JP5376755B2

JP5376755B2 - 燃料電池装置及びその運転方法

Info

Publication number: JP5376755B2
Application number: JP2006349053A
Authority: JP
Inventors: 種男樋口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008159506A

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池と、電力変換システムと、固体電解質形燃料電池と系統電源との接続及び解列を行うスイッチと、スイッチを制御する制御装置とを具備する燃料電池装置及びその運転方法に関する。

近年、系統の商用電源（以下系統電源と略す）と、系統電源とは別に負荷に対して電力を供給できる電源とを組み合わせた電力供給システムが提案されている。

このような、系統電源とは別に負荷に対して電力を供給できる電源として、次世代エネルギーとして注目されている燃料電池が知られており、系統電源と燃料電池とを組み合わせた燃料電池装置が提案されている。

従来、系統電源と燃料電池とを組み合わせた燃料電池装置としては、燃料電池のほか、燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換システム（パワーコンディショナ）を具備することが知られている。

また、従来、系統電源の異常時に、電力変換システムを瞬時に停止し、所定時間後に再起動して、系統異常が回復するまで燃料電池をスタンバイ運転する燃料電池装置の運転方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３５１６６１号公報

しかしながら、上記特許文献１は、系統電源の異常時に、電力変換システムを瞬時に停止し、所定時間後に再起動し、系統異常が回復するまで燃料電池をスタンバイ運転するものであり、燃料電池装置に異常がある場合については、この異常を解消することはできない。

燃料電池装置に異常がある場合には、燃料電池装置を停止し、異常個所をメンテナンスすることが考えられるが、停止した場合には、再起動する必要があり、発電しない時間が長くなるという問題があった。特に、固体電解質形燃料電池の場合には、その発電温度が例えば８００℃と高いことから、再起動するのに長時間を要するという問題があった。一方で、軽微な異常であれば、燃料電池装置を停止しなくても、異常が解消される場合もある。

本発明は、軽微な異常を容易に解消することができる燃料電池装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する固体電解質形燃料電池と、該固体電解質形燃料電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源と連携する電力変換システムと、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との接続及び解列を行うスイッチと、異常検出手段による前記固体電解質形燃料電池の異常検出時に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを一旦解列した後、短時間経過後に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを再度接続するように前記スイッチを制御し、この後、前記固体電解質形燃料電池の異常の有無を確認するように前記異常検出手段を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。

本発明の燃料電池装置では、軽微な異常については、容易に解消することが可能となる。即ち、例えば、理由は明確ではないが、電力変換システムで設定された電流以上の電流が固体電解質形燃料電池から供給される場合（過電流）、または過電圧、さらには本来起こるはずのない逆潮流等は、燃料電池装置を停止せずとも、一旦系統電源と燃料電池との接続を解除すれば異常が解除される場合（軽微な異常）がある。本発明の燃料電池装置では、燃料電池装置に異常が発生した場合に、制御装置によりスイッチを制御して、固体電解質形燃料電池と系統電源とを解列し、短時間経過後、例えば数秒後に固体電解質形燃料電池と系統電源とを再度接続するため、上記したような軽微な異常を容易に解消することが可能となる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との再接続後に前記固体電解質形燃料電池の異常が解消されていない場合には、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との解列及び再接続を繰り返すように前記スイッチを制御することを特徴とする。このような燃料電池装置では、固体電解質形燃料電池と系統電源との解列及び再接続を繰り返すことにより、上記した軽微な異常が解消される可能性が高くなる。

さらに、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との解列及び再接続を複数回繰り返しても前記固体電解質形燃料電池の異常が解消されない場合には、前記固体電解質形燃料電池による発電を停止するように制御することを特徴とする。このような燃料電池装置では、固体電解質形燃料電池と系統電源との解列及び再接続を繰り返しても、上記した軽微な異常が解消されない場合には、固体電解質形燃料電池による発電が停止され、部品の修理、交換等のメンテナンスを行うことにより、異常を確実に解消することができる。

本発明の燃料電池装置の運転方法は、燃料ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する固体電解質形燃料電池と、該固体電解質形燃料電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源と連携する電力変換システムと、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との接続及び解列を行うスイッチと、該スイッチを制御する制御装置とを具備する燃料電池装置の運転方法において、異常検出手段による前記固体電解質形燃料電池の異常検出時に前記制御装置により前記スイッチを制御し、前記固体電解質形燃料電池と前記系統
電源とを一旦解列した後、短時間経過後に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを再度接続し、この後、前記異常検出手段により前記固体電解質形燃料電池の異常の有無を確認することを特徴とする。

このような燃料電池装置の運転方法では、軽微な異常を容易に解消することが可能となる。即ち、電力変換システムで設定された電流以上の電流が固体電解質形燃料電池から供給される場合（過電流）、または過電圧、さらには本来起こるはずのない逆潮流等では、一旦系統電源と燃料電池との接続を解除すれば異常が解除される場合（軽微な異常）がある。本発明の燃料電池の運転方法では、燃料電池装置に異常が発生した場合に、制御装置によりスイッチを制御して、固体電解質形燃料電池と系統電源とを解列し、短時間経過後に固体電解質形燃料電池と系統電源とを再度接続するため、上記したような軽微な異常を容易に解消することができる。

本発明の燃料電池装置及びその運転方法では、燃料電池装置に異常が発生した場合に、制御装置によりスイッチを制御して、固体電解質形燃料電池と系統電源とを解列し、短時間経過後に固体電解質形燃料電池と系統電源とを再度接続するため、上記したような軽微な異常を容易に解消することができる。

図１は、本発明の燃料電池装置の構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスが供給されて発電する固体電解質形燃料電池（以下燃料電池と略す）１と、この燃料電池１に原燃料ガスを供給する燃料供給装置２と、燃料電池１に空気を供給する空気供給装置３と、燃料電池１に水を供給する水供給装置４と、燃料電池１から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力と系統電源８から供給される交流電力を調整する電力変換システム５、燃料電池１を作動させるための補機６、燃料供給装置２、空気供給装置３及び水供給装置４を制御する制御装置７とを具備して構成されている。尚、符号１０は、燃料電池１と系統電源８との接続及び解列を行うスイッチ１０である。また、図示はしていないが、本発明の燃料電池装置は、異常を検出する異常検出手段を有している。

燃料電池１では、燃料供給装置２により供給された原燃料ガスと、水供給装置４により供給された水とにより改質反応が生じ、改質された燃料ガスと、空気供給装置３により供給された空気とで発電を行う。

そして、電力変換システム５にて変換・調整された電力と、系統電源８から供給される電力とを組みあわせて負荷９に供給する。

また、電力変換システム５においては、燃料電池１から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源８から供給される交流電力に応じて波長等を適宜調整する。なお、以下の説明において、この調整を含めて交流電力への変換とよび、以下同意である。

通常、系統電源８から供給される交流電力と、燃料電池１から供給され、電力変換システム５により変換された交流電力とを、組み合わせて負荷９に電力を供給する。

そして、何らかの原因で、例えば、電力変換システム５で設定された電流以上の電流が燃料電池１から電力変換システム５に供給される場合（過電流）、また、電力変換システム５で設定された電圧以上の電圧が燃料電池１で発生する場合（過電圧）、さらには本来起こるはずのない逆潮流等の軽微な異常が発生する場合がある。

このような軽微な異常は、重大な異常、例えば燃料ガスの漏れ、空気の供給停止等のように燃料電池１を停止せずとも、一旦系統電源８と燃料電池１との接続を解除すれば異常が解除される場合がある。

そこで、本発明の燃料電池装置では、異常検出手段による異常検出時に、制御装置７によりスイッチ１０を制御し、燃料電池１と系統電源８とを一旦解列した後、短時間経過後に燃料電池１と系統電源８とを再度接続し、この後、異常検出手段により異常の有無を確認するように制御する制御装置７を具備している。

このような燃料電池装置の運転方法は、燃料供給装置２により供給された原燃料ガスと、水供給装置４により供給された水により改質反応が生じ、改質された燃料ガスと、空気供給装置３により供給された空気とで燃料電池１による発電が行われ、発電した電力は、電力変換システム５にて変換・調整され、定常運転時では制御装置７により接続するように制御されたスイッチ１０を介して、系統電源８から供給される電力とを組みあわせて負荷９に供給する。

そして、上記のような軽微な異常が発生した場合には、制御装置７は、図２に示すように、スイッチ１０が開となるように制御装置７にて制御され、燃料電池１と系統電源８とが解列される。解列した後、短時間（数秒後）経過後に、例えば、５〜１０秒後に、燃料電池１と系統電源８とを接続するようにスイッチ１０を制御装置７により制御することにより再接続し、異常検出手段により異常の有無が確認される。ここで、異常が解消されていれば、そのまま定常運転が行われる。

一方、燃料電池１と系統電源８との再接続後に、異常検出手段により異常が検出され、異常が解消されていない場合には、燃料電池１と系統電源８との解列及び再接続を繰り返した後、異常の有無が確認される。このように燃料電池１と系統電源８との解列及び再接続を複数回繰り返しても、異常が解消されない場合には、燃料電池１による発電を停止する。

このような燃料電池装置では、燃料電池装置に軽微な異常が発生したことを異常検出手段にて検出した場合には、制御装置７によりスイッチ１０を制御して燃料電池１と系統電源８とを解列し、異常の有無を検出することなく、短時間経過後に燃料電池１と系統電源８とを再度接続するようにスイッチ１０が制御され、上記したような軽微な異常は、燃料電池１による発電を停止することなく、解消することができる。

また、燃料電池１と系統電源８との解列及び再接続を繰り返しても、軽微な異常が解消されない場合には、燃料電池１による発電が停止され、部品の修理、交換等のメンテナンスを行うことにより、上記した異常を確実に解消することができる。

本発明の燃料電池装置の定常運転時の状態を示す構成図である。解列した状態の燃料電池装置を示す構成図である。

符号の説明

１：固体電解質形燃料電池
５：電力交換システム
６：補機
７：制御装置
８：系統電源
９：負荷
１０：スイッチ

Claims

燃料ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する固体電解質形燃料電池と、該固体電解質形燃料電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源と連携する電力変換システムと、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との接続及び解列を行うスイッチと、異常検出手段による前記固体電解質形燃料電池の異常検出時に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを一旦解列した後、短時間経過後に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを再度接続するように前記スイッチを制御し、この後、前記固体電解質形燃料電池の異常の有無を確認するように前記異常検出手段を制御する制御装置とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
前記制御装置は、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との再接続後に前記固体電解質形燃料電池の異常が解消されていない場合には、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との解列及び再接続を繰り返すように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
前記制御装置は、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との解列及び再接続を複数回繰り返しても前記固体電解質形燃料電池の異常が解消されない場合には、前記固体電解質形燃料電池による発電を停止するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池装置。
燃料ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電する固体電解質形燃料電池と、該固体電解質形燃料電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、系統電源と連携する電力変換システムと、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源との接続及び解列を行うスイッチと、該スイッチを制御する制御装置とを具備する燃料電池装置の運転方法において、異常検出手段による前記固体電解質形燃料電池の異常検出時に前記制御装置により前記スイッチを制御し、前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを一旦解列した後、短時間経過後に前記固体電解質形燃料電池と前記系統電源とを再度接続し、この後、前記異常検出手段により前記固体電解質形燃料電池の異常の有無を確認することを特徴とする燃料電池装置の運転方法。