JPH0547396A

JPH0547396A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JPH0547396A
Application number: JP3206737A
Authority: JP
Inventors: Toru Koyashiki; 徹小屋敷; Tetsuo Take; 武　　哲夫; Kazuo Oshima; 一夫大島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料切替が可能な燃料電池発電システムにお
いて、燃料切替時の過渡変動等にも負荷へ継続して安定
に所定の電力を供給する。【構成】燃料電池１４の出力に直列に電圧安定化回路
５４を接続し、電圧安定化回路５４の出力の一端に直列
にダイオード５５を接続し、これらに並列に蓄電池５６
を接続し、蓄電池５６に並列にインバータ１６を接続
し、このインバータ１６に負荷４７を直列接続する。こ
こで、主燃料により燃料電池１４の発電を行っている場
合には、燃料電池１４の出力を受け、電圧安定化回路５
４により蓄電池５６の充電条件を満たす電圧に変換し、
蓄電池５６の浮動充電を行いつつ、インバータ１６に電
力を供給し、燃料切替等により燃料電池出力電圧が低下
し、ダイオード５５が非導通となった場合には、蓄電池
５６からインバータ１６に電力を供給し、負荷４７に継
続して安定に所定の電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料切替が可能な燃料
電池発電システムに係わり、さらに詳細には、燃料切替
による改質ガス中の水素量の一時的な減少に起因する燃
料電池出力の低下を出力に接続したエネルギー蓄積装置
からの電力供給によって補正し、燃料切替時も負荷に継
続的に所定の電力を供給す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】燃料切替が可能な燃料電池発電システム
として、これまでに図４に示すような熱交換器２，４，
６，８，１０，２６，２９及び３１、脱硫装置３、改質
装置５、ＣＯシフトコンバータ７、凝縮器９，３２及び
４９、燃料電池１４、インバータ１６、気水分離器３
６、制御装置５３、及び各種センサから構成されるシス
テムが提案されている（特願昭６３−２２０００４
号）。

【０００３】以下に、この従来の燃料電池発電システム
の構成とともにその作用について説明する。気体状態の
都市ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧ，メタノール等の主燃料１は
熱交換器２で昇温させた後、水素リッチなＣＯシフトコ
ンバータ７の出力ガスの一部とともに脱硫装置３に送ら
れ、燃料中の硫黄分が除去される（メタノール等の硫黄
分を含んでいない燃料を使用する場合には不要）。脱硫
された燃料ガスは、蒸発器３６で生成された水蒸気３７
とともに熱交換器４で昇温された後、改質装置５に送ら
れる。改質装置５では、燃料の改質反応が起こり、水素
リッチな改質ガスが生成される。例えば、都市ガス，Ｌ
ＮＧ等のメタンを主成分とした燃料を使用した場合、改
質装置５の中では、通常ニッケル系触媒を用いて約７０
０〜８００℃で、次に示す改質反応ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂ が行われる。

【０００４】改質ガスは、熱交換器６で温度を下げられ
た後、ＣＯシフトコンバータ７に送られ、次に示すシフ
ト反応ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ により、改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変えら
れる。最終的には改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％以
下に抑えられる。ＣＯシフトコンバータ７を出た改質ガ
スは、熱交換器８で温度が下げられた後、凝縮器９に送
られ、未反応の水蒸気が凝縮除去される。なお、先に述
べたように、ＣＯシフトコンバータ７を出たガスの一部
は、水添脱硫に必要な水素を脱硫装置３に供給するため
に、リサイクルされる。また、凝縮器９で分離された抽
水３４は、気水分離器３６に送られ、再び水蒸気３７と
して改質装置５に供給される。

【０００５】凝縮器９を出た改質ガスは、熱交換器１０
で昇温された後、改質ガス流量調節弁４５を通して燃料
電池１４の燃料極１１に送られ、水素が燃料電池１４の
電池反応に使われる。燃料電池１４は、燃料極１１、電
解質１２、及び空気極１３から構成されており、電池反
応では、燃料極１１で生成した水素イオンが電解質１２
中を空気極１３まで移動し、空気２８中の酸素と反応し
て水ができる。ここで、空気２８は熱交換器２９で昇温
された後、空気極１３に供給され、電池反応に使われ
る。空気極排ガス３０は熱交換器３１で温度が下げられ
た後、凝縮器３２に送られ、生成水３５が凝縮除去され
る。凝縮器３２で除去された生成水３５も気水分離器３
６に送られ、水蒸気３７として改質装置５に供給され
る。凝縮器３２を出たガスは、排ガス３３として大気中
に放出される。燃料電池１４の電池反応によって発電さ
れた直流電力１５は、インバータ１６によって交流電力
１７に変換され、負荷４７に供給される。

【０００６】燃料電池１４の燃料極１１における水素利
用率は７０〜８０％程度であるので、燃料極排ガス１８
は未反応水素を含む。この未反応水素を含む燃料極排ガ
ス１８は、加熱燃料２２として燃焼空気２３とともに加
熱用の改質装置バーナ２４に送られ、吸熱反応である改
質反応に必要な熱量を改質装置５に供給するために使わ
れる。燃料電池運転開始時のように燃料極排ガス量が不
十分な場合は、脱硫装置３の出口ガスの一部を補助燃料
２５として改質装置バーナ２４の加熱燃料２２に使用す
る。改質装置バーナ２４の燃焼ガス４８は熱交換器２６
で温度が下げられた後、凝縮器４９に送られ、生成水５
０が凝縮除去される。凝縮器４９で除去された生成水５
０は、気水分離器３６に送られ、水蒸気３７として改質
装置５に供給される。凝縮器４９を出たガスは、排ガス
５１として大気中に放出される。

【０００７】このような従来の燃料電池発電システムで
は、通常は、改質ガス圧力センサ４４で検出される改質
ガスの圧力が所定の値になるように、主燃料流量調節弁
４０により主燃料１の流量が制御されている。主燃料１
の改質に必要な水蒸気３７の供給は、主燃料流量調節弁
４０を通過する主燃料１の流量を燃料流量検出センサ４
２で検知し、信号ｄを制御装置５３に送り、この制御装
置５３が信号Ｄを水蒸気流量調節弁４３に送り、この水
蒸気流量調節弁４３の開度を調節して行う。また、燃料
電池１４に供給する改質ガス流量の調節は、改質ガス流
量調節弁４５で行う。即ち、負荷電流検出センサ５２で
負荷電流を検出し、信号ａとして制御装置５３に入力す
る。制御装置５３は信号Ａを改質ガス流量制御弁４５に
送り、負荷電流に相当する水素ガス量よりも多くの水素
ガス量に相当する量の改質ガスを燃料電池１４に供給す
る。改質装置温度が設定した温度になっているかどうか
は、温度センサ４６で監視し、信号ｂとして制御装置５
３に入力する。必要に応じて改質ガス流量調節弁４５に
前記制御装置５３から送る信号Ａを制御し、前記改質ガ
ス流量制御弁４５の開度を補正する。これら一連の調節
弁は通常は主燃料１について最適な燃料流量、改質ガス
流量、改質用水蒸気量、及び改質装置温度になるように
前述したように制御装置５３で制御される。制御装置５
３は、例えば圧力センサ４４からの圧力信号ｃを受け
て、制御装置５３内部に記憶してある設定圧力と比較
し、その結果を基に演算し主燃料流量調節弁４０の開度
を調節する信号Ｃを送出する。

【０００８】ここで、主燃料１の供給が大地震や事故に
より不意に停止した場合には、例えば圧力あるいは流量
の変化の形で燃料供給異常検出センサ３９により検出
し、信号ｅとして制御装置５３に入力する。これを受け
て制御装置５３は信号Ｃを制御し、速やかに主燃料流量
調節弁４０を閉じるとともに、信号Ｅを予備燃料流量調
節弁４１に送出し、この予備燃料流量調節弁４１を開い
て予備燃料３８の供給を行う。また、これら２つの調節
弁を含めた全ての調節弁の制御を予め制御装置５３に記
憶してあるデータを基に予備燃料３８に最適な燃料流
量、改質ガス流量、改質用水蒸気量、及び改質装置温度
になるように切り替える。これにより、予備燃料３８に
適した条件で燃料電池１４の運転を継続することがで
き、停電を回避できる。

【０００９】なお、燃料切替等が原因で改質装置温度が
上昇しすぎた場合（主燃料１にメタンを主成分とする都
市ガス、予備燃料３８にメタノールあるいはプロパンを
主成分とするＬＰＧを用いた場合には、同一量の水素を
得るために必要な改質反応熱は、主燃料１より予備燃料
３８の方が少ないので、予備燃料３８の供給が原因で改
質装置温度が上昇する恐れがある）には、改質装置温度
を下げるために主燃料流量調節弁４０あるいは予備燃料
流量調節弁４１を絞る。これにより、燃料不足で燃料電
池出力が低下する場合には、制御装置５３から信号Ｆを
分流器１９に送出し、加熱燃料２２となる燃料極排ガス
１８の一部もしくは全部を分流器１９で分流し、燃焼器
２０で燃焼させた後、燃焼排ガス２１として大気中に排
出する（特願平２−１８１２６０号）。

【００１０】上記した燃料切替時の過渡変動を図５に示
す。流量あるいは圧力の形で主燃料供給量をモニター
し、主燃料の供給異常を検出する。主燃料の供給異常の
検出は、ある出力電流値に対する所定の主燃料供給量Ｖ
あるいは主燃料供給量の時間変化ΔＶ／Δｔの限界値を
設定して行う。主燃料の供給異常検出した時点で、予備
燃料の供給を行うとともに、主燃料の供給を停止する。
すなわち、燃料の完全な切り替えを行う。また、それと
同時に改質用水蒸気の供給量も変化させる。例えば、メ
タンを主成分とする都市ガスからプロパンを主成分とす
るＬＰＧ、あるいはメタノールに切り替える場合には、
改質用水蒸気の供給量は増加させる（図２では燃料切替
により改質用水蒸気の供給量が増加する場合を示した
が、逆の場合もある）。燃料切替による燃料供給量ある
いは水蒸気供給量の増加のために、改質装置温度が所定
の温度より低下すれば、それに伴って電池出力の過渡的
な低下が起こる。例えば、燃料切替からΔｔ₁時間の間
に最大ΔＴだけ改質装置温度が低下すると、燃料電池出
力もそれにともなってΔｔ₁時間の間に最大ΔＷだけ低
下する。この過渡変動は、燃料切替に係わる一連の制御
が行われ、改質装置が定常状態になると消滅する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来の燃料切替が可能な燃料電池システムでは、改
質用水蒸気の供給量、燃料の供給量、改質反応熱といっ
た主燃料と予備燃料の改質条件の違いから、燃料切替時
に燃料電池出力の過渡的な低下が起こり、負荷に継続的
に所定の電力を供給することが困難な場合が発生し得る
という問題があった。

【００１２】また、燃料電池発電システムのインバータ
出力よりも負荷側に蓄電池などのエネルギー蓄積装置を
設けることも考えられるが、燃料電池本体部とのインタ
フェースを設けるのに、燃料切替の過渡的な変動値を考
慮した必要最小限のエネルギー蓄積装置を設計しにくい
等、システムとしての最適設計上、不都合な点があり、
結果としてシステムの小形化、低コスト化を進めるにあ
たっての問題となっていた。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、従来の燃料切替が可能な燃
料電池発電システムでは、改質用水蒸気の供給量、燃料
の供給量、改質反応熱といった主燃料と予備燃料の改質
条件の違いから、燃料切替時に一時的に改質ガス中の水
素量が減少し燃料電池出力の過渡変動が起こり負荷に供
給する電力が低下するという問題点を解決し、燃料切替
時にも負荷に継続的に所定の電力を供給することができ
る燃料電池発電システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池発電システムにおいては、燃料電
池本体、該燃料電池本体に主燃料を供給する主燃料供給
系、前記燃料電池本体に予備燃料を供給する予備燃料供
給系、前記主燃料および予備燃料の改質を行い電池反応
に必要な水素リッチガスをつくる燃料改質系、前記燃料
電池本体に酸化剤を供給する酸化剤供給系、前記燃料電
池本体および周辺装置の冷却を行う冷却系、および付属
装置からなり、前記主燃料供給系入口における主燃料の
供給量の異常を検出し、該主燃料から前記予備燃料に燃
料切替を行う燃料電池発電システムにおいて、燃料電池
出力に対し負荷に並列に、エネルギー蓄積手段と、この
エネルギー蓄積手段に対し前記燃料電池出力によるエネ
ルギー蓄積を安定に行うための電圧安定化回路と、前記
燃料電池出力が低下した際に前記負荷に前記蓄積したエ
ネルギーの放出を行うための回路または素子と、を設け
た構成としている。

【００１５】

【作用】本発明の燃料電池発電システムでは、主燃料に
より正常に燃料電池の発電を行っている場合には、負荷
に電力を供給しつつその燃料電池出力で負荷に並列に接
続したエネルギー蓄積手段にエネルギー蓄積を行い、燃
料切替等により燃料電池出力低下時には、エネルギー蓄
積手段から負荷に蓄積したエネルギーを放出を行うこと
によって、所定の電力を負荷に安定に供給する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
図である。本実施例の構成において、１４は燃料電池、
１６はインバータ、４７は負荷、５４は電圧安定化回
路、５５はダイオード、５６は蓄電池である。本実施例
の基本的な構成は、図４の従来例と同様であり、図１に
示す符号のうち、図４の符号と同一のものは同一符号を
示す。即ち、図では省略してあるが、図４に示したよう
に燃料電池１４に付属して、この燃料電池１４に主燃料
を供給する主燃料供給系、燃料電池１４に予備燃料を供
給する予備燃料供給系、主燃料および予備燃料の改質を
行い電池反応に必要な水素リッチガスをつくる燃料改質
系、燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化剤供給系を有
し、さらには燃料電池１４および周辺装置の冷却を行う
冷却系を備えている。また、主燃料供給系入口における
主燃料の供給量の異常を検知し、主燃料から予備燃料に
燃料切替を行う機能を有している。

【００１８】本実施例では、燃料電池１４の出力に直列
に電圧安定化回路５４を接続し、電圧安定化回路５４の
出力の一端に直列に整流器としてのダイオード５５を接
続し、さらにこれらに並列に蓄電池５６を接続し、蓄電
池５６に並列にインバータ１６を接続し、このインバー
タ１６に負荷４７を直列接続している。インバータ１６
は、燃料電池１４の直流出力を交流電力に変換し負荷４
７に電力供給する機能を有している。

【００１９】以上のような構成とすることにより、主燃
料により燃料電池１４の発電を行っている場合には、燃
料電池出力を受け、電圧安定化回路５４により蓄電池５
６の充電条件を満たす電圧に変換し、蓄電池５６の浮動
充電を行いつつ、インバータ１６に電力を供給し、燃料
切替等により燃料電池出力電圧が低下し、前記ダイオー
ド５５が非導通となった場合は、蓄電池５６からインバ
ータ１６に電力を供給する。これにより、負荷４７に継
続的に所定の電力が供給される。従って、従来例に見ら
れた燃料切替時の過渡的な電圧低下等を防ぐことができ
る。

【００２０】本実施例の構成は、従来の燃料電池発電シ
ステムに比べ、付加する装置が電圧安定化回路５４、ダ
イオード５５および蓄電池５６と少ないため、比較的容
易にシステム構成が可能である。しかし、例えば、電圧
安定化回路５４、ダイオード５５は、燃料電池発電シス
テムの最大出力容量に合わせた回路や素子が必要となる
ため、比較的小容量の燃料電池発電システムへの適用に
限定される。

【００２１】次に、図２に第２の実施例を示す。本実施
例の構成において、１４は燃料電池、１６はインバー
タ、４７は負荷、５３は制御装置、５６は蓄電池、５７
は電圧安定化回路、５８はダイオード、５９はスイッチ
素子である。本実施例の燃料電池１４も、第１の実施例
と同様に構成されている。本実施例では、燃料電池１４
に並列に電圧安定化回路５７を接続し、電圧安定化回路
５７の出力の一端に直列に整流器としてのダイオード５
８を接続し、さらにこれらに並列に蓄電池５６を接続
し、蓄電池５６は直列接続されたスイッチ素子５９を介
してインバータ１６に接続し、このインバータ１６の出
力に負荷４７を直列接続している。

【００２２】以上のような構成とすることにより、主燃
料により燃料電池１４の発電を行っている場合には、燃
料電池１４の出力を受け、電圧安定化回路５７により蓄
電池５６の充電条件を満たす電圧に変換し、蓄電池５６
のトリクル充電を行う。このとき、スイッチ素子５９は
非導通状態とされており、インバータ１６には燃料電池
１４のみから電力が供給されている。主燃料供給系の異
常時には、これを検出している制御装置５３の制御信号
を受けてスイッチ素子５９を導通状態とすることによ
り、蓄電池５６からもインバータ１６に電力を供給す
る。これにより、負荷４７には、継続的に所定の電力供
給が継続される。従って、本実施例によっても、燃料切
替時の過渡的な電圧低下等を防ぐことができる。

【００２３】この第２の実施例の構成は、図１の第１の
実施例のシステムに比べ、電圧安定化回路５７、ダイオ
ード５８の容量を蓄電池５６の維持充電のために必要と
なる容量で設計すればよく、図１の第１の実施例のシス
テムに比べ、電圧安定化回路５７、ダイオード５８の容
量を小さく設計できる。これらの容量は、蓄電池５６を
全放電の状態から満充電の状態に回復させるのに要する
時間をいくらに設定するかによって決まる。短時間に回
復させるには、充電電流が大きくなり、比較的容量が多
くなるが、逆に回復時間を長く設定できる場合は容量は
小さくてすむ。蓄電池５６の回復時間は、主燃料供給系
の異常発生間隔をどのように見込むかによって変わる。
すなわち、異常発生間隔が短い場合は、蓄電池５６の回
復時間も短く、逆に異常発生間隔が長い場合は、蓄電池
５６の回復時間も長く、このような場合には容量の極め
て小さい電圧安定化回路５７およびダイオード５８を用
いて構成することができる。したがって、前者のような
システムでは、図１の第１の実施例のシステムを、後者
のようなシステムでは、図２の第２の実施例のシステム
を用いるとよい。

【００２４】以上、エネルギー蓄積装置として、蓄電池
を用いた場合のシステム構成について述べたが、エネル
ギー蓄積装置そのものは、主燃料から予備燃料への切り
替えが行われ、燃料電池の動作が安定するのに要する時
間によって必要な特性が変わってくる。即ち、この時間
が長い場合は、長時間かけてエネルギーを放出するよう
な設計が行われ、逆にこの時間が短い場合は、短時間に
エネルギーを放出できるような設計が必要となる。蓄電
池は、比較的出力インピーダンスが大きく、急速な大電
流放電を行うと出力電圧の低下を招く場合が考えられる
ため、後者のような用途に対しては不向きである。後者
の場合は、エネルギー蓄積装置として超伝導エネルギー
蓄積装置を用いてシステムを構成することにより、大容
量のシステムを構築できる。

【００２５】超伝導エネルギー蓄積装置を用いた第３の
実施例の燃料電池発電システムを図３に示す。本実施例
の構成において、１４は燃料電池、１６はインバータ、
４７は負荷、５３は制御装置、６０は第１の電圧安定化
回路、６１はダイオード、６２は超伝導コイル、６３は
第１のスイッチ素子、６４は第２のスイッチ素子、６５
は第２の電圧安定化回路である。

【００２６】本実施例では、燃料電池１４の出力に並列
に第１の電圧安定化回路６０を接続し、この第１の電圧
安定化回路６０の出力の一端に直列に整流器としてのダ
イオード６１および超伝導コイル６２を接続し、これら
に並列に第１のスイッチ素子６３を接続し、さらに直列
に第２のスイッチ素子６４および第２の電圧安定化回路
６５を介してインバータ１６および負荷４７を直列接続
している。

【００２７】以上のような構成において、主燃料供給系
が正常な場合には制御装置５３からの信号に応じて、第
１のスイッチ素子６３を導通、第２のスイッチ素子６４
を非導通としておき、第１の電圧安定化回路６０より超
伝導コイル６２と第１のスイッチ素子６３を介した回路
に永久電流を流すことによって電力を貯蔵する。このと
き、回路の損失を少なくするため、第１のスイッチ素子
６３は超伝導線で構成し、電流を流す場合は抵抗零とな
るようにし、エネルギーをインバータ１６側へ供給する
場合は、抵抗を有限な値に変更できるようにする。この
ようなスイッチ素子６３としては、例えば超伝導熱スイ
ッチを適用することができる。

【００２８】次に、主燃料供給系に異常が発生した場合
は、制御装置５３からの信号に応じて、第１のスイッチ
素子６３を非導通、第２のスイッチ素子６４を導通と
し、超伝導コイル６２、第２のスイッチ素子６４および
第２の電圧安定化回路６５を介した回路を通してインバ
ータ１６に電力を供給する。ここで、第２の電圧安定化
回路６５は超伝導エネルギー蓄積装置の出力電圧を安定
化し、超伝導エネルギー蓄積装置および燃料電池出力の
電圧分担を行う機能を有する。

【００２９】蓄電池をエネルギー蓄積装置に用いた場
合、蓄電池の内部インピーダンスが存在するため、容量
に比べ過大な充放電電流を流すと蓄電池の出力電圧の低
下や、極板の劣化を招くなどの恐れがあり、充放電電流
をある限度内に抑える必要がああることから、エネルギ
ーの充放電速度もある限度内に抑えたり、蓄電池の容量
を極めて大きく設計せざるを得なかった。これに対し、
超伝導コイルをエネルギー蓄積装置に用いた場合、内部
インピーダンスが殆ど存在せず、大きな充放電電流を流
すことができ、また、エネルギーの充放電速度を速く設
計することも可能である。よって、小容量の超伝導コイ
ルを用いて大電流・高速充放電エネルギー蓄積装置を構
成することも可能で、小形、低コストなシステムを実現
できる。

【００３０】以上、主燃料から予備燃料への切替時の電
力供給安定化について、図１，図２および図３を用いて
説明したが、エネルギー蓄積装置を燃料電池出力とその
負荷の間に接続することによって、同様に、予備燃料か
ら主燃料への切替時の電力供給安定化の動作を行わせる
ことが可能である。また、エネルギー蓄積装置として、
ここでは、蓄電池および超伝導コイルを例に実施例を示
したが、これら以外のエネルギー蓄積装置によっても、
同様な動作、および効果を得ることができる。このよう
に本発明は、その主旨に沿って種々に応用され、種々の
実施態様を取り得るものである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
発電システムは、蓄電池および超伝導コイルなどのエネ
ルギー蓄積装置を燃料電池の出力対する負荷に並列に接
続し、燃料切替時に一時的に燃料電池出力が低下した場
合等にエネルギー蓄積装置から継続的に電力供給を行う
ことにより、過渡的な電圧低下等の変動を抑えることが
できるので、燃料電池における、主燃料と予備燃料との
切り替えを容易にすることができる。したがって、燃料
切替時において、電気出力の確保よりも水蒸気添加量や
改質器温度制御などの改質プロセスの過渡変動の収束に
重点を置いたシステム制御が可能となり、過渡変動収束
に要する時間を短縮できる。また、このような効果が期
待できるので、気水分離器容量や改質器容量を大きく設
計する必要もなくなるので、システムの小形化、低コス
ト化にも結びつくという利点が生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す燃料電池発電シス
テム構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す燃料電池発電シス
テム構成図

【図３】超伝導エネルギー蓄積装置を用いた燃料電池シ
ステム構成図

【図４】従来例の燃料切替が可能な燃料電池発電システ
ムの系統図

【図５】従来例の燃料電池発電システムの燃料切替時の
過渡変動を示した図

【符号の説明】

１４…燃料電池、１６…インバータ、４７…負荷、５３
…制御装置、５４…電圧安定化回路、５５…ダイオー
ド、５６…蓄電池、５７…電圧安定化回路、５８…ダイ
オード、５９…スイッチ素子、６０…第１の電圧安定化
回路、６１…ダイオード、６２…超伝導コイル、６３…
第１のスイッチ素子、６４…第２のスイッチ素子、６５
…第２の電圧安定化回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池本体、該燃料電池本体に主燃料
を供給する主燃料供給系、前記燃料電池本体に予備燃料
を供給する予備燃料供給系、前記主燃料および予備燃料
の改質を行い電池反応に必要な水素リッチガスをつくる
燃料改質系、前記燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化
剤供給系、前記燃料電池本体および周辺装置の冷却を行
う冷却系、および付属装置からなり、前記主燃料供給系
入口における主燃料の供給量の異常を検出し、該主燃料
から前記予備燃料に燃料切替を行う燃料電池発電システ
ムにおいて、燃料電池出力に対し負荷に並列に、エネルギー蓄積手段
と、このエネルギー蓄積手段に対し前記燃料電池出力に
よるエネルギー蓄積を安定に行うための電圧安定化回路
と、前記燃料電池出力が低下した際に前記負荷に前記蓄
積したエネルギーの放出を行うための回路または素子
と、を設けたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】請求項１に記載された燃料電池発電シス
テムにおいて、負荷が燃料電池出力を交流電力に変換す
るためのインバータを介して接続され、エネルギー蓄積
手段として該インバータの入力に並列に接続した蓄電池
を用い、前記燃料電池出力が低下した際に前記インバー
タに前記蓄電池から放電するための素子として電圧安定
化回路の一端と前記蓄電池の間に直列接続した整流器を
用いることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】請求項２に記載された燃料電池発電シス
テムにおいて、蓄電池とインバータとの間に第１のスイ
ッチ素子を直列に接続するとともに、主燃料供給系の異
常を検出して制御信号を送出する制御回路を設け、該制
御回路が、主燃料供給系が正常な場合には前記制御信号
で前記第１のスイッチ素子を非導通状態とすることによ
って燃料電池出力により蓄電池の維持充電を行いつつ前
記インバータへ燃料電池からのみ電力を供給し、該主燃
料供給系の異常時には前記制御信号により前記第１のス
イッチ素子を導通状態とすることによって前記蓄電池か
らも前記インバータに電力を供給することを特徴とする
燃料電池発電システム。
【請求項４】請求項１に記載された燃料電池発電シス
テムにおいて、電圧安定化回路を第１の電圧安定化回路
とし、負荷がインバータを介して接続され、エネルギー
蓄積手段として第１のスイッチ素子を有する超伝導エネ
ルギー蓄積装置を用い、蓄積エネルギーを放出するため
の素子および回路として整流器ならびに第２のスイッチ
素子および第２の電圧安定化回路を用い、主燃料供給系
の異常を検出して制御信号を送出する制御回路を設け、
燃料電池本体と前記インバータの間に並列に前記第１お
よび第２の電圧安定化回路を接続し、前記第１の電圧安
定化回路の出力に前記超伝導エネルギー蓄積装置と前記
第１のスイッチ素子を直列接続する共に該第１のスイッ
チ素子に並列に前記第２の電圧安定化回路を接続し、前
記制御回路が、前記主燃料供給系が正常な場合には、前
記制御信号で前記第１のスイッチ素子を導通状態として
前記第１の電圧安定化回路より前記超伝導エネルギー蓄
積装置と該第１のスイッチ素子を介した回路に永久電流
を流すことによって電力を貯蔵するとともに、前記主燃
料供給系の異常時には、前記制御信号で前記第１のスイ
ッチ素子を非導通状態とするとともに前記第２のスイッ
チ素子を導通状態として前記超伝導エネルギー蓄電装置
から該第２のスイッチ素子を介して前記インバータに電
力を供給することを特徴とする燃料電池発電システム。