JP5002883B2 - 燃料電池発電冷凍システム - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池からの出力電力を蒸気圧縮式冷凍機の動作電力として使用するようにし、必要に応じて商用系統からの電力を使用するようにした燃料電池発電冷凍システムに関する。
従来から、燃料電池の出力電力によりインバータ駆動空調室外機を駆動すること（特許文献１参照）、および商用系統からの電力により駆動されるインバータ駆動空調室外機に補助的に電力を供給するために蓄電池または燃料電池を設けること（特許文献２）が提案されている。
特開平８−５１９０号公報 特開２００１−２０１１３８号公報
特許文献１に記載されたものは、燃料電池の発電電力によってインバータ駆動空調室外機を駆動するようにしているだけであるから、空調機の停止時には、燃料電池を有効活用することができない。
特許文献２に記載されたものは、空調ピーク負荷時の節電が目的のため、節電要求のあった場合に燃料電池を補助的に使用することしか記載されていない。また、空調停止時や、中間期等、年間を通じた効率的利用についても全く記載されていない。したがって、燃料電池を有効活用することができない。
また、従来から分散発電装置が提案されているが、これは、例えば、空調機とは別に発電装置を設置している。したがって、電力系統に、発電機への接続用の電力盤と、空調用の動力盤とが別々に必要であり、設置スペースや工事費が増大してしまう。
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池を有効活用できるとともに、設置スペース、工事費の増大を防止し、または抑制することができる燃料電池発電冷凍システムを提供することを目的としている。
この発明の燃料電池発電冷凍システムは、一般負荷と共に商用系統に対して接続され、前記商用系統から燃料電池発電冷凍システムおよび前記一般負荷への電力供給量を検知する検知手段を有する燃料電池発電冷凍システムであって、燃料電池と、蒸気圧縮式冷凍機と、前記商用系統及び前記燃料電池によって駆動用電力が賄われ、前記蒸気圧縮式冷凍機を駆動する電動機とを備え、検知された前記電力供給量の減少により前記商用系統へと当該燃料電池発電冷凍システムからの逆潮流の可能性があるとき、前記一般負荷における負荷変動に前記燃料電池の運転容量が追従するまでは前記蒸気圧縮式冷凍機の運転容量が強制的に増加するものである。
ここでいう冷凍機は、広義の冷凍機であり、ヒートポンプ空調機などすべての電気駆動式の圧縮式サイクルを採用するものを含むものである。
この発明であれば、蓄電手段がなくても一般負荷の負荷変動に対する追従遅れを防止することができ、蓄電手段がある場合には、蓄電手段の容量を低減することができる。
また、この場合において、前記蒸気圧縮式冷凍機の総所要電力が前記燃料電池の発電能力を下回ることに応答して、前記燃料電池によって発電された電力を前記商用系統側に供給することが好ましい。
この発明であれば、燃料電池の発電電力を、年間を通じ有効に利用できるので、経済性、省エネ性に優れた燃料電池発電冷凍システムを構成することができる。
また、前記商用系統と前記電動機との間の電力変換と、前記燃料電池と前記電動機との間の電力変換とを行うインバータを更に備えることが好ましく、設置スペース、機器、工事コストを低減できるとともに、インバータの変換ロスも少なくすることができ、経済性、省エネ性を一層向上させることができる。
また、前記蒸気圧縮式冷凍機と前記電動機と前記インバータとを複数台有し、前記蒸気圧縮式冷凍機の必要運転負荷に応じて、前記蒸気圧縮式冷凍機の運転台数を制御するとともに、運転していない前記蒸気圧縮式冷凍機系統の前記インバータから前記商用系統側に前記燃料電池の発電電力を供給することが好ましく、部分負荷運転時にも商用系統側に燃料電池の発電電力を供給することができる。
また、前記商用系統と前記インバータとの間に接続される双方向AC/DCインバータを更に備えることが好ましく、冷凍機側への電力供給と商用系統側への電力供給とを分離することができ、冷凍機の運転周波数に影響されずに、燃料電池の余剰発電電力を商用系統側に供給することができる。
また、前記電動機及び当該電動機が駆動する前記蒸気圧縮式冷凍機を複数有し、複数の前記電動機の一部が前記双方向AC/DCインバータを介さずに前記商用系統側に接続されることが好ましく、インバータの容量を低減できるとともに、コスト、装置容積を低減することができる。
また、前記燃料電池の容量が前記インバータの容量よりも大きく、前記燃料電池が最大容量で運転中であることに応答して前記双方向AC/DCインバータを介して、前記燃料電池の発電電力を前記商用系統側に供給することが好ましく、蒸気圧縮式冷凍機の最大容量運転時にも商用系統側へ電力を供給することができる。
また、前記燃料電池と並列に接続された蓄電手段をさらに含むことが好ましく、一般負荷の負荷変動が早く、燃料電池の運転容量が追従しないような場合に、蓄電手段に対して充放電することによって、負荷の消費電力と燃料電池の発電量とのアンバランスを吸収することができる。
また、１つの電力需要家に対し、複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムが設けられていることが好ましく、冷凍負荷にきめ細かく追従できるとともに、一般負荷が小さい場合でも、台数制御により電力負荷追従性を向上させることができ、しかも、電源供給の信頼性を高めることができる。
また、前記複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムのコントローラが共通に設けられており、前記コントローラは、少なくとも前記複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムの前記燃料電池の運転を制御するものであることが好ましく、スケジュール運転や、合計発電容量制御等を効率的に行うことができる。
また、検知された前記電力供給量に応答して前記コントローラにより燃料電池の運転の制御を行うことが好ましく、コントローラに情報を集中することで、適切な集中運転コントロールを行うことができる。
また、少なくとも電力料金と燃料料金とを出力する料金出力手段と、前記電力料金および前記燃料料金に応答して、燃料電池の運転の制御、および出力電力の分配の制御を行う制御手段とをさらに含むことが好ましく、季節別、時間別などのきめ細かい優先出力制御（どの出力を優先するかの制御）を行うことができ、ランニングメリットを極大化することができる。
また、前記料金出力手段は、料金算出のための単価データおよび料金算出ソフトウエアが遠隔地から書き換え可能であることが好ましく、顧客がこれらのデータ、ソフトウエアを入力する手間が省け、更新忘れなどによる不利益を未然に防止することができる。
また、前記蒸気圧縮式冷凍機は、直膨サイクルを利用するものであることが好ましく、直膨サイクルの冷凍機を負荷系統毎に分散配置することで、負荷への追従性や個別運転停止を容易にすることができ、ひいては、利便性と省エネ性とを高めることができる。
この発明の燃料電池発電冷凍システムによれば、燃料電池を有効活用できるとともに、設置スペース、工事費の増大を防止し、または抑制することができるという特有の効果を奏する。
以下、添付図面を参照して、この発明の燃料電池発電冷凍システムの実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を示すブロック図である。
この電力系統は、商用系統１に対して、一般動力盤２を介して一般電力負荷３を接続しているとともに、冷凍空調動力盤４を介して燃料電池発電冷凍システム５を接続している。
前記一般動力盤２、冷凍空調動力盤４は従来公知であるから、説明を省略する。
前記一般電力負荷３は、ビル、店舗などに設置されている電力負荷のうち、冷凍機、空調機を除く負荷であり、エレベータや電灯、パソコンなどが例示できる。
前記燃料電池発電冷凍システム５は、従来公知の燃料の供給を受けて発電を行う電池本体５１と、電池本体５１からの出力電力を入力として交流電力に変換するインバータ５２と、インバータ５２から出力される交流電力を動作電力として受け取る蒸気圧縮式冷凍機５３とを有している。なお、この蒸気圧縮式冷凍機５３はインバータ５２の出力電力、または商用系統電力により駆動されるモータを駆動源とするものである。そして、この蒸気圧縮式冷凍機５３は、例えば、空調機の冷媒駆動源として機能するものである。また、前記インバータ５２と蒸気圧縮式冷凍機５３とを接続する接続ラインの途中部５４を冷凍空調動力盤４に接続している。
図２は商用系統側への電力出力｛図２中（Ａ）参照｝、および蒸気圧縮式冷凍機５３への電力出力｛図２中（Ｂ）参照｝を説明する図である。
図２から分かるように、蒸気圧縮式冷凍機５３の所要電力が減少すると、蒸気圧縮式冷凍機５３への電力出力が減少し、商用系統１側への電力出力が増加する。
したがって、燃料電池の発電電力を、年間を通じ有効に利用できるとともに、発電装置用の電源盤と空調用の動力盤とを兼用することができるので設置スペース、機器、工事コストを低減でき、経済性、省エネ性に優れた燃料電池発電冷凍システムを構成することができる。
図３は燃料電池発電冷凍システム５の他の構成を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、外部から供給される燃料を処理する燃料処理装置５０１と、処理された燃料を入力とする燃料電池本体５０２と、圧縮機等５０３と、圧縮機等の駆動源であるモータ５０４と、商用系統１に対して冷凍空調動力盤４を介して接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ５０５と、燃料電池本体５０２の出力、ＡＣ／ＤＣコンバータ５０５の出力を入力とするインバータ５０６と、インバータ５０６の出力をモータ５０４に供給する第１スイッチ５０７と、インバータ５０６の出力を冷凍空調動力盤４に供給する第２スイッチ５０８とを有している。
この場合には、商用系統と圧縮機駆動用電動機との間の電力変換と、燃料電池と圧縮機駆動用電動機との間の電力変換とに、同じインバータを共用しているので、設置スペース、機器、工事コストを低減できるとともに、インバータの変換ロスを少なくすることができ、経済性、省エネ性を一層向上させることができる。
図４は燃料電池発電冷凍システム５のさらに他の構成を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、圧縮機等５０３、モータ５０４、ＡＣ／ＤＣコンバータ５０５、インバータ５０６、第１スイッチ５０７、および第２スイッチ５０８を２系統分並列に設けた点が図３の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
この場合には、蒸気圧縮式冷凍機の必要運転負荷に応じて、圧縮機の運転台数を制御するともに、運転していない圧縮機系統のインバータから商用系統側に燃料電池の発電電力を供給することができる｛図５中（Ａ）（Ｂ）参照｝。また、部分負荷運転時にも商用系統側に燃料電池の発電電力を供給することができる。
図６は燃料電池発電冷凍システム５のさらに他の構成を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５０５に代えて双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’を採用した点、第１スイッチ５０７を省略した点、および第２スイッチ５０８を含む電力経路を省略した点が図３の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
この場合には、簡単な構成で冷凍機側への電力供給と商用系統側への電力供給とを分離することができ、冷凍機の運転周波数に影響されずに、燃料電池の余剰発電電力を商用系統側に供給することができる。
図７は燃料電池発電冷凍システム５のさらに他の構成を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’を経由することなく冷凍空調動力盤４に接続されるモータ５０４、およびこのモータ５０４を駆動源とする圧縮機等５０３をさらに含む点が図６の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
この場合には、インバータの容量を低減できるとともに、コスト、装置容積を低減することができる。
また、燃料電池の容量を蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機駆動用電動機に動作用電力を供給するインバータの容量よりも大きく設定していれば、燃料電池が最大容量で運転中であることに応答して双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’を介して商用系統側に発電電力を供給することができ、蒸気圧縮式冷凍機の最大容量運転時にも商用系統１側へ電力を供給することができる｛図８中（Ａ）（Ｂ）参照｝。
図９は燃料電池発電冷凍システム５の参考例を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、一般動力盤２、冷凍空調動力盤４と商用系統１との間に電力量検知部６を接続した点、冷凍空調動力盤４と双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’との間に発電出力検知部７を接続した点、および電力量検知部６からの出力、発電出力検知部７からの出力を入力として、燃料処理装置５０１、インバータ５０６、および双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’に対する制御信号を出力する制御装置８を設けた点が図７の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
前記電力量検知部６としては、実際に電力量を検知するものであってもよいが、電力量に対応する値として電流値を検知するものであってもよい。
図１０は図９の燃料電池発電冷凍システム５の作用を説明するフローチャートであり、ステップSP1において、商用系統１側から流入する電流値ＩＣを検知し、ステップSP2において、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さいか否かを判定し、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さくない場合には、ステップSP3において、電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨよりも小さいか否かを判定する。
そして、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さい場合には、ステップSP4において、燃料電池発電冷凍システム発電出力制御目標値ＷＳを０に設定する。
電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬと第２の閾値ＩＣＨとの間の値である場合には、ステップSP5において、燃料電池発電冷凍システム発電出力制御目標値ＷＳをＷＲ×（ＩＣ−ＩＣＬ）／（ＩＣＨ−ＩＣＬ）に設定する。なお、ＷＲは燃料電池定格出力である。
電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨ以上である場合には、ステップSP6において、燃料電池発電冷凍システム発電出力制御目標値ＷＳをＷＲに設定する。
ステップSP4の処理、ステップSP5の処理、またはステップSP6の処理が行われた場合には、ステップSP7において、発電出力Ｗを燃料電池発電冷凍システム発電出力制御目標値ＷＳと等しくするように燃料電池容量制御（例えば、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ５０５’のＡＣ出力制御、および燃料処理装置５０１での燃料、空気供給量制御）を行う。ただし、インバータ５０６の出力は、例えば、空調要求により従来公知のように制御される。
ステップSP7の処理が行われた後は、再びステップSP1の処理を行う。
制御に用いる閾値は、
例えば閾値ICLは、燃料電池定格出力の３０％に相当する電流値、
閾値ICHは、燃料電池定格出力に相当する電流値、
というように定める。
このようにすれば図１１に示すように、電流値ＩＣに応じて燃料電池発電冷凍システム発電出力制御目標値ＷＳを設定することができる。
この場合には、燃料電池の容量制御を適切に行うことができ、系統電力への逆潮流などを防止することができる。
図１２は燃料電池発電冷凍システム５のさらに他の構成を示すブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、制御装置８によって制御される充放電リレー５０９を介して蓄電部５１０を燃料電池本体５０２に接続した点が図７の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
前記蓄電部５１０としては、二次電池、キャパシターなどが例示できる。
この場合には、一般負荷の負荷変動が早く、燃料電池の運転容量が追従しないような場合に、蓄電部５１０に対して充放電することによって、負荷の消費電力と燃料電池の発電量とのアンバランスを吸収することができる（図１３参照）。
また、検知された電力供給量が、逆潮流の可能性がある程度に減少したことを検出し、この検出に応答して、燃料電池が負荷に追従するまで蒸気圧縮式冷凍機を駆動源とする機器の運転容量を強制的に増加させるように構成してもよく(図１４参照)、蓄電部５１０がなくても負荷に対する追従遅れを防止することができ、蓄電部５１０がある場合には、蓄電部５１０の容量を低減することができる。
図１５はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。
この電力系統は、商用系統１に対して、電力量検知部６を介して、さらに複数の冷凍空調動力盤４の各々を介して燃料電池発電冷凍システム５を接続している。ただし、図１５には、制御装置８と、空調機の室外部分５１１および室内機５１２と、空調機リモコン５１３、５１４と、制御装置８間を接続する燃料電池制御用連絡配線５１５とが示されているだけであるが、上記の実施形態で説明された他の構成要素を含んでいることはもちろんである。
また、前記制御装置８は、１つが親機であり、残余が子機である。
図１６は親機の処理を説明するフローチャートである。
ステップSP1において、商用系統１側から流入する電流値ＩＣを検知し、ステップSP2において、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さいか否かを判定し、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さくない場合には、ステップSP3において、電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨよりも小さいか否かを判定する。
そして、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さい場合には、ステップSP4において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳを０に設定する。
電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬと第２の閾値ＩＣＨとの間の値である場合には、ステップSP5において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳをＷＲ×（ＩＣ−ＩＣＬ）／（ＩＣＨ−ＩＣＬ）に設定する。なお、ＷＲは燃料電池定格出力である。
電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨ以上である場合には、ステップSP6において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳをＷＲに設定する。
ステップSP4の処理、ステップSP5の処理、またはステップSP6の処理が行われた場合には、ステップSP7において、ΣＷＳｉがＷＳとなるように目標発電出力ＷＳｉを算出し（例えば、ＷＳｉ＝ＷＳ／ｎの演算を行って目標発電出力ＷＳｉを算出し）、ステップSP8において、各子機に目標発電出力ＷＳｉを送信し、ステップSP9において、発電出力が目標発電出力ＷＳ１となるように燃料電池の容量を制御する。
なお、ｎは制御装置８の数を表す。
ステップSP9の処理が行われた後は、再びステップSP1の処理を行う。
図１７は子機の処理を説明するフローチャートである。
ステップSP1において、親機から目標発電出力ＷＳｉを受信し、ステップSP2において、発電出力が目標発電出力ＷＳｉとなるように燃料電池の容量を制御する。
ステップSP２の処理が行われた後は、再びステップSP1の処理を行う。
ただし、空調機側の制御は、燃料電池とは独立に、空調機リモコンからの運転設定に基づいて行うようにしている。もちろん、空調機に代えて他の用途の冷凍機を採用することができる。
この場合には、空調負荷（冷凍負荷）にきめ細かく追従できるとともに、一般負荷が小さい場合でも、台数制御により負荷追従性を向上させることができ、しかも、電源供給の信頼性を高めることができる。
図１８はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。
図１８においては、集中コントローラ８０を有し、この集中コントローラ８０から、各制御装置８に運転容量指令を供給するようにしている。すなわち、親機と子機との区分を排除している。
この場合には、スケジュール運転（例えば、図１９参照）や、合計発電容量制御等を効率的に行うことができる。
図２０はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。
図２０においては、この電力系統は、商用系統１に対して、冷凍空調動力盤４を介して燃料電池発電冷凍システム５を接続している。そして、商用系統１に対して、一般動力盤２を介して一般電力負荷３を接続している。また、電力量検知部６からの出力を入力として所定の処理を行い、運転指令を複数の燃料電池発電冷凍システム５に供給する集中コントローラ８０を設けている。そして、この集中コントローラ８０は、インターネットなどの通信網８１を介して遠隔監視コンピュータ８２に接続されている。
この場合には、集中コントローラ８０に情報を集中することで、適切な運転制御を行うことができる
また、前記集中コントローラ８０が、少なくとも電力料金と燃料料金とを出力する料金出力部と、この料金に応答して、燃料電池の運転の制御、および出力電力の分配の制御を行う制御部とをさらに含むことが好ましく、季節別、時間別などのきめ細かい優先出力制御（どの出力を優先するかの制御）を行うことができ、ランニングメリットを極大化することができる。
前記料金出力部は、料金を算出して出力するものであってもよく、料金を記憶しておいて必要なものを出力するものであってもよい。
しかし、前記料金出力部は、料金算出のための単価データおよび料金算出ソフトウエアが遠隔監視コンピュータ８２から書き換え可能であることが好ましく、顧客がこれらのデータ、ソフトウエアを入力する手間が省け、更新忘れなどによる不利益を未然に防止することができる。
図２１は集中コントローラ８０における発電量制御処理の一例を説明するフローチャートである。
ステップSP1において、エネルギー料金単価に基づいて目標発電出力ＷＳｏを算出し、ステップSP２において、商用系統１側から流入する電流値ＩＣを検知し、ステップSP３において、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さいか否かを判定し、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さくない場合には、ステップSP４において、電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨよりも小さいか否かを判定する。
そして、電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬよりも小さい場合には、ステップSP５において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳを０に設定する。
電流値ＩＣが第１の閾値ＩＣＬと第２の閾値ＩＣＨとの間の値である場合には、ステップSP６において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳをＷＳｏ×（ＩＣ−ＩＣＬ）／（ＩＣＨ−ＩＣＬ）に設定する。なお、ＷＲは燃料電池定格出力である。
電流値ＩＣが第２の閾値ＩＣＨ以上である場合には、ステップSP７において、燃料電池発電出力制御目標値ＷＳをＷＳｏに設定する。
ステップSP５の処理、ステップSP６の処理、またはステップSP７の処理が行われた場合には、ステップSP８において、ΣＷＳｉがＷＳとなるように目標発電出力ＷＳｉを算出し（例えば、ＷＳｉ＝ＷＳ／ｎの演算を行って目標発電出力ＷＳｉを算出し）、ステップSP９において、各燃料電池発電冷凍システム５に目標発電出力ＷＳｉを送信する。
ステップSP9の処理が行われた後は、再びステップSP1の処理を行う。
前記ステップSP1における処理は、例えば、次のように行われる。
先ず、電気料金ＣＥ［円／ｋＷｈ］の算出を次のように行う。
夏季（７／１〜９／３０）、平日１３時〜１６時ならＣＥ＝１５．９
夏季（７／１〜９／３０）、平日８時〜１３時、１６時〜２２時ならＣＥ＝１４．７
その他（１０／１〜６／３０）、平日８時〜２２時ならＣＥ＝１３．６５
２２時〜８時、または休日ならＣＥ＝６．０５
また、ガス料金ＣＧ［円／ｋＷｈ］の算出を次のように行う。
ＣＧ＝４
また、メンテナンス費用ＣＭ［円／ｋＷｈ］の算出を次のように行う。
ＣＭ＝２
また、発電効率Ｅ［−］の算出を行う。
Ｅ＝０．４５
これらに基づいて目標発電出力ＷＳｏ［ｋＷ］の算出を次のように行う。
ＣＧ／Ｅ＋ＣＭ＜ＣＥの場合には、ＷＳｏ＝ＷＲ
ＣＧ／Ｅ＋ＣＭ≧ＣＥの場合には、ＷＳｏ＝０
図２２は各燃料電池発電冷凍システム５の処理を説明するフローチャートである。
ステップSP1において、集中コントローラ８０から目標発電出力ＷＳｉを受信し、ステップSP2において、発電出力が目標発電出力ＷＳｉとなるように燃料電池の容量を制御する。
ステップSP２の処理が行われた後は、再びステップSP1の処理を行う。
ただし、空調機側の制御は、燃料電池とは独立に、空調機リモコンからの運転設定に基づいて行うようにしている。もちろん、空調機に代えて他の用途の冷凍機を採用することができる。
以上の各実施形態において、前記蒸気圧縮式冷凍機は、直膨サイクルを利用するものであることが好ましく、直膨サイクルの冷凍機を負荷系統毎に分散配置することで、負荷への追従性や個別運転停止を容易にすることができ、ひいては、利便性と省エネ性とを高めることができる。
図２３はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を示す概略ブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、従来公知のように、モータを駆動源とする圧縮機５０３により冷媒ガスを圧縮し、凝縮器５２０で凝縮させ、膨張弁５１８で減圧ののち蒸発器５１９で冷媒を蒸発させる冷媒回路を持ち、しかも冷媒の流れを反転させる四方弁５２１を設けて、冷房動作、または暖房動作を行わせるようにしている。
図２３は暖房運転を示し、蒸発器５１９は室外熱交換器、凝縮器５２０は室内熱交換器である。冷房運転時には四方弁５２１が切り替わり、室外熱交換器が凝縮器、室内熱交換器は蒸発器となる。冷房運転では冷媒は各室内用に設けられた膨張弁５１７で減圧される。
そして、燃料電池本体５０２からの排熱と冷媒との間で熱交換を行わせる排熱利用熱交換器５１６を設けている。
この場合には、排熱を同じシステム内で利用することで、適切に利用することができ、ひいては、省エネ性を高めることができる。
図２４はこの発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を示す概略ブロック図である。
この燃料電池発電冷凍システム５は、排熱利用熱交換器５１６として、燃料電池本体５０２からの排熱と水との間で熱交換を行わせ、給湯を行うものを採用した点が図２３の燃料電池発電冷凍システム５と異なるだけである。
ただし、給湯を行うものに限定されるのではなく、熱を利用する種々の機器に適用可能である。
この場合には、冷凍機と比較してエネルギー利用効率が低い機器等に排熱を優先的に利用して省エネ性を高めることができる。
この発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を示すブロック図である。 商用系統側への電力出力、および蒸気圧縮式冷凍機への電力出力を説明する図である。 燃料電池発電冷凍システムの他の構成を示すブロック図である。 燃料電池発電冷凍システムのさらに他の構成を示すブロック図である。 蒸気圧縮式冷凍機の必要運転負荷に応じて、圧縮機の運転台数を制御するともに、運転していない圧縮機系統のインバータから商用系統側に燃料電池の発電電力を供給することを説明する図である。 燃料電池発電冷凍システムのさらに他の構成を示すブロック図である。 燃料電池発電冷凍システムのさらに他の構成を示すブロック図である。 蒸気圧縮式冷凍機の最大容量運転時にも商用系統に電力を供給できることを説明する図である。 燃料電池発電冷凍システムの参考例を示すブロック図である。 図９の燃料電池発電冷凍システムの作用を説明するフローチャートである。 電流値ＩＣに応じて燃料電池発電出力制御目標値ＷＳを設定できることを説明する図である。 燃料電池発電冷凍システムのさらに他の構成を示すブロック図である。 負荷の消費電力と燃料電池の発電量とのアンバランスを吸収できることを示す図である。 検知された電力供給量が、逆潮流の可能性がある程度に減少したことに応答して、燃料電池が負荷に追従するまで蒸気圧縮式冷凍機を駆動源とする機器の運転容量を強制的に増加させることを示す図である。 この発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。 親機の処理を説明するフローチャートである。 子機の処理を説明するフローチャートである。 この発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。 タイムスケジュール運転による運転容量指令の一例を示す図である。 この発明の燃料電池発電冷凍システムの一実施形態を含む電力系統を概略的に示すブロック図である。 集中コントローラの発電量制御処理の一例を説明するフローチャートである。 燃料電池発電冷凍システムの発電量制御処理の一例を説明するフローチャートである。 この発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を示す概略ブロック図である。 この発明の燃料電池発電冷凍システムの参考例を示す概略ブロック図である。
符号の説明
１ 商用系統
５ 燃料電池発電冷凍システム
５１ 燃料電池本体
５２ インバータ
５３ 蒸気圧縮式冷凍機
８０ 集中コントローラ
５０１ 燃料処理装置
５０２ 燃料電池本体
５０３ 圧縮機等
５０４ モータ
５０５ ＡC／ＤＣコンバータ
５０５' 双方向AC/DCインバータ
５１０ 蓄電部

Claims (14)

  1. 一般負荷と共に商用系統（１）に対して接続され、前記商用系統（１）から燃料電池発電冷凍システムおよび前記一般負荷への電力供給量を検知する検知手段（６）を有する燃料電池発電冷凍システムであって、
    燃料電池（５０２）と、
    蒸気圧縮式冷凍機（５０３）と、
    前記商用系統及び前記燃料電池によって駆動用電力が賄われ、前記蒸気圧縮式冷凍機を駆動する電動機（５０４）と、
    を備え、
    検知された前記電力供給量の減少により前記商用系統へと当該燃料電池発電冷凍システムからの逆潮流の可能性があるとき、前記一般負荷における負荷変動に前記燃料電池の運転容量が追従するまでは前記蒸気圧縮式冷凍機の運転容量が強制的に増加する、燃料電池発電冷凍システム。
  2. 前記蒸気圧縮式冷凍機（５０３）の総所要電力が前記燃料電池（５０２）の発電能力を下回ることに応答して、前記燃料電池（５０２）によって発電された電力を前記商用系統（１）側に供給する、請求項１に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  3. 前記商用系統（１）と前記電動機（５０４）との間の電力変換と、前記燃料電池（５０２）と前記電動機（５０４）との間の電力変換とを行うインバータ（５０６）を更に備える、請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  4. 前記蒸気圧縮式冷凍機（５０３）と前記電動機（５０４）と前記インバータ（５０６）とを複数台有し、前記蒸気圧縮式冷凍機の必要運転負荷に応じて、前記蒸気圧縮式冷凍機（５０３）の運転台数を制御するとともに、運転していない前記蒸気圧縮式冷凍機系統の前記インバータ（５０６）から前記商用系統（１）側に前記燃料電池（５０２）の発電電力を供給する請求項３に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  5. 前記商用系統（１）と前記インバータ（５０６）との間に接続される双方向AC/DCインバータ（５０５）を更に備える、請求項３に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  6. 前記電動機（５０４）及び当該電動機が駆動する前記蒸気圧縮式冷凍機（５０３）を複数有し、
    複数の前記電動機の一部が前記双方向AC/DCインバータ（５０５）を介さずに前記商用系統（１）側に接続される、請求項５に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  7. 前記燃料電池（５０２）の容量が前記インバータの容量よりも大きく、
    前記燃料電池が最大容量で運転中であることに応答して前記双方向AC/DCインバータ（５０５）を介して、前記燃料電池の発電電力を前記商用系統（１）側に供給する、請求項５に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  8. 前記燃料電池（５０２）と並列に接続された蓄電手段（５１０）をさらに含む請求項１から請求項７の何れかに記載の燃料電池発電冷凍システム。
  9. １つの電力需要家に対し、複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムが設けられている請求項１から請求項８の何れかに記載の燃料電池発電冷凍システム。
  10. 前記複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムのコントローラ（８０）が共通に設けられており、前記コントローラ（８０）は、少なくとも前記複数系統の前記燃料電池発電冷凍システムの前記燃料電池（５０２）の運転を制御するものである請求項９に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  11. 検知された前記電力供給量に応答して前記コントローラ（８０）により燃料電池（５０２）の運転の制御を行う請求項１０に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  12. 少なくとも電力料金と燃料料金とを出力する料金出力手段と、
    前記電力料金および前記燃料料金に応答して、燃料電池の運転の制御、および出力電力の分配の制御を行う制御手段と、
    をさらに備える請求項１から請求項１１の何れかに記載の燃料電池発電冷凍システム。
  13. 前記料金出力手段は、料金算出のための単価データおよび料金算出ソフトウエアが遠隔地から書き換え可能である請求項１２に記載の燃料電池発電冷凍システム。
  14. 前記蒸気圧縮式冷凍機（５０３）は、直膨サイクルを利用するものである請求項１から請求項１３の何れかに記載の燃料電池発電冷凍システム。
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