JP5809844B2 - FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR POWERING UP ELECTRIC HEATER IN FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR POWERING UP ELECTRIC HEATER IN FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムにおける電気ヒータへの電力投入方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a fuel cell power generation system and a method for supplying power to an electric heater in the fuel cell power generation system.

近年、地球温暖化が大きな話題となり、二酸化炭素排出量に注目が集まっている中、都市ガス、LPGなどを原燃料とする省エネ性に優れた燃料電池発電システムが実用化され、特に家庭用の小容量システムの普及が広まっている。   In recent years, global warming has become a major topic, and attention has been focused on carbon dioxide emissions. Fuel cell power generation systems with excellent energy efficiency using city gas, LPG, etc. as raw fuel have been put into practical use, especially for home use. The spread of small capacity systems is widespread.

燃料電池発電システムは、原燃料から水素を取り出し、空気中の酸素と反応させることにより発電を行うシステムであり、発電によって得られた直流電力は、利用に便利な交流電力へ変換され、商用電力系統と連系して運転されるのが一般的である。   A fuel cell power generation system is a system that generates power by extracting hydrogen from raw fuel and reacting it with oxygen in the air. The DC power obtained by power generation is converted into AC power that is convenient for use, and commercial power It is common to operate in conjunction with the grid.

系統へ連系する場合に、設置場所である家庭などの受電点から商用電力系統へ電力を供給すること、すなわち逆潮流運転は、電力会社との協議により許容されない場合が多い。これは、電力系統の末端である各家庭から電力を逆潮流させると、系統の電圧が上昇し、電力会社が電力品質を保つことが困難になったり、電力需要が減る夜間に、電力が余ったりすることなどが理由である。そのため、多くの系統連系用インバータは逆潮流防止機能を持ち、逆潮流の発生を防止する運用を行っている。   When connecting to a grid, supplying power to a commercial power system from a power receiving point such as a home, which is an installation site, that is, reverse power flow operation is often not allowed in consultation with a power company. This is because when the power flows backward from each household at the end of the power grid, the grid voltage rises, making it difficult for the power company to maintain power quality, or at night when power demand decreases. The reason is that. For this reason, many grid-connected inverters have a reverse power flow prevention function, and operate to prevent the occurrence of reverse power flow.

ここで、実際に逆潮流状態が発生した時に逆潮流を防止するためには、ヒータなどの模擬負荷で電力を消費する必要がある。排熱回収水ラインに設けたヒータを模擬負荷として使用し、発生した熱を回収するシステムや、燃料電池発電システムの昇温用の電気ヒータを逆潮流発生時に利用するシステムなどがある。   Here, in order to prevent reverse power flow when a reverse power flow condition actually occurs, it is necessary to consume electric power with a simulated load such as a heater. There are a system that uses a heater provided in the exhaust heat recovery water line as a simulated load and recovers the generated heat, and a system that uses an electric heater for raising the temperature of the fuel cell power generation system when a reverse power flow occurs.

一方、系統で停電などの異常が発生した時は、燃料電池は発電を停止することが一般的である。この場合、再起動に必要なエネルギーがロスになるという課題があった。この課題を解決するため、系統と切り放された状態で自立運転を継続し、自立運転中の発電電力をヒータで消費して熱として回収するという発明がなされている。   On the other hand, when an abnormality such as a power failure occurs in the system, the fuel cell generally stops power generation. In this case, there is a problem that energy required for restarting is lost. In order to solve this problem, an invention has been made in which a self-sustaining operation is continued in a state of being disconnected from the system, and the generated power during the self-sustaining operation is consumed by a heater and recovered as heat.

また、燃料電池発電システムは、水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、反応ガスのもつ化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。電気化学的反応により生成するものは水のみであるため、クリーンな発電機として期待されている。   The fuel cell power generation system is a device that converts the chemical energy of the reaction gas into electrical energy by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidant gas such as air. Since only water is generated by the electrochemical reaction, it is expected as a clean generator.

さらに、この燃料電池発電システムは、比較的小型であるにもかかわらず、高効率で、発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用が可能である。   Furthermore, although this fuel cell power generation system is relatively small, it is highly efficient and can be applied as a cogeneration system by collecting heat generated by power generation as hot water or steam.

燃料電池本体に使用されている電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、中でも、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子形燃料電池は、低温動作性や高出力密度等の特徴から、一般家庭用を視野に入れた小型コージェネレーションシステムや電気自動車用の動力源としての用途に適しており、市場拡大が期待されている。   It is classified into various types depending on the electrolyte used in the fuel cell body. Among them, the polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane as the electrolyte has low temperature operation and high output. Due to its characteristics such as density, it is suitable for use as a power source for small cogeneration systems and electric vehicles with a view to general household use, and the market is expected to expand.

特に家庭用の燃料電池発電システムは2009年度からエネファームとして市場展開され始めたが、更なる市場拡大のためにはこれまで以上のコストダウンが必要である。そのためにはシステムの簡素化や部品点数の削減が効果的であると考えられる。   In particular, household fuel cell power generation systems have begun to be marketed as ENE-FARM since FY2009, but further cost reduction is necessary for further market expansion. For this purpose, it is considered effective to simplify the system and reduce the number of components.

燃料電池システムには様々な用途として電気ヒータが使用されおり、これらの電気ヒータを削減することによって部品点数の削減効果、設置スペースの少量化、制御の簡素化、消費電力の削減などのコストダウン効果が見込まれる。   Electric heaters are used for various purposes in fuel cell systems. By reducing the number of these electric heaters, the number of parts can be reduced, installation space can be reduced, control can be simplified, and power consumption can be reduced. The effect is expected.

排熱回収水加熱用の電気ヒータを、燃料電池の出力制御用として兼ねる制御方法が提案されている。   A control method has been proposed in which an electric heater for heating exhaust heat recovery water is also used for output control of a fuel cell.

特開２０００−３４０２４４号公報JP 2000-340244 A 特開２００９−６４７５３号公報JP 2009-64753 A 特開２００９−２７２１５８号公報JP 2009-272158 A 特許第３４２２１６７号公報Japanese Patent No. 3422167

燃料電池発電システムには、様々な用途で電気ヒータが使用されている。例えば、電池本体の温度を制御するヒータ、電池本体へ供給されるガスの温度を制御するヒータ、改質反応を促進させるためのヒータ、排熱回収用のヒータ、逆潮防止用に電力負荷を制御するヒータ、電池本体の電圧調整用のヒータ等々である。   Electric heaters are used in fuel cell power generation systems for various purposes. For example, a heater that controls the temperature of the battery body, a heater that controls the temperature of the gas supplied to the battery body, a heater that promotes the reforming reaction, a heater for exhaust heat recovery, and a power load to prevent backflow A heater to be controlled, a heater for adjusting the voltage of the battery body, and the like.

一例として逆潮流防止用のヒータと、自立運転時の発電電力を熱として回収するためのヒータを個別に設置する場合、設置スペースの増大、コストの増加をまねくという課題がある。また、これらのヒータを兼用とする場合、逆潮流防止及び自立運転中の発電電力を熱として回収することが可能であるが、必要以上の電力がヒータで消費され、熱の回収量は増加するが、燃料の消費量は増加し、省エネルギー性がかならずしも向上しないという課題があった。  As an example, when separately installing a heater for preventing reverse power flow and a heater for recovering the generated power at the time of independent operation as heat, there is a problem of increasing the installation space and increasing the cost. Also, when these heaters are also used, it is possible to recover the generated power during reverse flow prevention and self-sustained operation as heat, but more power than necessary is consumed by the heater, and the amount of heat recovered increases. However, there has been a problem that the amount of fuel consumption increases and the energy saving performance does not necessarily improve.

その他の例として、排熱回収水加熱用の電気ヒータを、燃料電池の出力制御用として兼ねる制御方法が提案されている。排熱回収水加熱用電気ヒータに出力制御の用途を追加したものでありヒータ点数としては変わらず、また、電気ヒータの容量としては燃料電池発電システムの出力の一部もしくは全部を供給できるような容量にアップされている。制御I/Oや検知器の点数の削減は見られず、また制御の簡素化も見られない。   As another example, there has been proposed a control method in which an electric heater for heating exhaust heat recovery water is also used for output control of a fuel cell. The use of output control is added to the electric heater for waste heat recovery water heating, the number of heaters does not change, and the capacity of the electric heater can supply part or all of the output of the fuel cell power generation system The capacity has been increased. There is no reduction in the number of control I / O and detectors, and there is no simplification of control.

よって、ヒータ点数を減らすことが出来れば、ヒータ自身のみならず、制御I/Oや検知器の点数削減、制御基板の簡素化、ヒータ設置スペースの少量化、制御の簡素化、さらには、消費電力の削減などが可能となる。  Therefore, if the number of heaters can be reduced, not only the heater itself, but also the number of control I / O and detectors, simplification of the control board, less heater installation space, simplification of control, and further consumption Electric power can be reduced.

発明が解決しようとする課題は、逆潮流防止用のヒータを自立運転時の模擬負荷として使用することができる、自立運転可能な燃料電池システムおよび燃料電池発電システムにおける電気ヒータへの電力投入方法を提供することである。   The problem to be solved by the invention is a fuel cell system capable of autonomous operation, which can use a heater for preventing reverse power flow as a simulated load during autonomous operation, and a method for supplying power to an electric heater in a fuel cell power generation system. Is to provide.

第１の実施形態によれば、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した直流電力を交流電力に変換して、電力系統へ連系して交流電力を出力するインバータと、
燃料電池発電システムの排熱を回収して熱として蓄える貯湯槽と、
前記貯湯槽に接続された排熱回収ラインと、
前記排熱回収ラインに接続された電気ヒータと、
前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換える切り換えスイッチと、
前記切り換えスイッチに切り換え制御信号を出力する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電中に逆潮流が検出された場合に、前記検出された逆潮流の発生量に相当する電力消費量が前記電気ヒータに投入されるように制御し、
前記切り換えスイッチは、前記制御装置から出力された切り換え制御信号に基づいて、前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換え、
前記制御装置は、さらに、
前記燃料電池が発電中であるか否かの判断を行なう判断手段と、
前記燃料電池が発電中であると判断された場合に、前記切り換えスイッチを前記インバータの出力側の交流電力に切り換えるための切り換え制御信号を前記切り換えスイッチに出力する手段と
を具備し、
前記インバータと前記電力系統との間に接続され、前記インバータを前記電力系統から遮断する連係リレーをさらに具備し、
前記制御装置は、
前記電力系統の電圧信号に基づいて系統異常を検出する手段と、
発電中に前記系統異常が検出された場合に、前記連係リレーを制御して前記インバータを前記電力系統から遮断し、前記インバータを電圧制御モード又は電流制御モードで制御する手段と
をさらに具備する燃料電池発電システム、である。 According to the first embodiment, a fuel cell that generates DC power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
An inverter that converts direct current power generated from the fuel cell into alternating current power and outputs the alternating current power to the power system;
A hot water storage tank that collects exhaust heat from the fuel cell power generation system and stores it as heat,
An exhaust heat recovery line connected to the hot water storage tank;
An electric heater connected to the exhaust heat recovery line;
A changeover switch that switches between the electric power supplied to the electric heater, the direct current power on the output side of the fuel cell, and the alternating current power on the output side of the inverter,
A control device for outputting a switching control signal to the changeover switch,
The control device controls so that, when a reverse power flow is detected during power generation of the fuel cell, a power consumption corresponding to the detected reverse power flow is input to the electric heater,
The change-over switch is configured to change the electric power supplied to the electric heater between the direct-current power on the output side of the fuel cell and the alternating-current power on the output side of the inverter based on a change control signal output from the control device. Switch with
The control device further includes:
Determination means for determining whether the fuel cell is generating electricity;
Means for outputting a changeover control signal to the changeover switch for changing over the changeover switch to AC power on the output side of the inverter when it is determined that the fuel cell is generating electricity;
Comprising
Further comprising a linkage relay connected between the inverter and the power system, and disconnecting the inverter from the power system;
The control device includes:
Means for detecting a system abnormality based on a voltage signal of the power system;
Means for controlling the linkage relay to disconnect the inverter from the power system when the system abnormality is detected during power generation, and controlling the inverter in a voltage control mode or a current control mode;
A fuel cell power generation system further comprising:

本発明によれば、自立運転可能な燃料電池システムにおいて、逆潮流防止用のヒータを自立運転時の模擬負荷として使用することができる。   According to the present invention, in a fuel cell system capable of independent operation, a heater for preventing reverse power flow can be used as a simulated load during autonomous operation.

第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of a fuel cell power generation system concerning a 1st embodiment. 同第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムにおける制御装置内の逆潮流防止ヒータ投入量制御の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of reverse flow prevention heater insertion amount control in the control apparatus in the fuel cell power generation system which concerns on the same 1st Embodiment. 同第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the fuel cell power generation system which concerns on the said 1st Embodiment. 第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell power generation system which concerns on 2nd Embodiment. 同第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the fuel cell power generation system which concerns on the said 2nd Embodiment. 同第２の実施の形態に係る他の燃料電池発電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other fuel cell power generation system which concerns on the 2nd Embodiment.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system according to the first embodiment.

燃料電池１は、酸化剤ガスである酸素を含む空気と、改質器６に導入される都市ガスを初めとした原燃料から生成される水素リッチなガスとから、電気化学反応により、直流電力を発生する。   The fuel cell 1 uses an electrochemical reaction to generate direct current power from air containing oxygen, which is an oxidant gas, and hydrogen-rich gas generated from raw fuel such as city gas introduced into the reformer 6. Is generated.

燃料電池１から発生した直流電力は、直流を電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２及び、系統連系インバータ３を介して、商用電力系統４及び負荷５に接続されている。貯湯槽７には、排熱回収ライン８が排熱回収水循環ポンプ９を介して接続されており、燃料電池への低温戻りラインには、改質器６を初めとした燃料処理系の排熱ガスとの熱交換器１０、燃料電池冷却水ライン１３との熱交換器１１及び、逆潮流防止ヒータ１２が設置され、熱を回収して高温となった水が貯湯槽７へ送られる。   Direct current power generated from the fuel cell 1 is connected to a commercial power system 4 and a load 5 via a DC / DC converter 2 that converts direct current into voltage and a grid interconnection inverter 3. An exhaust heat recovery line 8 is connected to the hot water storage tank 7 via an exhaust heat recovery water circulation pump 9. An exhaust heat of a fuel processing system including the reformer 6 is connected to a low temperature return line to the fuel cell. A heat exchanger 10 with gas, a heat exchanger 11 with a fuel cell cooling water line 13, and a reverse power flow prevention heater 12 are installed, and water that has recovered its heat and has reached a high temperature is sent to the hot water tank 7.

系統連系インバータ３は、系統連系インバータ３の出力に設置された交流電流センサー２１と、系統連系リレー２２を介して商用電力系統４へ接続されており、商用電力系統との接続点には、受電点電流センサー２５が設置されている。   The grid interconnection inverter 3 is connected to the commercial power system 4 via the AC current sensor 21 installed at the output of the grid interconnection inverter 3 and the grid interconnection relay 22. Is provided with a receiving point current sensor 25.

燃料電池１の直流出力は、直流電流センサー２３を介して、２つに分岐され、一方はＤＣ／ＤＣコンバータ２へ、他方は直流模擬負荷ライン３２を通して切り換えスイッチ３０の入力側に接続されている。   The direct current output of the fuel cell 1 is branched into two via the direct current sensor 23, one being connected to the DC / DC converter 2 and the other being connected to the input side of the changeover switch 30 through the direct current simulation load line 32. .

切り換えスイッチ３０の入力側の他方には、交流電流センサー２１と系統連系リレー２２との間から分岐された交流模擬負荷ライン３１が電力調整器２６を介して入力されている。切り換えスイッチ３０の出力は逆潮流防止ヒータ１２に接続されている。   An AC simulated load line 31 branched from between the AC current sensor 21 and the grid interconnection relay 22 is input to the other input side of the changeover switch 30 via the power regulator 26. The output of the changeover switch 30 is connected to the reverse power flow prevention heater 12.

制御装置２０は、交流電流センサー２１、直流電流センサー２３及び、受電点電流センサー２５の信号２１ａ、２３ａ、２５ａが入力されている。その他、系統連系リレー２２、電力調整器２６及び、切り換えスイッチ３０の制御信号２２ａ、２６ａ、３０ａが出力されている。また、系統連系インバータと制御信号３ａを送受信している。   The control device 20 is supplied with signals 21a, 23a, and 25a of the AC current sensor 21, the DC current sensor 23, and the power receiving point current sensor 25. In addition, control signals 22a, 26a, and 30a of the grid interconnection relay 22, the power regulator 26, and the changeover switch 30 are output. Moreover, the control signal 3a is transmitted / received with the grid connection inverter.

図２は、第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムにおける制御装置内の逆潮流防止ヒータ投入量制御の概念を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a concept of reverse flow prevention heater charging amount control in the control device in the fuel cell power generation system according to the first embodiment.

同図に示すように、受電点電流センサー２５の検出信号２５ａと、図示しない系統電圧を入力し、これらの値から電力算出部２０１により現時点での逆潮流電力を演算する。   As shown in the figure, the detection signal 25a of the power receiving point current sensor 25 and the system voltage (not shown) are input, and the power flow calculation unit 201 calculates the reverse power flow at the present time from these values.

次に、内部メモリ等に記憶された逆潮流防止のマージン設定２０２を加算部２０３により加算し、逆潮流防止ヒータ投入量２０４を算出する。次に、算出された逆潮流防止ヒータ投入量２０４となるように、電力調整器２６にて逆潮流防止ヒータ１２をＯＮ、ＯＦＦすることにより逆潮流防止ヒータ投入量２０４相当の交流電力を通電するための電力調整器操作量を、電力調整器操作量演算部２０５にて算出し、電力調整器２６へ制御信号２６ａを出力する。   Next, the reverse flow prevention margin setting 202 stored in the internal memory or the like is added by the adding unit 203 to calculate the reverse flow prevention heater charging amount 204. Next, AC power corresponding to the reverse flow prevention heater charging amount 204 is energized by turning the reverse flow prevention heater 12 ON and OFF by the power regulator 26 so that the calculated reverse flow prevention heater charging amount 204 is obtained. The power regulator operation amount is calculated by the power regulator operation amount calculation unit 205 and a control signal 26 a is output to the power regulator 26.

次に、第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。初めに、燃料電池発電開始前の動作を説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the operation before starting fuel cell power generation will be described.

Ｓ１において、燃料電池が停止中か否かの判断が行なわれる。Ｓ１において燃料電池が停止中であると判断された場合には、操作信号３０ａによりスイッチ３０が切り換えられて、逆潮流防止ヒータ１２が直流模擬負荷ライン３２に接続される（Ｓ２）。   In S1, it is determined whether or not the fuel cell is stopped. When it is determined in S1 that the fuel cell is stopped, the switch 30 is switched by the operation signal 30a, and the reverse power flow prevention heater 12 is connected to the DC simulated load line 32 (S2).

燃料電池が停止中か否かの判断は、制御装置２０が燃料電池１に対して燃料電池停止指令を出力しているか否かに基づいて決定される。燃料電池停止指令を出力するイベントは、例えば、燃料電池１の出力電圧、系統連係インバータ３の交流出力電流のうちの少なくとも１つが０である場合に、燃料電池が停止中であると判断されるが、これに限られるものではない。逆潮流防止ヒータ１２は、停止中の燃料電池に電圧が発生した場合の直流電力消費のための模擬負荷として使用される。   The determination as to whether or not the fuel cell is stopped is made based on whether or not the control device 20 has output a fuel cell stop command to the fuel cell 1. The event for outputting the fuel cell stop command is determined that the fuel cell is stopped when, for example, at least one of the output voltage of the fuel cell 1 and the AC output current of the grid-connected inverter 3 is 0. However, it is not limited to this. The reverse power flow prevention heater 12 is used as a simulated load for DC power consumption when a voltage is generated in a stopped fuel cell.

通常、停止中は燃料電池に電圧は発生しないが、配管から空気が混入した場合など、電池の両極に電位差が発生する。発電中ではないため、直流電力が消費されず、このまま放置すると、燃料電池の高電位状態が継続し、燃料電池の特性低下の原因となる。上記のように模擬負荷を接続しておくことにより、直流電力が消費され、燃料電池が高電位状態となることが防止でき、燃料電池の特性低下を防ぐことが可能である。   Normally, no voltage is generated in the fuel cell during stoppage, but a potential difference is generated between the two electrodes of the battery, for example, when air is mixed in from a pipe. Since the power generation is not in progress, DC power is not consumed, and if left as it is, the high potential state of the fuel cell continues, causing deterioration of the characteristics of the fuel cell. By connecting the simulated load as described above, direct current power is consumed, the fuel cell can be prevented from being in a high potential state, and the characteristics of the fuel cell can be prevented from deteriorating.

Ｓ１において燃料電池が停止中ではないと判断された場合には、Ｓ３において、燃料電池が発電中か否かの判断が行なわれる。燃料電池が発電中ではないと判断された場合、切り換えスイッチ３０は、操作信号３０ａによりスイッチ３０が切り換えられて、逆潮流防止ヒータ１２が直流模擬負荷ライン３２に接続される（Ｓ２）。逆潮流防止ヒータ１２は、発電中ではない燃料電池に電圧が発生した場合の直流電力消費のための模擬負荷として使用される。   If it is determined in S1 that the fuel cell is not stopped, it is determined in S3 whether or not the fuel cell is generating power. If it is determined that the fuel cell is not generating power, the changeover switch 30 is switched by the operation signal 30a, and the reverse flow prevention heater 12 is connected to the DC simulated load line 32 (S2). The reverse flow prevention heater 12 is used as a simulated load for consuming DC power when a voltage is generated in a fuel cell that is not generating power.

燃料電池が発電中か否かの判断は、制御装置２０が燃料電池１に対して燃料電池発電指令を出力しているか否かに基づいて決定される。燃料電池発電指令を出力するイベントは、例えば、燃料電池１の出力電圧、系統連係インバータ３の出力電流のうちの少なくとも１つが所定の値以上である場合に、燃料電池が発電中であると判断されるが、これに限られるものではない。逆潮流防止ヒータ１２は、発電はしていないと判断された燃料電池に電圧が発生した場合の直流電力消費のための模擬負荷として使用される。   Whether or not the fuel cell is generating power is determined based on whether or not the control device 20 outputs a fuel cell power generation command to the fuel cell 1. The event for outputting the fuel cell power generation command is determined that the fuel cell is generating power, for example, when at least one of the output voltage of the fuel cell 1 and the output current of the grid-connected inverter 3 is a predetermined value or more. However, it is not limited to this. The reverse power flow prevention heater 12 is used as a simulated load for consuming DC power when a voltage is generated in a fuel cell that is determined not to generate power.

次に、燃料電池発電開始後の動作を説明する。   Next, the operation after the start of fuel cell power generation will be described.

Ｓ３において燃料電池が発電中であると判断された場合には、制御装置２０からの操作信号３０ａによりスイッチ３０が切り換えられて、逆潮流防止ヒータ１２が交流模擬負荷ライン３１に接続される（Ｓ４）。   If it is determined in S3 that the fuel cell is generating power, the switch 30 is switched by the operation signal 30a from the control device 20, and the reverse power flow prevention heater 12 is connected to the AC simulated load line 31 (S4). ).

制御装置２０は、発電電力設定値相当の電力が出力されるように、系統連系インバータ３を電流制御モードで系統連系運転させる。このとき、発電電力が設定値に追従するように、インバータ出力の交流電流を制御し、交流電流センサー２１の検出値をフィードバックすることで、発電電力を安定的に出力させる。   The control device 20 causes the grid interconnection inverter 3 to perform grid interconnection operation in the current control mode so that power corresponding to the generated power set value is output. At this time, the alternating current of the inverter output is controlled so that the generated power follows the set value, and the detected value of the alternating current sensor 21 is fed back, so that the generated power is stably output.

この時、インバータの発電電力に応じて、燃料電池の直流出力電流が変化することから、直流電流センサー２３の検出値によって、図示しないポンプやブロワの制御信号を変化させて、燃料や空気のプロセス量を制御する。   At this time, since the direct current output current of the fuel cell changes according to the generated power of the inverter, the control signal of the pump and blower (not shown) is changed according to the detected value of the direct current sensor 23, and the process of fuel and air Control the amount.

また、切り換えスイッチ３０は、操作信号３０ａにより、交流模擬負荷ライン３１に繋がっており、逆潮流防止ヒータ１２は、系統連系インバータ３の出力である交流電力消費のための模擬負荷として使用される。以下、ケース１として、逆潮流が発生した場合の動作を、ケース２として、系統異常が発生した場合の動作を説明する。   The changeover switch 30 is connected to the AC simulated load line 31 by an operation signal 30a, and the reverse power flow prevention heater 12 is used as a simulated load for consuming AC power that is the output of the grid interconnection inverter 3. . Hereinafter, the operation when a reverse power flow occurs as case 1 and the operation when a system abnormality occurs will be described as case 2.

（ケース１） Ｓ３において、燃料電池が発電中であると判断された場合には、スイッチ３０により逆潮流防止ヒータ１２が交流模擬負荷ライン３１に接続され（Ｓ４）、逆潮流が発生したか否かの判断が行なわれる（Ｓ５）。   (Case 1) If it is determined in S3 that the fuel cell is generating power, the switch 30 connects the reverse flow prevention heater 12 to the AC simulated load line 31 (S4), and whether or not a reverse flow has occurred. Is determined (S5).

具体的には、制御装置２０は、受電点電流センサー２５の検出値２５ａから、逆潮流が発生したことを検知すると、検出値２５ａを元に、逆潮流発生電力量を算出し（Ｓ６）、電力調整器２６の制御信号２６ａにより、逆潮流発生量に相当する電力消費となるように、逆潮流防止ヒータ１２へ交流電力を通電する（Ｓ７）。   Specifically, when detecting that a reverse power flow has occurred from the detected value 25a of the power receiving point current sensor 25, the control device 20 calculates a reverse power flow generated electric energy based on the detected value 25a (S6), With the control signal 26a of the power regulator 26, AC power is supplied to the reverse flow prevention heater 12 so that the power consumption corresponding to the reverse flow generation amount is obtained (S7).

ここで、電力調整器２６としては、高速なＯＮ、ＯＦＦ操作が長期間に渡って可能な半導体スイッチであることが望ましい。例えば、交流電圧の０ボルトのタイミングでＯＮ、ＯＦＦ可能なトライアックと言われる半導体スイッチを用いることで、逆潮流防止ヒータ投入量を、１秒間にＯＮするサイクル数を操作することで、２％単位で制御可能である（５０Ｈｚの場合）。消費電力を受電点電流に応じて細かく制御することで、必要以上のヒータ投入による燃料の消費を抑えることが可能である。   Here, it is desirable that the power regulator 26 is a semiconductor switch capable of high-speed ON / OFF operation over a long period of time. For example, by using a semiconductor switch called triac that can be turned on and off at the timing of 0 volt of AC voltage, by operating the number of cycles to turn on the reverse power flow prevention heater per second, the unit is 2% It can be controlled by (in the case of 50 Hz). By finely controlling the power consumption according to the power receiving point current, it is possible to suppress the fuel consumption due to the heater being turned on more than necessary.

（ケース２） Ｓ５において逆潮流が発生していないと判断された場合、系統異常が検出されたか否かの判断が行なわれる（Ｓ８）。具体的には、制御装置２０は、図示しない系統電圧検出器の信号から系統の電圧や周波数の異常状態を検出する。   (Case 2) If it is determined in S5 that no reverse power flow has occurred, it is determined whether a system abnormality has been detected (S8). Specifically, the control device 20 detects an abnormal state of a system voltage or frequency from a signal of a system voltage detector (not shown).

Ｓ８において系統異常が検出されない場合には、Ｓ１の処理に戻る。Ｓ８において系統異常が検出された場合には、制御装置２０は、制御信号２２ａにより連系リレー２２を開放する（Ｓ９）。また、系統連系インバータ３を制御信号３ａにより電圧制御モードに切り換え、自立運転させる（Ｓ１０）。   If no system abnormality is detected in S8, the process returns to S1. When a system abnormality is detected in S8, the control device 20 opens the interconnection relay 22 by the control signal 22a (S9). Further, the grid interconnection inverter 3 is switched to the voltage control mode by the control signal 3a and is operated independently (S10).

系統連系インバータ３の交流出力電力は、逆潮流防止ヒータ１２にて消費される。この結果、燃料電池発電システムは停止しないため、起動電力によるロスを防ぐことが可能である。   The AC output power of the grid interconnection inverter 3 is consumed by the reverse power flow prevention heater 12. As a result, since the fuel cell power generation system does not stop, it is possible to prevent a loss due to starting power.

ここで、逆潮流防止ヒータの抵抗値は一定であるため、系統連系インバータの出力電圧を制御することにより、逆潮流防止ヒータでの消費電力を変化させることが可能である。   Here, since the resistance value of the reverse flow prevention heater is constant, the power consumption in the reverse flow prevention heater can be changed by controlling the output voltage of the grid interconnection inverter.

例えば、系統連系インバータの出力電圧を通常の逆潮流防止ヒータ使用電圧の１／２とした場合は、消費電力は１／４となる。自立運転中は、定格発電を継続する必要はなく、図示しない補機の消費電力と、燃料電池発電システムが安定して運転継続可能な発電電力を消費するだけでよいので、省エネルギーの観点から、最低出力運転時と同等の運転状態が望ましい。   For example, when the output voltage of the grid interconnection inverter is ½ of the normal reverse power flow prevention heater operating voltage, the power consumption is ¼. During self-sustaining operation, it is not necessary to continue rated power generation, and it is only necessary to consume power consumption of an auxiliary machine (not shown) and power generation power that can be stably operated by the fuel cell power generation system. An operating state equivalent to that at the time of minimum output operation is desirable.

したがって、実施の形態に係る燃料電池発電システムでは、燃料電池停止中の電圧上昇による燃料電池特性の低下を防止できる。   Therefore, in the fuel cell power generation system according to the embodiment, it is possible to prevent the deterioration of the fuel cell characteristics due to the voltage increase while the fuel cell is stopped.

また、系統連系運転中に逆潮流が発生した場合は、必要以上にヒータを逆潮流防止ヒータにおいて電力を消費することなく、省エネルギー性の高い運用ができる。   Further, when a reverse power flow occurs during the grid connection operation, the heater can be operated with high energy savings without consuming electric power in the reverse power flow prevention heater more than necessary.

さらに、系統異常発生時には自立運転を行い、最低出力相当の発電を継続することで、起動電力のロス発生を防止すると同時に、安定した発電を継続することができる。   Furthermore, by performing a self-sustained operation when a system abnormality occurs and continuing power generation corresponding to the minimum output, it is possible to prevent a loss of startup power and at the same time continue stable power generation.

（変形例）
停止中及び、系統連系中の動作は同一なので省略する。 (Modification)
Since the operation during the stop and the grid connection are the same, the description is omitted.

本実施の形態の変形例では、自立運転時に、系統連系インバータ３の制御を、電流制御モードとし、さらに、電流値を一定値に制御する。例えば、200V、800Wのヒータの抵抗値は50Ωであるため、電流設定値を2Aとすると、消費電力は、以下の式より200Wとなる。   In the modification of the present embodiment, during the independent operation, the control of the grid interconnection inverter 3 is set to the current control mode, and the current value is controlled to a constant value. For example, since the resistance value of the heater of 200V and 800W is 50Ω, if the current setting value is 2A, the power consumption is 200W from the following equation.

P（W）＝ＲＩ2 ＝50×2×2
＝200（Ｗ）
このときの電圧は制御していないが、以下の式より100Vとなる。 P (W) = RI 2 = 50 × 2 × 2
= 200 (W)
Although the voltage at this time is not controlled, it is 100 V from the following equation.

V（V）＝P／I
＝200／2
＝100（Ｖ）
電流設定値を可変することにより、逆潮流防止ヒータでの消費電力を任意に変更することが可能であり、省エネルギーの観点から望ましい、最低出力運転時と同等の運転状態とすることが可能である。 V (V) = P / I
= 200/2
= 100 (V)
By changing the current setting value, it is possible to arbitrarily change the power consumption in the reverse power flow prevention heater, and it is possible to achieve an operation state equivalent to the minimum output operation, which is desirable from the viewpoint of energy saving. .

本実施の形態の変形例によれば、系統異常発生時には自立運転を行い、最低出力相当の発電を継続することで、起動電力のロス発生を防止すると同時に、安定した発電を継続することができる。   According to the modification of the present embodiment, when a system abnormality occurs, it is possible to continue the stable power generation at the same time as preventing the start-up power loss by performing the self-sustained operation and continuing the power generation corresponding to the minimum output. .

したがって、本実施形態によれば、自立運転可能な燃料電池システムにおいて、逆潮流防止用のヒータを自立運転時の模擬負荷として使用し、かつ、発電出力を最低限度とすることで、燃料の消費量を抑え、省エネルギー性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することができる。また、必要に応じて、前記逆潮流防止ヒータを燃料電池の電圧上昇抑制負荷としても利用し、燃料電池の特性劣化を防ぎ、高信頼な燃料電池システムを提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, in a fuel cell system capable of autonomous operation, fuel consumption can be reduced by using a heater for preventing reverse power flow as a simulated load during autonomous operation and minimizing the power generation output. A fuel cell system capable of reducing the amount and improving energy saving can be provided. Further, if necessary, the reverse power flow preventing heater can be used as a fuel cell voltage rise suppression load to prevent deterioration of the fuel cell characteristics and provide a highly reliable fuel cell system.

（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。 (Second Embodiment)
Hereinafter, a fuel cell power generation system according to the second embodiment will be described.

図４は、第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの構成を示す図である。同図において、図中の太線は電流線、細線は電気信号線をそれぞれ示している。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system according to the second embodiment. In the figure, a thick line in the figure indicates a current line, and a thin line indicates an electric signal line.

第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムは、燃料電池本体５１と、この燃料電池本体５１で発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ５２と、燃料電池本体５１の電池電圧を検出して電池電圧検出信号を送る電圧検出器５３と、燃料電池本体５１の電池電流を検出して電池電流検出信号を送る電流検出器５４を具備する。   The fuel cell power generation system according to the second embodiment detects the battery voltage of the fuel cell main body 51, the inverter 52 that converts the DC power generated by the fuel cell main body 51 into AC power, and the fuel cell main body 51. A voltage detector 53 for sending a battery voltage detection signal, and a current detector 54 for detecting the battery current of the fuel cell main body 51 and sending a battery current detection signal.

電圧検出器５３及び電流検出器５４はシステム制御装置５５に接続されている。システム制御装置５５は、電圧検出器５３から送られる電池電圧検出信号と、電流検出器５４から送られる電池電流検出信号を基に所定の演算を行なう。   The voltage detector 53 and the current detector 54 are connected to the system controller 55. The system control device 55 performs a predetermined calculation based on the battery voltage detection signal sent from the voltage detector 53 and the battery current detection signal sent from the current detector 54.

システム制御装置５５には切り換え器５６及び電気ヒータ５７が接続されている。   A switch 56 and an electric heater 57 are connected to the system controller 55.

切り換え器５６は、システム制御装置５５からの制御信号により、燃料電池本体５１からの電力と系統５８からの電力の切り換えを行なう。   The switch 56 switches between the power from the fuel cell main body 51 and the power from the system 58 in accordance with a control signal from the system control device 55.

電気ヒータ５７は、切り換え器５６で切り換えられた電力供給元から送られた電力を消費する。また、システム制御装置５５からの制御信号に基づいてON／OFF制御が行なわれる。   The electric heater 57 consumes power sent from the power supply source switched by the switch 56. Further, ON / OFF control is performed based on a control signal from the system control device 55.

次に、第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの動作を図５のフローチャートを参照して説明する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、システム制御装置５５により燃料電池発電システムが停止中か否かの判断が行なわれる（Ｓ１１）。   First, the system controller 55 determines whether or not the fuel cell power generation system is stopped (S11).

燃料電池発電システムが停止中か否かの判断は、例えば、システム制御装置５５が、電圧検出器５３から送られる電池電圧検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電圧及び電流検出器５４から送られる電池電流検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電流の少なくとも１つが０である場合に、燃料電池が停止中であると判断されるが、これに限られるものではない。   Whether the fuel cell power generation system is stopped is determined, for example, by the system controller 55 from the battery voltage and current detector 54 of the fuel cell main body 51 indicated by the battery voltage detection signal sent from the voltage detector 53. When at least one of the battery currents of the fuel cell main body 51 indicated by the detected battery current detection signal is 0, it is determined that the fuel cell is stopped, but the present invention is not limited to this.

Ｓ１１において、燃料電池発電システムが停止中と判断された場合には、システム制御装置５５から切り換え器５６に信号が送られ、切り換え器５６は燃料電池本体５１とインバータ５２との間に一端が接続され、他端が切り換え器５６に接続されるインバータ５２側のラインに接続され、電気ヒータ５７はダミーロードとして燃料電池本体５１の負荷の消費用として使用される。   In S 11, when it is determined that the fuel cell power generation system is stopped, a signal is sent from the system controller 55 to the switch 56, and one end of the switch 56 is connected between the fuel cell body 51 and the inverter 52. The other end is connected to a line on the inverter 52 side connected to the switch 56, and the electric heater 57 is used as a dummy load for consuming the load of the fuel cell main body 51.

ダミーロードとしての電気ヒータ５７のON／OFF制御は、電圧検出器５３からの燃料電池本体５１の電池電圧検出信号が所定の閾値以上の場合はONにし、それ以外の場合はOFFするようシステム制御装置５５から電気ヒータ５７に信号が送られる。   The ON / OFF control of the electric heater 57 as a dummy load is a system control to turn on when the battery voltage detection signal of the fuel cell body 51 from the voltage detector 53 is equal to or greater than a predetermined threshold, and to turn off otherwise. A signal is sent from the device 55 to the electric heater 57.

Ｓ１１において、燃料電池発電システムが停止中ではないと判断された場合には、次に、燃料電池発電システムが起動中であるか否かの判断が行なわれる（Ｓ１２）。   If it is determined in S11 that the fuel cell power generation system is not stopped, it is next determined whether or not the fuel cell power generation system is being started (S12).

燃料電池発電システムが起動中か否かの判断は、例えば、システム制御装置５５が燃料電池本体５１に起動指令を出したか否かに基づいて行なわれるが、これに限られるものではない。起動指令を出力するイベントは、例えば、システム制御装置５５が、電圧検出器５３から送られる電池電圧検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電圧及び電流検出器５４から送られる電池電流検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電流の少なくとも１つが所定の値以上である場合に実行されるが、これに限られるものではない。   The determination as to whether or not the fuel cell power generation system is being activated is made based on, for example, whether or not the system control device 55 has issued an activation command to the fuel cell body 51, but is not limited thereto. The event for outputting the start command is, for example, based on the battery voltage of the fuel cell main body 51 indicated by the battery voltage detection signal sent from the voltage detector 53 and the battery current detection signal sent from the current detector 54. This is executed when at least one of the battery currents of the fuel cell main body 51 shown is equal to or greater than a predetermined value, but is not limited to this.

Ｓ１２において、燃料電池発電システムが起動中であると判断された場合には、燃料電池本体５１に水素が導入されたか否かの判断が行なわれる（Ｓ１３）。   If it is determined in S12 that the fuel cell power generation system is being activated, it is determined whether hydrogen has been introduced into the fuel cell main body 51 (S13).

Ｓ１３における燃料電池本体５１に水素が導入されたか否かの判断は、例えば、システム制御装置５５が、改質器（図示せず）への水素導入指令を出力したか否かにより行なわれる。この水素導入指令を出力するイベントは、例えば、改質器の温度が所定の温度になった場合に実行されるが、これに限られるものではない。   The determination of whether or not hydrogen has been introduced into the fuel cell main body 51 in S13 is made, for example, based on whether or not the system controller 55 has output a hydrogen introduction command to a reformer (not shown). The event for outputting the hydrogen introduction command is executed, for example, when the temperature of the reformer reaches a predetermined temperature, but is not limited thereto.

Ｓ１３において、燃料電池本体５１に水素が導入されていないと判断された場合には、切り換え器５６は燃料電池本体５１に水素が導入されるまでは、システム制御装置５５から切り換え器５６に信号が送られて、切り換え器５６は燃料電池本体５１とインバータ５２との間に一端が接続され、他端が切り換え器５６に接続される系統５８側のラインに接続され、電気ヒータ５７はダミーロードとして燃料電池本体５１の負荷の消費用として使用される。   If it is determined in S13 that hydrogen is not introduced into the fuel cell main body 51, the switch 56 sends a signal from the system controller 55 to the switch 56 until hydrogen is introduced into the fuel cell main body 51. The switch 56 is connected at one end between the fuel cell main body 51 and the inverter 52, and the other end is connected to a line on the system 58 side connected to the switch 56, and the electric heater 57 is a dummy load. It is used for consuming the load of the fuel cell main body 51.

ダミーロードのON／OFF制御については、電圧検出器５３からの電池電圧検出信号が所定の閾値以上の場合はONし、それ以外の場合はOFFするようシステム制御装置５５から信号が送られる。   With respect to ON / OFF control of the dummy load, a signal is sent from the system control device 55 so that it is turned on when the battery voltage detection signal from the voltage detector 53 is greater than or equal to a predetermined threshold, and is turned off otherwise.

Ｓ１３において、燃料電池本体５１に水素が導入されていると判断された場合には、特性回復操作を行なうか否かの判断が行なわれる（Ｓ１４）。   If it is determined in S13 that hydrogen has been introduced into the fuel cell main body 51, it is determined whether or not a characteristic recovery operation is to be performed (S14).

特性回復操作を行なうか否かの判断は、例えば、システム制御装置５５が電圧検出器５３から送られる電池電圧検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電圧が所定の値以上である場合に、特性回復操作を行なうと判断されるが、これに限られるものではない。   The determination as to whether or not to perform the characteristic recovery operation is performed when, for example, the battery voltage of the fuel cell main body 51 indicated by the battery voltage detection signal sent from the voltage detector 53 by the system control device 55 is a predetermined value or more. Although it is determined that the characteristic recovery operation is performed, the present invention is not limited to this.

Ｓ１４において、特性回復操作を行なわないと判断された場合には、システム制御装置５５から切り換え器５６に信号が送られて、燃料電池本体５１とインバータ５２との間に一端が接続され、他端が切り換え器５６に接続される系統５８側のラインに接続され、電気ヒータ５７は、インバータ５２から系統５８に電力が逆潮しないようにするためにインバータ５２から系統５８に供給される負荷の消費用として使用される。   If it is determined in S14 that the characteristic recovery operation is not performed, a signal is sent from the system controller 55 to the switch 56, and one end is connected between the fuel cell body 51 and the inverter 52, and the other end Is connected to the line on the system 58 side connected to the switch 56, and the electric heater 57 consumes the load supplied from the inverter 52 to the system 58 in order to prevent reverse power flow from the inverter 52 to the system 58. Used for use.

電気ヒータ５７のON／OFF制御については、電流検出器５４からの電池電流検出信号が所定の閾値以上の場合はONにし、それ以外の場合はOFFするようシステム制御装置５５から信号が送られる。   As for the ON / OFF control of the electric heater 57, a signal is sent from the system control device 55 so that it is turned on when the battery current detection signal from the current detector 54 is equal to or greater than a predetermined threshold value, and is turned off otherwise.

Ｓ１４において、特性回復操作を行なうと判断された場合には、システム制御装置５５から切り換え器５６に信号が送られて、切り換え器５６は一端がインバータ５２と系統５８との間に接続され、他端が切り換え器５６に接続された系統５８側のラインに接続され、電気ヒータ５７はダミーロードとして燃料電池本体５１の負荷の消費用として使用される。   If it is determined in S14 that the characteristic recovery operation is to be performed, a signal is sent from the system controller 55 to the switch 56, and one end of the switch 56 is connected between the inverter 52 and the system 58. The electric heater 57 is used as a dummy load for consuming the load of the fuel cell main body 51, with the end connected to the line on the system 58 side connected to the switch 56.

ダミーロードのON／OFF制御については、電圧検出器５３からの電池電圧検出信号が所定の閾値以上の場合はONし、それ以外の場合はOFFするようシステム制御装置５５から信号が送られる。   With respect to ON / OFF control of the dummy load, a signal is sent from the system control device 55 so that it is turned on when the battery voltage detection signal from the voltage detector 53 is greater than or equal to a predetermined threshold, and is turned off otherwise.

一方、Ｓ１２において、燃料電池発電システムが起動中ではないと判断された場合には、Ｓ１５において燃料電池発電システムが発電中であるか否かの判断が行なわれる（Ｓ１５）。   On the other hand, if it is determined in S12 that the fuel cell power generation system is not activated, it is determined in S15 whether or not the fuel cell power generation system is generating power (S15).

燃料電池発電システムが発電中か否かの判断は、例えば、システム制御装置５５が、電圧検出器５３から送られる電池電圧検出信号によって示される燃料電池本体５１の電池電圧が所定の値以上である場合に発電中であると判断されるが、これに限られるものではない。   The determination as to whether or not the fuel cell power generation system is generating power is made, for example, when the system controller 55 determines that the battery voltage of the fuel cell main body 51 indicated by the battery voltage detection signal sent from the voltage detector 53 is a predetermined value or more. In this case, it is determined that power generation is in progress, but this is not a limitation.

Ｓ１５において燃料電池発電システムが発電していると判断された場合には、システム制御装置５５から切り換え器５６に信号が送られて、系統５８側のラインに接続され、電気ヒータ５７は、インバータ５２から系統５８に電力が逆潮しないようにするためにインバータ５２から系統５８に供給される負荷の消費用として使用される。   When it is determined in S15 that the fuel cell power generation system is generating power, a signal is sent from the system control device 55 to the switch 56 and connected to the line on the system 58 side, and the electric heater 57 is connected to the inverter 52. Is used for consuming a load supplied from the inverter 52 to the system 58 in order to prevent reverse power flow from the system 58 to the system 58.

電気ヒータ５７のON／OFF制御については、電流検出器５４からの電池電流検出信号が所定の閾値以上の場合はONし、それ以外の場合はOFFするようシステム制御装置５5から信号が送られる。   As for the ON / OFF control of the electric heater 57, a signal is sent from the system control device 55 so that it is turned on when the battery current detection signal from the current detector 54 is greater than or equal to a predetermined threshold, and is turned off otherwise.

一方、Ｓ１５において燃料電池発電システムが発電していないと判断された場合には、Ｓ１１の処理に戻る。   On the other hand, if it is determined in S15 that the fuel cell power generation system is not generating power, the process returns to S11.

従って、本実施の形態によれば、燃料電池本体５１の負荷の消費用途と、系統５８への逆潮防止用の電力消費用途と異なる2つの用途を1つの電気ヒータで制御することにより、電気ヒータの点数削減、制御I/Oや基板の簡素化、及び電気ヒータの設置スペースの少量化によるコストダウン効果が見込める燃料電池発電システムを提供することが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, by controlling two uses different from the load consumption use of the fuel cell main body 51 and the power consumption use for preventing the reverse power flow to the system 58 with one electric heater, It is possible to provide a fuel cell power generation system that can be expected to reduce the cost by reducing the number of heaters, simplifying control I / O and substrates, and reducing the installation space for electric heaters.

（変形例）
次に、第２の実施の形態の他の燃料電池発電システムについて説明する。 (Modification)
Next, another fuel cell power generation system according to the second embodiment will be described.

図６は、第２の実施の形態に係る他の燃料電池発電システムの他の構成を示す図である。なお、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 6 is a diagram showing another configuration of another fuel cell power generation system according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 4 and an identical part, and the description is abbreviate | omitted.

図６に示すように、図４に示した燃料電池発電システムと異なる点は、電気ヒータ５７に代えて可変抵抗式電気ヒータ５９を用いたことにある。   As shown in FIG. 6, the difference from the fuel cell power generation system shown in FIG. 4 is that a variable resistance electric heater 59 is used instead of the electric heater 57.

図６に示した燃料電池発電システムの動作は、図５に示した燃料電池発電システムの動作と同じである。本変形例によれば、可変抵抗式電気ヒータ５９の可変抵抗を調整することにより、システム制御装置５５において行なわれる電圧検出器５３からの燃料電池本体５１の電池電圧検出信号によって示される値が所定の閾値以上であるか否かの判断、電流検出器５４からの電池電流検出信号によって示される電流値が所定の値以上であるか否かの判断を調整することができる。   The operation of the fuel cell power generation system shown in FIG. 6 is the same as the operation of the fuel cell power generation system shown in FIG. According to this modification, by adjusting the variable resistance of the variable resistance electric heater 59, the value indicated by the battery voltage detection signal of the fuel cell main body 51 from the voltage detector 53 performed in the system control device 55 is predetermined. It is possible to adjust whether or not the current value indicated by the battery current detection signal from the current detector 54 is equal to or greater than a predetermined value.

従って、本実施の形態においても燃料電池本体の負荷の消費用途と、系統への逆潮防止用の電力消費用途と異なる2つの用途を1つの電気ヒータで制御することにより、電気ヒータの点数削減、制御I/Oや基板の簡素化、及び電気ヒータの設置スペースの少量化によるコストダウン効果が見込める燃料電池発電システムを提供することが可能となる。   Therefore, in this embodiment, the number of electric heaters can be reduced by controlling two uses, which are different from the load consumption use of the fuel cell main body and the power consumption use for preventing backflow to the grid, with one electric heater. In addition, it is possible to provide a fuel cell power generation system that can be expected to reduce costs by simplifying control I / O and substrates, and reducing the installation space for electric heaters.

以上説明したように、実施の形態によれば、異なる操作を1つの電気ヒータで制御することにより電気ヒータの点数削減、設置スペースの少量化などのコストダウン効果が見込める燃料電池発電システムを提供することができる。   As described above, according to the embodiment, there is provided a fuel cell power generation system in which cost reduction effects such as reduction in the number of electric heaters and a reduction in installation space can be expected by controlling different operations with one electric heater. be able to.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１…燃料電池、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…系統連系インバータ、３ａ…系統連系インバータ制御信号、４…商用電力系統、５…負荷、６…改質器、７…貯湯槽、８…排熱回収ライン、９…排熱回収水循環ポンプ、１０、１１…熱交換器、１２…逆潮流防止ヒータ、１３…燃料電池冷却水ライン、２０…制御装置、２１…交流電流センサー、２１ａ…交流電流センサー信号、２２…系統連系リレー、２２ａ…系統連系リレー制御信号、２３…直流電流センサー、２３ａ…直流電流センサー信号、２４…ヒータ開閉器、２５…受電点電流センサー、２５ａ…受電点電流センサー信号、２６…電力調整器、２６ａ…電力調整器制御信号、３０…切り換えスイッチ、３０ａ…切り換えスイッチ制御信号、３１…交流模擬負荷ライン、３２…直流模擬負荷ライン、５１…燃料電池本体、５２…インバータ、５３…電圧検出器、５４…電流検出器、５５…システム制御装置、５６…切り換え器、５７…電気ヒータ、５８…系統、５９…可変抵抗式電気ヒータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... DC / DC converter, 3 ... Grid connection inverter, 3a ... Grid connection inverter control signal, 4 ... Commercial power system, 5 ... Load, 6 ... Reformer, 7 ... Hot water tank, 8 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Waste heat recovery line, 9 ... Waste heat recovery water circulation pump, 10, 11 ... Heat exchanger, 12 ... Backflow prevention heater, 13 ... Fuel cell cooling water line, 20 ... Control device, 21 ... AC current sensor, 21a ... AC current sensor signal, 22 ... grid interconnection relay, 22a ... grid interconnection relay control signal, 23 ... DC current sensor, 23a ... DC current sensor signal, 24 ... heater switch, 25 ... receiving point current sensor, 25a ... receiving power Point current sensor signal, 26 ... Power regulator, 26a ... Power regulator control signal, 30 ... Changeover switch, 30a ... Changeover switch control signal, 31 ... AC simulation load line, 32 ... DC Pseudo load line, 51 ... Fuel cell body, 52 ... Inverter, 53 ... Voltage detector, 54 ... Current detector, 55 ... System controller, 56 ... Switch, 57 ... Electric heater, 58 ... System, 59 ... Variable resistance Electric heater.

Claims (3)

燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した直流電力を交流電力に変換して、電力系統へ連系して交流電力を出力するインバータと、
燃料電池発電システムの排熱を回収して熱として蓄える貯湯槽と、
前記貯湯槽に接続された排熱回収ラインと、
前記排熱回収ラインに接続された電気ヒータと、
前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換える切り換えスイッチと、
前記切り換えスイッチに切り換え制御信号を出力する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電中に逆潮流が検出された場合に、前記検出された逆潮流の発生量に相当する電力消費量が前記電気ヒータに投入されるように制御し、
前記切り換えスイッチは、前記制御装置から出力された切り換え制御信号に基づいて、前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換え、
前記制御装置は、さらに、
前記燃料電池が発電中であるか否かの判断を行なう判断手段と、
前記燃料電池が発電中であると判断された場合に、前記切り換えスイッチを前記インバータの出力側の交流電力に切り換えるための切り換え制御信号を前記切り換えスイッチに出力する手段と
を具備し、
前記インバータと前記電力系統との間に接続され、前記インバータを前記電力系統から遮断する連係リレーをさらに具備し、
前記制御装置は、
前記電力系統の電圧信号に基づいて系統異常を検出する手段と、
発電中に前記系統異常が検出された場合に、前記連係リレーを制御して前記インバータを前記電力系統から遮断し、前記インバータを電圧制御モード又は電流制御モードで制御する手段と
をさらに具備する燃料電池発電システム。 A fuel cell that generates direct-current power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
An inverter that converts direct current power generated from the fuel cell into alternating current power and outputs the alternating current power to the power system;
A hot water storage tank that collects exhaust heat from the fuel cell power generation system and stores it as heat,
An exhaust heat recovery line connected to the hot water storage tank;
An electric heater connected to the exhaust heat recovery line;
A changeover switch that switches between the electric power supplied to the electric heater, the direct current power on the output side of the fuel cell, and the alternating current power on the output side of the inverter,
A control device for outputting a switching control signal to the changeover switch,
The control device controls so that, when a reverse power flow is detected during power generation of the fuel cell, a power consumption corresponding to the detected reverse power flow is input to the electric heater,
The change-over switch is configured to change the electric power supplied to the electric heater between the direct-current power on the output side of the fuel cell and the alternating-current power on the output side of the inverter based on a change control signal output from the control device. Switch with
The control device further includes:
Determination means for determining whether the fuel cell is generating electricity;
Means for outputting a changeover control signal to the changeover switch for changing over the changeover switch to AC power on the output side of the inverter when it is determined that the fuel cell is generating electricity;
Comprising
Further comprising a linkage relay connected between the inverter and the power system, and disconnecting the inverter from the power system;
The control device includes:
Means for detecting a system abnormality based on a voltage signal of the power system;
Means for controlling the linkage relay to disconnect the inverter from the power system when the system abnormality is detected during power generation, and controlling the inverter in a voltage control mode or a current control mode;
A fuel cell power generation system further comprising: 燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した直流電力を交流電力に変換して、電力系統へ連系して交流電力を出力するインバータと、
燃料電池発電システムの排熱を回収して熱として蓄える貯湯槽と、
前記貯湯槽に接続された排熱回収ラインと、
前記排熱回収ラインに接続された電気ヒータと、
前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換える切り換えスイッチと、
前記切り換えスイッチに切り換え制御信号を出力する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記燃料電池の発電中に逆潮流が検出された場合に、前記検出された逆潮流の発生量に相当する電力消費量が前記電気ヒータに投入されるように制御し、
前記切り換えスイッチは、前記制御装置から出力された切り換え制御信号に基づいて、前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換え、
前記制御装置は、さらに、
前記燃料電池が停止中又は停止中ではないが発電状態ではない状態であるか否かの判断を行なう判断手段と、
前記燃料電池が停止中又は停止中ではないが発電状態ではない状態であると判断された場合に、前記切り換えスイッチを前記燃料電池の出力側に切り換えるための切り換え制御信号を前記切り換えスイッチに出力する手段と
を具備する燃料電池発電システム。 A fuel cell that generates direct-current power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
An inverter that converts direct current power generated from the fuel cell into alternating current power and outputs the alternating current power to the power system;
A hot water storage tank that collects exhaust heat from the fuel cell power generation system and stores it as heat,
An exhaust heat recovery line connected to the hot water storage tank;
An electric heater connected to the exhaust heat recovery line;
A changeover switch that switches between the electric power supplied to the electric heater, the direct current power on the output side of the fuel cell, and the alternating current power on the output side of the inverter,
A control device for outputting a switching control signal to the selector switch;
Comprising
The control device controls so that, when a reverse power flow is detected during power generation of the fuel cell, a power consumption corresponding to the detected reverse power flow is input to the electric heater,
The change-over switch is configured to change the electric power supplied to the electric heater between the direct-current power on the output side of the fuel cell and the alternating-current power on the output side of the inverter based on a change control signal output from the control device. Switch with
The control device further includes:
Determination means for determining whether or not the fuel cell is in a stopped state or not in a stopped state but not in a power generation state ;
When it is determined that the fuel cell is stopped or not stopped but is not in a power generation state, a switching control signal for switching the switch to the output side of the fuel cell is output to the switch. And a fuel cell power generation system. 燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電力を発生する燃料電池と、  A fuel cell that generates direct-current power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
前記燃料電池から発生した直流電力を交流電力に変換して、電力系統へ連系して交流電力を出力するインバータと、  An inverter that converts direct current power generated from the fuel cell into alternating current power and outputs the alternating current power to the power system;
燃料電池発電システムの排熱を回収して熱として蓄える貯湯槽と、  A hot water storage tank that collects exhaust heat from the fuel cell power generation system and stores it as heat,
前記貯湯槽に接続された排熱回収ラインと、  An exhaust heat recovery line connected to the hot water storage tank;
前記排熱回収ラインに接続された電気ヒータと、  An electric heater connected to the exhaust heat recovery line;
前記電気ヒータに投入する電力を、前記燃料電池の出力側の直流電力と、前記インバータの出力側の交流電力との間で切り換える切り換えスイッチと、  A changeover switch that switches between the electric power supplied to the electric heater, the direct current power on the output side of the fuel cell, and the alternating current power on the output side of the inverter,
前記切り換えスイッチに切り換え制御信号を出力する制御装置と  A control device for outputting a switching control signal to the selector switch;
を具備する燃料電池発電システムにおける電気ヒータへの電力投入方法において、In the method of supplying power to the electric heater in the fuel cell power generation system comprising:
前記制御装置が、  The control device is
前記燃料電池が停止中又は停止中ではないが発電状態ではない状態であるか否かの判断を行ない、  Determining whether or not the fuel cell is in a stopped state or not in a stopped state but not in a power generation state;
前記燃料電池が停止中又は停止中ではないが発電状態ではない状態であると判断された場合に、前記切り換えスイッチを前記燃料電池の出力側に切り換えるための切り換え制御信号を前記切り換えスイッチに出力することを特徴とする燃料電池発電システムにおける電気ヒータへの電力投入方法。  When it is determined that the fuel cell is stopped or not stopped but is not in a power generation state, a switching control signal for switching the switch to the output side of the fuel cell is output to the switch. A method for supplying power to an electric heater in a fuel cell power generation system.
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