力ラインから補機３０、３１、３２用の電力を供給することができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図３に示すように、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、燃料電池１２の出力側と切換回路４４との間にＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を備える。
【００１３】
このように構成すると、燃料電池発電システムを起動させる時点では系統電源３６側から補機３０、３１、３２用の電力を供給することができ、その後、燃料電池１２の発電開始に伴い、燃料電池１２の出力ラインからＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を経由して補機３０、３１、３２用の電力を安定して供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似記号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明による第１の実施の形態である燃料電池発電システムのブロック図である。燃料電池発電システム３９は、水素を含む燃料ガス１９と空気または酸素を含む酸化剤ガス１４との電気化学的反応により発電する燃料電池１２と、燃料電池１２から出力される、例えば約５０Ｖの直流電圧を約３００Ｖの所定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側に接続され、系統電源３６と連系するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変圧された約３００Ｖの直流電圧を２００Ｖ／５０Ｈｚ又は２００V／６０Ｈｚの交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ２２と、燃料電池１２用の二電源回路３３付き補機３０と二電源回路２７付き補機３１と、二電源回路２９付き補機３２に電力を供給する補機動力端子２５と、補機動力端子２５を、燃料電池１２の出力側とＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータの出力側との間で補機用電力を切り換える切換回路４５と、メインコントロール部４２とを備える。
【００１６】
メインコントロール部４２は、マイクロプロセッサや制御用コンピュータで構成し、燃料電池１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ＤＣ／ＡＣインバータとしての系統連系インバータ、切換回路４５、及び、補機３０、３１、３２を制御信号により制御する。
【００１７】
また、メインコントロール部４２は、燃料電池１２の出力電圧やＤＣ／ＡＣインバータ２２の出力電圧、系統電源３６の電圧を各々監視して、負荷３８に電力を供給している系統電源３６の交流電力の位相及び電圧と比較しながら、系統連系インバータから供給する電力を系統電源３６に同期させるように発電制御をすることができる。
【００１８】
燃料電池発電システム３９は、内部のＡＣバスに関連するＡ側節点とＤＣバスに関連するＢ側節点を有し、起動時において、切換回路４５としてのスイッチング素子又は電磁リレー若しくは半導体スイッチングトランジスタのチャネルを補機動力端子２５のＡ側節点と系統電源３６との間を電気的に導通させるように切換回路４５のＡ側節点の導通チャネル４１を閉状態にする。なお、この時点では、切換回路４５のＢ側節点の導通チャネル４３は開放状態である。
【００２０】
補機３０は、ＡＣバスに接続された二電源回路３３を通じて電力の供給を受け、補機３１は、ＡＣバスに接続された二電源回路２７を通じて電力の供給を受け、補機３２は、ＡＣバスに接続された二電源回路２９を通じて電力の供給を受けることにより、系統電源３６側から燃料電池発電システム３９の起動時の電力供給を受けることができる。
【００２１】
ここで、二電源回路３３は、ＡＣバス入力とＤＣバス入力の２系統のバス入力を有し、切換回路４５によりＡＣバスがアクティブ状態に達したときは、ＡＣバスから交流電源の供給を受けて直流電圧に整流し補機３０の定格電圧へ降圧した直流電圧を出力するアダプタとして機能する電気回路である。
【００２２】
また、二電源回路３３は、切換回路４５によりＤＣバスがアクティブ状態に達したときは、ＤＣバスから直流電源の供給を受けて補機３０の定格電圧へ適合させた直流電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータとして機能する電気回路である。
【００２３】
さらに、他の二電源回路２７、２９も同様に、ＡＣバスとＤＣバスのアクティブ状態を検知する若しくはメインコントロール部４２から制御信号を受信してＡＣバスとＤＣバスを切り換えて補機３１、３２の定格電圧を出力する電気回路である。
【００２４】
メインコントロール部４２の電源は、燃料電池の始動時に、系統電源３６の交流電圧を整流して電源供給しても良く、燃料電池発電システム３９内部のバッテリを含む蓄電及び放電システムから電源供給しても良い。
【００２５】
上記メインコントロール部４２へ蓄電及び放電システムから電源供給をする場合には、燃料電池１２の通常動作モード時に、バッテリを含む蓄電及び放電システムを燃料電池の出力電圧から充電することができる。
【００２６】
補機３０は、例えば、燃料電池１２に原燃料１６や酸化剤ガス１４としての空気や酸素を供給するブロアに相当する機器であり、補機３１は、例えば、燃料電池１２の冷却水を循環させるポンプに相当する機器であり、補機３２は、例えば、改質器１８に水を供給するポンプに相当する機器である。
【００２７】
燃料電池発電システム３９は、起動後において、メインコントロール部４２の制御により通常の運転状態に移行した段階で切換回路４５としてのスイッチング素子又は電磁リレー若しくは半導体スイッチングトランジスタのチャネルを補機動力端子２５のＢ側節点と燃料電池１２の出力側との間を電気的に導通させるように切換回路４５のＢ側節点の導通チャネル４３を閉状態にする。なお、この時点で、切換回路４５のＡ側節点の導通チャネル４１は開放状態に移行するように制御される。
【００２８】
補機動力端子２５のＢ側節点は、ＤＣバスに接続され、各二電源回路３３、２７、２９のＤＣ入力へ燃料電池１２の直流電圧を供給するように構成されている。
【００２９】
燃料電池発電システム３９は、通常の運転時において、上記燃料電池１２の出力側から切換回路４５を通じて電力を補機３０、３１、３２に供給しながら、メインコントロール部４２により発電制御を行う。
【００３０】
また、燃料電池発電システム３９は、燃料電池１２から、例えば約５０Ｖ程度の直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２０により約３００Ｖ程度の直流電圧に昇圧変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータを制御し、系統電源３６と同期させて、例えば周波数５０Ｈｚ、電圧２００Ｖの交流電力を負荷３８へ供給するように発電制御を行う。
【００３１】
上記系統連系インバータは、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電圧２００Ｖの交流電圧を出力するように構成したが、本実施の形態では、メインコントロール部４８に指令を与えるだけで、任意の周波数及び電圧を選択することができる。例えば、周波数６０Ｈｚ、電圧２００Ｖの交流電圧や、周波数５０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電圧や、外国仕様の負荷３８としての電気機器に電力を供給する場合には、１１０Ｖの交流電圧を出力することができる。
【００３２】
補機３０、３１、３２に対する電力は、燃料電池１２の出力側から直接供給しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータの変換効率に相当する電力損失及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２を経由する補機までの配線上の電圧降下を払拭することができるので、通常運転中の燃料電池発電システム３９の発電効率を総合的に向上させることができる。
【００３３】
また、上記実施の形態では通常運転中の燃料電池発電システム３９は、燃料電池１２から直接補機に対して電力を供給するように構成したが、通常運転中の燃料電池発電システム３９の補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から適宜供給するように切換回路４５を構成しなおしても良い。
【００３４】
すなわち、メインコントロール部４２は、燃料電池１２の電気化学的反応が燃料ガス１９又は酸化剤ガス１４の供給中断等により一時的に低下した状態を検知したときや、過負荷により燃料電池１２の出力電圧が異常に低下した状態を検知した場合には、燃料電池１２の電気化学的反応が回復するまで補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から供給するように切換回路４５を構成し直す。つまり電力供給系統を再構成する。
【００３５】
図２は、本発明による第２の実施の形態である燃料電池発電システムのブロック図である。燃料電池発電システム４０は、燃料ガス１９と酸化剤ガス１４との電気化学的反応により発電する燃料電池１２と、燃料電池１２から出力される、例えば約５０Ｖの直流電圧を約３００Ｖの所定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側に接続され、系統電源３６と連系するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変圧された約３００Ｖの直流電圧を２００Ｖ／５０Ｈｚ又は２００Ｖ／６０Ｈｚの交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータと、燃料電池１２用の補機３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６付き補機３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８付き補機３２に電力を供給する補機動力端子２５と、補機動力端子２５を、燃料電池１２の出力側とＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータの出力側との間で補機用電力を切り換える切換回路４４と、ＤＣ／ＡＣインバータ２２の出力側と切換回路４４との間に配置されるＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４と、メインコントロール部４２とを備える。
【００３６】
メインコントロール部４２は、上記実施の形態と同様に、マイクロプロセッサや制御用コンピュータで構成し、燃料電池１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ＤＣ／ＡＣインバータとしての系統連系インバータ、切換回路４４、及び、補機３０、３１、３２を制御する。
【００３７】
燃料電池発電システム４０は、起動時において、切換回路４４としてのスイッチング素子又は電磁リレー若しくは半導体スイッチングトランジスタのチャネルを補機動力端子２５と系統電源３６との間を電気的に導通させるように切換回路４４のＡ側節点の導通チャネルを閉状態にする。なお、この時点では、切換回路４４のＢ側節点の導通チャネルは開放状態である。
【００３８】
補機３０は、補機動力端子２５に接続されたＤＣバスを通じて電力の供給を受け、補機３１は、ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２６を通じて電力の供給を受け、補機３２は、ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２８を通じて電力の供給を受けることにより、系統電源３６側からＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を介して燃料電池発電システム３９の起動時の電力供給を受けることができる。なお、補機３０、補機３１、及び、補機３２は、上記第１の実施の形態と同様の機器であり説明を省略する。
【００３９】
ＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４は、補機３０の定格電源を供給する第１の直流電源として機能する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、この第１の直流電源から補機３１の定格電源を供給する第２の直流電源として機能する。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、第１の直流電源から補機３２の定格電源を供給する第３の直流電源として機能する。
【００４０】
このように、補機の多様な定格電源に適用させるため複数段のＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせることにより、各ＤＣ／ＤＣコンバータを小型に構成することができ、しかもＤＣバスの本数を減少させることができるので、燃料電池発電システムのコストを低減させることができる。
【００４１】
燃料電池発電システム４０は、起動後において、メインコントロール部４２の制御により通常の運転状態に移行した段階で切換回路４４としてのスイッチング素子又は電磁リレー若しくは半導体スイッチングトランジスタのチャネルを補機動力端子２５と燃料電池１２の出力側との間を電気的に導通させるように切換回路４４のＢ側節点の導通チャネルを閉状態にする。なお、この時点で、切換回路４４のＡ側節点の導通チャネルは開放状態に移行するように制御される。
【００４２】
燃料電池発電システム４０は、通常の運転時において、上記燃料電池１２の出力側から切り替え回路４４を通じて電力を補機３０、３１、３２に供給しながら、メインコントロール部４２により発電制御を行う。
【００４３】
また、燃料電池発電システム４０内部の電力変換方式は、上記第１の実施の形態と同様の方式を採用することができるので説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態では、補機３０、３１、３２に対する電力は、燃料電池１２の出力側から直接供給しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータとＡＣ／ＤＣインバータ２２の変換効率に相当する電力損失及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２とＡＣ／ＤＣインバータ２２を経由する補機までの配線上の電圧降下を払拭することができるので、通常運転中の燃料電池発電システム３９の発電効率を総合的に向上させることができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では通常運転中の燃料電池発電システム４０は、燃料電池１２から直接補機に対して電力を供給するように構成したが、通常運転中の燃料電池発電システム４０の補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から適宜供給するように切換回路４４を構成しなおしても良い。
【００４６】
すなわち、メインコントロール部４２は、燃料電池１２の電気化学的反応が燃料ガス１９又は酸化剤ガス１４の供給中断等により一時的に低下した状態を検知したときや、過負荷により燃料電池１２の出力電圧が異常に低下した状態を検知した場合には、燃料電池１２の電気化学的反応が回復するまで補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から供給するように切換回路４５を構成しなおすことができる。
【００４７】
さらに、上述の切替回路４４を切替える際に生じる直流電源の瞬断を防止するために、ＡＣ／ＤＣ安定化電源２４からダイオード７を介してＤＣバスへ直流電圧を供給し、燃料電池１２の出力端子をスイッチ５及びダイオード６を介してＤＣバスへ接続することで、燃料電池１２からも直流電圧をＤＣバスへ供給することもできる。
【００４８】
例えば、スイッチ５を閉状態にした場合、切替回路４４の切替操作により補機に対する直流電源の瞬断を防止することができる。一方、燃料電池１２の出力電圧がＡＣ／ＤＣ安定化電源２４から供給される直流電圧より高電圧の状態であって、スイッチ５を開放状態に維持する設定により燃料電池１２の出力端子から電流を供給させないというオプションも選択することができる。
【００４９】
図３は、本発明による第３の実施の形態である燃料電池発電システムのブロック図である。燃料電池発電システム４６は、上記第２の実施の形態に、燃料電池１２の出力側と切換回路４４との間に配置するＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を更に備える。
【００５０】
メインコントロール部４８は、上記実施の形態と同様に、マイクロプロセッサや制御用コンピュータで構成し、燃料電池１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、ＤＣ／ＡＣインバータとしての系統連系インバータ、切換回路４４、及び、補機３０、３１、３２を制御する。
【００５１】
燃料電池発電システム４６の起動は、上記第２の実施の形態と同様に構成できるので、説明を省略する。
【００５２】
補機３０は、補機動力端子２５に接続されたＤＣバスを通じて電力の供給を受け、補機３１は、ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２６を通じて電力の供給を受け、補機３２は、ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２８を通じて電力の供給を受けることにより、系統電源３６側からＡＣ／ＤＣ安定化電源回路２４を介して燃料電池発電システム３９の起動時の電力供給を受けることができる。なお、補機３０、補機３１、及び、補機３２は、上記第２の実施の形態と同様の機器であり説明を省略する。
【００５３】
燃料電池発電システム４６は、起動後において、メインコントロール部４８の制御により通常の運転状態に移行した段階で切換回路４４としてのスイッチング素子又は電磁リレー若しくは半導体スイッチングトランジスタのチャネルを補機動力端子２５と燃料電池１２の出力側との間にＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を介して電気的に導通させるように切換回路４４のＢ側節点の導通チャネルを閉状態にする。なお、この時点で、切換回路４４のＡ側節点の導通チャネルは開放状態に移行するように制御される。
【００５４】
燃料電池発電システム４６は、通常の運転時において、上記燃料電池１２の出力側からＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を介して切り替え回路４４を通じ電力を補機３０、３１、３２に供給しながら、メインコントロール部４８により発電制御を行う。
【００５５】
また、燃料電池発電システム４６内部の電力変換方式は、上記第１の実施の形態と同様の方式を採用することができるので説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態では、補機３０、３１、３２に対する電力は、燃料電池１２の出力側からＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を介して供給しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２としての系統連系インバータとＡＣ／ＤＣインバータ２２の変換効率に相当する電力損失及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０とＤＣ／ＡＣインバータ２２とＡＣ／ＤＣインバータ２２を経由する補機までの配線上の電圧降下を払拭することができるので、通常運転中の燃料電池発電システム３９の発電効率を総合的に向上させることができる。
【００５７】
しかも、燃料電池１２から出力される直流電圧が補機３０等の要求する所定の直流電圧値とずれていた場合であっても、ＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０により補正した安定化直流電圧を補機３０等に供給することができる。この場合、ＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０の変換効率に相当する電力損失を生じるが、補機３０等の定格電圧を確保するためには有効な手段である。
【００５８】
上記実施の形態では通常運転中の燃料電池発電システム４６は、燃料電池１２からＤＣ／ＤＣ安定化電源回路５０を介して補機３０等に対して電力を供給するように構成したが、通常運転中の燃料電池発電システム４６の補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から適宜供給するように切り替え回路４４を再構成しても良い。
【００５９】
すなわち、メインコントロール部４８は、燃料電池１２の電気化学的反応が燃料ガス１９又は酸化剤ガス１４の供給中断等により一時的に低下した状態を検知したときや、過負荷により燃料電池１２の出力電圧が異常に低下した状態を検知した場合には、燃料電池１２の電気化学的反応が回復するまで補機３０、３１、３２に対する電力を系統電源３６から供給するように切り替え回路４４を再構成することができる。
【００６０】
なお、切替回路４４を補完又は代替するスイッチ５、ダイーオード６及びダイオード７は上記実施の形態と同様の部材が使用できるので、説明を省略する。
【００６１】
以上説明したように、燃料電池発電システムにおいて、燃料電池から電力供給が開始される前に、燃料電池を稼動させる補機用電力を商用電力である系統電源から供給して燃料電池発電システムを起動させ、燃料電池から継続的に電力が出力される段階から補機用電力供給機構を再構成し、補機用電力源を系統電源の電力から切り離し、燃料電池の出力端子側へ接続し直す又は切り替えることができる。
【００６２】
よって、補機は、系統電源に接続する直流昇圧回路や直流交流インバータの変換効率に起因する電力損失や配線上の電圧降下に起因する電力損失から開放された電力源から安定した電力の供給を受けることができ、燃料電池発電システム全体の発電効率を向上させることができる。
【００６３】
また、メインコントローラ部の制御の下、通常運転時の燃料電池の出力電圧を監視し、燃料電池の低負荷時又は高負荷時において燃料電池の電気的化学反応が低下した際には、補機用電力源を燃料電池側から外部電源に一時的に切り替えるように再構成することができ、信頼性の高い燃料電池発電システムを提供することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、起動時に系統電源から補機の電力を供給し、燃料電池の通常の運転動作時には、燃料電池から系統電源へ出力する主電力系と、燃料電池の出力端子から補機用の電力を供給するので、補機用の電力供給効率が向上し、燃料電池発電システム全体の発電効率を向上させることができる。
【００６５】
また、系統連系インバータの出力側から補機の電力を供給するシステムに比べて本発明のように、燃料電池の出力端子から補機用電力を供給することで、ＤＣ／ＤＣコンバータや系統連系インバータの出力容量を小規模に構成することができるので、システムを小型化し、製造コストを軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態である燃料電池発電システムの模式的なブロック図である。
【図２】第２の実施の形態である燃料電池発電システムの模式的なブロック図である。
【図３】第３の実施の形態である燃料電池発電システムの模式的なブロック図である。
【図４】従来の燃料電池発電システムの模式的なブロック図である。
【符号の説明】
１２燃料電池
１４酸化剤ガス
１６原燃料
１８改質器
１９燃料ガス
２０ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２ＤＣ／ＡＣインバータ
２４安定化電源回路
２６ＤＣ／ＤＣコンバータ
２７二電源回路
２８コンバータ
２９二電源回路
３０補機
３１補機
３２補機
３３二電源回路
３６系統電源
３８負荷
３９燃料電池発電システム
４０燃料電池発電システム
４１Ａ側節点の導通チャネル
４２メインコントロール部
４３Ｂ側節点の導通チャネル
４４切換回路
４５切換回路
４６燃料電池発電システム
４８メインコントロール部
５０安定化電源回路

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池と；
前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと；
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続され、系統電源と連系するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで変圧された直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと；
補機に電力を供給する補機動力端子と；
前記補機動力端子を、前記燃料電池の出力側と前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力側との間で切り替える切換回路と；
前記燃料電池の出力電圧を検知することにより、該出力電圧が予め定めた電圧以上である場合には前記燃料電池は通常の運転状態であり、予め定めた電圧未満の場合は前記燃料電池は通常の運転時以外の運転状態である、と検知する手段を備え；
前記切換回路は、前記燃料電池が通常の運転時においては、前記燃料電池の出力側から電力を前記補機に供給し、前記燃料電池の出力電圧が異常に低下した通常の運転時以外では、前記燃料電池の出力電圧が回復するまで、前記系統電源から電力を前記補機に供給するように電力供給系統を構成する、
燃料電池発電システム。
前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力側と前記切換回路との間にＡＣ／ＤＣ安定化電源回路を備える、請求項１に記載の燃料電池発電システム。
前記燃料電池の出力側と前記切換回路との間にＤＣ／ＤＣ安定化電源回路を備える、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池発電システム。