JPH02253408A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改
質器と、この改を器により改質されて供給される燃料ガ
スとブロワを介して供給される空気とが電気化学反応に
より直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電池によ
り発生した直流電力を交流電力に変換するインバータと
、前記燃料電池の出力側に負荷として接続され、開閉器
とダミー抵抗との直列回路が複数個並列に接続されたダ
ミー抵抗器とより構成され、燃料電池の始動時には前記
ダミー抵抗器の抵抗が順次負荷として投入され燃料電池
の出力が所定値に達したとき前記ダミー抵抗が順次切離
されて前記インバータが投入され電力系統に接続される
ようにした燃料電池発電装置、特にかかる燃料電池発電
装置において、燃料１ｒｉ池で発生する電力をダミー抵
抗器からインバータに切り換える切換え制御に関する。

（従来の技術〕 一触に燃料電池で発生した直流電力をインバータで交流
電力に変換して電力系統に供給するようにした燃料電池
発電ｖｔ置においては、燃料電池とインバータとの間に
ダミー抵抗器が接続される。

このダミー抵抗器は、普通、開閉器とダミー抵抗との直
列回路が複数個並列接続されたもので、燃料電池の始動
時これらのダミー抵抗を順次投入して行き、燃料電池の
出力が所定値（この値は通常燃料電池の定格出力の２０
〜４０％とされており、以下この値を単に°所定値１と
呼ぶこととする）に達しかつその他の諸条件が整い、出
力が安定した後に初めてインバータを投入するとともに
前記のダミー抵抗を順次切離して、燃＄４電池の出力を
燃料電池が過負荷になることを回避しつつインバータに
切換えるためのものである。このようなダミー抵抗器を
使用して燃料電池の出力をインバータに切損える際の燃
料電池の直流電力Ｃ、ダミー抵抗器の消費電力Ｂ及びイ
ンバータ出力Ａと時間りとの関係を第３図に示す、なお
、この図で横軸に時間、縦軸に電力量を示し、ダミー抵
抗器はダミー抵抗を５個並列接続しものとして説明する
。先ず時点ｔ、で燃料電池の出力Ｃが所定値に達しかつ
その他の条件が整ったものとして、ダミー抵抗の１つを
切Ｍしインバータを接続する。これによりダミー抵抗器
の抵抗値は増加し燃料電池の出力Ｃは低下するが、燃料
電池は所定値の出力を出すだけの燃料と空気の供給を受
けているのでその出力Ｃは次第に回復して行き、ダミー
抵抗器が消費する出力Ｂを上回った分はインバータに供
給される。燃料電池の出力Ｃが再び所定値に達した時点
ｔ、で次のダミー抵抗を切離すと、燃料電池の出力Ｃは
再び低ドするがこれも次第に回復して行く。

同時にインバータに供給される電力も次第に増加して行
（、同様にして時点’　ｌ＋　’　４＊で１つずつダミ
ー抵抗が、そして時点ｔｓで最後のダミー抵抗が切離さ
れ、時点（、で燃料電池の出力Ｃはすべてインバータに
供給されインバータ出力Ａとなる。

以上のように燃料電池の直流出力Ｃは時点ｔ、がら１．
まで鋸歯状に変動するが、燃料電池の消費電力Ｂは時点
ｔ、から１．まで階段状に、インバータ出力Ａは直線状
に変化する。

第３図の例ではダミー抵抗器をダミー抵抗５個で構成さ
れている例として説明したが、このダミー抵抗の数は５
個にかぎられることはない、ダミー抵抗の敗が増えると
鋸歯状波の段数が増加し、出力変動の振幅は小さくする
・ことができるが、ダミー抵抗器よりインバータへの出
力切換時間が長くなる。

（発明が解決しようとする！！！！！Ｉ）前述のごとく
、ダミー抵抗器よりインバータへの電力切換の際、複数
個のダミー抵抗を順次切離すことで燃料電池の出力は、
第３図に示すごとくｔｌ！歯状に変動するが、燃料電池
の燃料極と空気極とに供給されている燃料ガスや空気の
量はこのような出力の変動に追随できない、このため電
気化学反応をしている燃料ガスと空気は、ダミー抵抗の
切離しのたびに、その消費が燃料電池の出力低下にとも
なって減少した分−時的に余剰となり燃料電池内にたま
ってその圧力が上昇する。このとき燃料ガス中の水素の
成分が、空気中の酸素の成分より高いので、燃料電池電
掻内で燃料極の圧力の方が空気極の圧力よりも上昇し、
差圧となって現われる。この差圧は燃料電池の内部を損
傷させるおそれがあるばかりでなく、その与える衝撃に
よっては発電特性の劣化となり好ましくない。

この差圧を減じるためには、前述のごとくダミー抵抗の
数を増加させ°ζ燃料電池の出力変動の振幅を小さくさ
せるなどの手段もあるが、ダミー抵抗器よりインバータ
への切換の時間が長くかかったり、コストが高くなると
いう欠点があった。

また従来例ではインバータはダミー抵抗が順次回路から
切り離されるのと同期をとることなく直線内に出力を上
昇させて行ったので、もしダミー抵抗器が何らかの原因
で回路から切り離されのが遅れると、ダミー抵抗器とイ
ンバータと両方に出力を供給している燃料電池は、急激
に過負荷となるが、その場合燃料ガスと空気の供給が追
従できず、燃料電池にとって非常に好ましくない水素と
酸素の欠乏が生じるおそれがあった。

この発明はこの点に鑑みなされたもので、燃料電池の鋸
歯状出力変動をなくし、前述の差圧を除去して問題なく
燃料電池を運転できる燃料電池発電装置を徒供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記１１Ｂを解決するために、この発明によれば、燃料
を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、この改質
器により改質されて供給される燃料ガスとブロワを介し
て供給される空気とが電気化学反応により直流電力を発
生する燃料電池と、この燃料電池により発生した直流電
力を交流電力に変換するインバータと、前記燃料電池の
出力側に負荷として接続され、開閉器とダミー抵抗との
直列回路が複数個並列に接続されたダミー抵抗器とより
構成され、燃料電池の始動時には前記ダミー抵抗器の抵
抗が順次負荷として投入され燃料電池の出力が所定値に
達したとき前記ダミー抵抗が順次切離されて前記インバ
ータが投入され電力系統に接続されるようにした燃料電
池発電１ｉｉ置において、前記ダミー抵抗器の両端にか
かる電圧を計測する電圧計と、前記ダミー抵抗器を流れ
る電流を計測する電流計と、この電圧計と電流計とによ
り前記ダミー抵抗器で消費される電力を演算し、前記イ
ンバータを制御する計測演算制御装置とを設け、前記複
数個のダミー抵抗が順次回路から切離されたとき、その
時点で前記ダミー抵抗器が消費している電力を前記計測
演算制御装置により演算し、前記インバータの出力を前
記ダミー抵抗の切離しにより生ずる電力減少分だけ瞬時
に増加させるように前記インバータを制御するものとす
る。

（作用〕 この発明によれば、燃料を水素リッチな燃料ガスに改質
する改質器と、この改質器により改質されて供給される
燃料ガスとブロワを介して供給れれる空気とが電気化学
反応により直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電
池により発生した直流電力を交′ｔＩＬ１！力に変換す
るインバータと、前記燃料電池の出力側に負荷として接
続され、開閉器とダミー抵抗との直列回路が複数個並列
に接続されたダミー抵抗器とより構成され、燃料電池の
始動時には前記ダミー抵抗器の抵抗が順次負荷として投
入され燃料電池の出力が所定値に達したとき前記ダミー
抵抗が順次切離されて前記インバータが投入され電力系
統に接続されるようにした燃料電池発電装置において、
前記ダミー抵抗器の両端にかかる電圧を計測する電圧計
と、前記ダミー抵抗器を流れる電流を計測する電流計と
、この電圧針と電流計とにより前記ダミー抵抗器で消費
される電力を演算し、前記インバータを１１１１１Ｍす
る計測演算制御ｖｔ置とを設け、この計測演算制御装置
により、前記複数個のダミー抵抗が順次回路から切離さ
れたとき、その時点で前記ダミー抵抗器が消費している
電力を演算し、前記インバータの出力を前記ダミー抵抗
の切離しにより生ずる電力減少分だけ瞬時に増加させる
ように前記インバータを制御するようにしたので、燃料
電池の出力は、ダミー抵抗が回路から切離されたとき瞬
時的には減少しても直ちに所定値に復帰してこの値を維
持することとなり、燃料電池の電極における燃料ガスと
空気との圧力差による燃料１に池の障害を取り除くこと
ができる。

（実施例） 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明による燃料電池発電装置の一実施例の接続図で、
ｌは燃料電池で、この燃料電池は、基本的には、燃料極
、空気極およびこれら両極に挟まれたマトリックスから
なり、燃料極にはｒＩＢ料タンクより改質器２を介して
改質された燃料ガスが、空気極にはブロワ３を介して空
気が供給される。またマトリックスではこれらの両ガス
が電気化学反応を起こし両電極間に直流電力を発生する
。

画電極は直流遮断器６を介してインバータ７に、そして
その出力′側は接法遮断器８を介して電力系統に接続さ
れている。さらにインバータ７と燃料電池ｌとの間には
開閉器５とダミー抵抗４との直列回路が複数個〈この例
では５個）並列接続されたダミー抵−５が挿入されてい
る。ダミー抵抗器４５の端子間には電圧計ｌＯが、また
入力側には電流計１１が接続されている。さらにこの電
圧計と電流計とによりダミー抵抗熱５の消費電力を計測
演算し、その値によってインバータフを制御する計測演
算制御１ａ置９が設けられている。

以上のような燃料電池発電装置の構成において、燃料電
池の出力をダミー抵−一らインバータに切換える際の制
御について第２図を参照して説明する。燃料電池の出力
Ｃが所定値に達しその他の条件が整った時点ｔ、で先ず
ダミー抵抗の一つを切り翻して直流遮断器６を投入する
。この時燃料電池の出力は瞬時に低下するが、この時点
でのダミー抵抗！Ｓ４５が消費している電力Ｂを計測演
算制御装置９が演算して前記燃料電池の出力低下分だけ
インバータが出力するようにインバータ７を制御する。

これにより直ちに燃料電池の出力Ｃが回復し前記所定値
を維持する。なおインバータ出力へは交流遮断器８を介
して電力系統に供給される。

以下同様に燃料電池の条件が整った時点’　ｌ＋　’　
ｊ＋Ｌ４でダミー抵抗がそれぞれ一つずつ切り離すと、
計測演算制御装置９がその都度働いてインバータ７を制
御して燃料電池の出力Ｃを所定値に維持するとともにイ
ンバータ出力Ａを段階的に増大して行く０時点【Ｓで最
後のダミー抵抗が切り離され夕への切り換え制御が終わ
る。

なお従来例ではもし順次転流切換られてゆく複数個より
なるダミー抵抗が何らかの原因で回路から切り離される
のが遅れると、前述のごとくインバータは直線的に出力
を上昇させてゆくため燃料電池は過負荷となるが、この
発明による実施例では、ダミー抵抗が回路から切り離さ
れたことを確認して、インバータを制御する同期をとっ
ているため、この種のトラブルは発生しない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように燃料電池の出力をその魁 ンバータヘダミー抵抗なり順次切換えてインバータの出
力を増加させてゆく過程で、ダミー抵抗が回路から切り
離されると同時にその切離されたダミー抵抗が負担して
いた電力値をそのまま瞬時にインバータの出力として電
力系統へ給電するので、燃料電池の出力値は変動するこ
となく一定に保されることから、燃料電池の電極内で燃
料ガスと空気との圧力差によって生じる差圧による燃料
電池本体内の損傷の障害もなく、安全に燃料電池の運転
が継続される。また何らかの原因でダミー抵抗の回路切
り離し時間が遅れても、それと同期をとってインバータ
が出力制御されているため、燃料電池が急激な過負荷に
見舞われることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の機器構成を説明するブロフク図、第２
図は岑発明になるダミー抵抗器からインバータへの出力
切損え状態を説明する特性＆Ｉ図、第３図は従来例によ
る特性線図である。 ｌ：燃料電池、２：改質器、４：ダミー抵抗、５：開閉
器、６：直２７ｍ遮断器、７：インバータ、８：交流遮
断器、９計測演算制御装置、１０：電圧計、１１：ｉｉ
電流計４５：ダミー抵抗器。 嘴闇 ′４２図 一間 第３１！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、
   この改質器により改質されて供給される燃料ガスとブロ
   ワを介して供給される空気とが電気化学反応により直流
   電力を発生する燃料電池と、この燃料電池により発生し
   た直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記燃
   料電池の出力側に負荷として接続され、開閉器とダミー
   抵抗との直列回路が複数個並列に接続されたダミー抵抗
   器とより構成され、燃料電池の始動時には前記ダミー抵
   抗器の抵抗が順次負荷として投入され燃料電池の出力が
   所定値に達したとき前記ダミー抵抗が順次切離されて前
   記インバータが投入され電力系統に接続されるようにし
   た燃料電池発電装置において、 前記ダミー抵抗器の両端にかかる電圧を計測する電圧計
   と、前記ダミー抵抗器を流れる電流を計測する電流計と
   、この電圧計と電流計とにより前記ダミー抵抗器で消費
   される電力を演算し、前記インバータを制御する計測演
   算制御装置とを設け、前記複数個のダミー抵抗が順次回
   路から切離されたとき、その時点で前記ダミー抵抗器が
   消費している電力を前記計測演算制御装置により演算し
   、前記インバータの出力を前記ダミー抵抗の切離しによ
   り生ずる電力減少分だけ瞬時に増加させるように前記イ
   ンバータを制御することを特徴とする燃料電池発電装置
   。