JPH06283187A - Fuel cell power generation system and operation thereof - Google Patents

Fuel cell power generation system and operation thereof

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JPH06283187A
JPH06283187A JP5066376A JP6637693A JPH06283187A JP H06283187 A JPH06283187 A JP H06283187A JP 5066376 A JP5066376 A JP 5066376A JP 6637693 A JP6637693 A JP 6637693A JP H06283187 A JPH06283187 A JP H06283187A
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JP
Japan
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fuel cell
power generation
generation system
energy
circuit
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Application number
JP5066376A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeaki Nanba
茂昭 難波
Tatsuo Sakamoto
辰雄 坂本
Masaharu Takahashi
正治 高橋
Tadashi Takashima
正 高島
Nobuhiro Seiki
信宏 清木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YOUYUU TANSANENGATA NENRYO DEN
YOUYUU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
YOUYUU TANSANENGATA NENRYO DEN
YOUYUU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To restrict increase in the interpole differential pressure in a fuel cell at the time of cutting off in a fuel cell power generation plant. CONSTITUTION:A capacity type load 10 for accumulating the superfluous gas energy in a fuel cell 1 at the time of cutting off the fuel cell as electric energy, and an external resistance circuit 13 for consuming the energy accumulated in the capacity type load 10 are provided between a d.c. circuit breaker 6 for cutting off the circuit between the fuel cell 1 and an external electric circuit and a d.c. circuit breaker 7 provided on the input circuit of an inverter 8. Energy can be drawn by a required amount when required and can be utilized effectively by accumulating the superfluous gas energy in the fuel cell at the time of cutting off the fuel cell as electric energy in an external electric element. Bad effect is not given externally, while increase in the interpole differential pressure of the fuel cell can be restricted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電システム及
びその運転方法に関し、特に燃料電池発電プラントにお
いて、電気系以外のプロセスフローと電気系プロセスと
の間でエネルギーのアンバランスが生じたときに生じる
電池極間の差圧の上昇を過渡的衝撃を生じることなく抑
制することを可能とした燃料電池発電システム及びその
運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system and a method of operating the same, and more particularly, when an energy imbalance occurs between a process flow other than an electric system and an electric system process in a fuel cell power plant. The present invention relates to a fuel cell power generation system and an operating method thereof capable of suppressing an increase in differential pressure between cell electrodes that occurs without causing a transient shock.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池の直流出力をインバータにて交
流出力に変換するようにしている燃料電池プラントにお
いては、送電系等の外線系に異常が生じた場合に先ずイ
ンバータ回路が開路し、引き続いて燃料電池のプロセス
系統の弁の遮断もしくは負荷の絞り込みを行なうのが通
常である。しかし一般に弁の遮断動作自身に秒単位の時
間を要することから、電気回路が開路した後遮断弁が閉
じるまでの間、電池は発電反応を続けようとする。とこ
ろが、生成物としての電気は電気回路が開路しているこ
とにより行先を失い、電池は無負荷で開路時電圧として
の高い電圧値となり、実態としての発電反応が阻止され
る。それにより電池の各極は反応基としての燃料ガス等
の流量バランスが崩れる。このときに化学反応式より明
らかなように極部のガスモル分率の変化を伴うので極部
圧力の変動が生じ、結果として電極間の差圧が増大す
る。これにより電池の機械的耐力を損なうなど多くの不
都合が発生する。
2. Description of the Related Art In a fuel cell plant in which a DC output of a fuel cell is converted into an AC output by an inverter, when an abnormality occurs in an external line system such as a power transmission system, the inverter circuit is first opened, and then continued. In general, the valves of the process system of the fuel cell are shut off or the load is narrowed down. However, since the shutoff operation of the valve itself generally takes time in seconds, the battery tries to continue the power generation reaction until the shutoff valve is closed after the electric circuit is opened. However, electricity as a product loses its destination due to the open circuit of the electric circuit, and the battery has a high voltage value as the open circuit voltage with no load, and the actual power generation reaction is blocked. As a result, the flow rate balance of fuel gas or the like as a reaction group is lost in each electrode of the battery. At this time, as is apparent from the chemical reaction formula, the gas mole fraction at the pole portion is changed, so that the pressure at the pole portion fluctuates, and as a result, the differential pressure between the electrodes increases. This causes many inconveniences such as impairing the mechanical strength of the battery.

【0003】燃料電池の直流出力をインバータにより交
流出力に変換するようにした燃料電池発電プラントにお
いて、その電池機械系と電池電気系とのエネルギーアン
バランスの解消のための一方法として、従来燃料電池と
インバータとの間にインバータの入力電圧を所定値以下
に押さえる目的で開閉器を介して投入遮断可能に設けら
れているダミー抵抗器を利用し、緊急時等の装置遮断時
に、前記ダミー抵抗器を反応ガスを遮断するに十分な時
間投入するようにし、それにより停止に伴なう燃料電池
の余剰ガスを該ダミー抵抗器により電気的に消費するこ
とで、電極間差圧の低減を図るようにした燃料電池発電
装置の運転方法が提案されている(特公昭63−411
93号公報等参照)。
In a fuel cell power plant in which a DC output of a fuel cell is converted into an AC output by an inverter, a conventional fuel cell is used as a method for eliminating the energy imbalance between the cell mechanical system and the cell electrical system. Between the inverter and the inverter, a dummy resistor that can be turned on and off via a switch for the purpose of keeping the input voltage of the inverter below a predetermined value is used. The dummy resistor is used to electrically consume the surplus gas of the fuel cell that accompanies the shutdown, thereby reducing the differential pressure between the electrodes. Has been proposed (Japanese Patent Publication No. 63-411).
93, etc.).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】燃料電池発電プラント
中で機械系と電気系のエネルギーのアンバランスが生じ
たときに、外系へのエネルギー放出を上記のように抵抗
器によって一度に消費せしめそれにより電極間差圧の低
減を図る方法は、発電プラントの規模が比較的小さい場
合には格別の問題を生ぜずに有効に作用するものと考え
られるが、プラントが大容量化した場合には抵抗器の発
熱量は無視できないものとなりそれを短時間で外系へ放
熱することは熱的ロスばかりでなく防災面でも不都合が
生じる。すなわち、それは外系へのコントロールされな
いエネルギーの排出でありまた無駄な電力の浪費でもあ
って、発電プラント周辺への急激な熱衝撃を与え、場合
によっては大きな温度変化を起こす可能性を有してい
る。
When an energy imbalance between the mechanical system and the electrical system occurs in the fuel cell power plant, the energy release to the external system is consumed at once by the resistor as described above. It is thought that the method of reducing the differential pressure between the electrodes by means of the method works effectively without causing any particular problems when the scale of the power generation plant is relatively small, but when the capacity of the plant increases, the resistance The calorific value of the vessel becomes non-negligible, and radiating it to the external system in a short time causes not only thermal loss but also disaster prevention. In other words, it is an uncontrolled emission of energy to the external system and waste of electric power, which may cause a rapid thermal shock to the surroundings of the power plant and, in some cases, cause a large temperature change. There is.

【0005】本発明は、上記のような先行技術の持つ不
都合を解消することを目的としており、より具体的には
燃料電池の直流出力をインバータにて交流出力に変換す
るようにした燃料電池プラントにおいて、異常発生時等
における装置遮断時における燃料電池の極間差圧の上昇
をプロセス外系への衝撃を極力小さくした状態で抑制し
得るようにした燃料電池発電システム及びその運転方法
を得ることを目的としている。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art, and more specifically, a fuel cell plant in which a DC output of a fuel cell is converted into an AC output by an inverter. In order to obtain a fuel cell power generation system and an operating method thereof, which can suppress an increase in the inter-electrode differential pressure of the fuel cell at the time of device shutdown due to an abnormality or the like, in a state in which the impact on the external system is minimized. It is an object.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は基本的に燃料電
池とインバータ以降の電気系との間にエネルギーバッフ
ァ機構を設け、一度バッファされたエネルギーを外部抵
抗回路において徐々に解放することにより上記課題を解
決しかつ目的を達成する。すなわち、燃料電池とインバ
ータの間に、所定容量の容量性負荷(例えばコンデン
サ)又は所定のインダクタンスの誘導性負荷(例えばコ
イル)を並列に配置し、電池の直流出力とインバータの
交流出力との偏差の一部もしくはぼ全量を一度それらの
負荷に静電エネルギーとして又は磁気エネルギーとして
貯えた後、プロセス外系へ徐々に解放することによりそ
の機械系及び熱系への過渡的衝撃を緩和するようにす
る。
The present invention basically provides an energy buffer mechanism between a fuel cell and an electric system after the inverter, and gradually releases buffered energy in an external resistance circuit. Solve problems and achieve objectives. That is, a capacitive load (for example, a capacitor) having a predetermined capacity or an inductive load (for example, a coil) having a predetermined inductance is arranged in parallel between the fuel cell and the inverter, and the deviation between the DC output of the cell and the AC output of the inverter is set. After storing a part or all of them as electrostatic energy or magnetic energy in those loads, it is gradually released to the outside process system so that the transient impact on the mechanical system and thermal system is mitigated. To do.

【0007】すなわち、本発明は、燃料電池と燃料電池
の直流出力を交流出力に変換するインバータを有する燃
料電池発電システムにおいて、燃料電池とインバータと
の間に、少なくとも燃料電池に用いられるガス遮断弁の
遮断動作に要する時間に起因する余剰ガスの反応による
エネルギーを電気エネルギー又は磁気エネルギーの形で
貯え得る容量を持つ容量性負荷又は誘導性負荷を燃料電
池から見てインバータと並列に配置すると共に、さらに
該容量性負荷又は誘導性負荷の入切り用スイッチを持
ち、該スイッチの操作によって容量性負荷への前記電気
エネルギーの蓄積又は誘導性負荷への前記磁気エネルギ
ーの蓄積を可能としたことを特徴とする燃料電池発電シ
ステムを開示する。
That is, according to the present invention, in a fuel cell power generation system having a fuel cell and an inverter for converting a DC output of the fuel cell into an AC output, a gas cutoff valve used for at least the fuel cell is provided between the fuel cell and the inverter. A capacitive load or an inductive load having a capacity capable of storing the energy due to the reaction of the surplus gas due to the time required for the shutoff operation in the form of electric energy or magnetic energy is arranged in parallel with the inverter as viewed from the fuel cell, Further, a switch for turning on / off the capacitive load or the inductive load is provided, and it is possible to store the electric energy in the capacitive load or the magnetic energy in the inductive load by operating the switch. Disclosed is a fuel cell power generation system.

【0008】前記容量性負荷もしくは誘導性負荷に蓄積
されたエネルギーは回路自身の有する内部抵抗により又
は別途設ける外部抵抗回路により徐々に消費する。その
ような外部抵抗回路としては、当該燃料電池発電システ
ムの監視用に設けられた表示回路の一部あるいは補機の
冷却回路等を有効に用いることができる。また、前記容
量性負荷もしくは誘導性負荷は、単一素子であってもよ
く複合素子によって構成したものであってもよい。
The energy stored in the capacitive load or the inductive load is gradually consumed by an internal resistance of the circuit itself or an external resistance circuit provided separately. As such an external resistance circuit, a part of a display circuit provided for monitoring the fuel cell power generation system or a cooling circuit of an auxiliary machine can be effectively used. Further, the capacitive load or the inductive load may be a single element or a composite element.

【0009】本発明はさらに、前記した燃料電池発電シ
ステムの運転方法であって、該容量性負荷又は誘導性負
荷への投入タイミングを、燃料電池運転中の緊急停止時
等のガス遮断弁の遮断指令と連動させるあるいは発電プ
ラント運転中にインバータ以降の外線系に異常が発生し
て開路が生じたときのその開路の発生と連動させる上記
燃料電池発電システムの運転方法をも開示する。
The present invention is also the above-mentioned method for operating a fuel cell power generation system, wherein the timing of turning on the capacitive load or the inductive load is such that the gas shutoff valve is shut off during an emergency stop during operation of the fuel cell. Also disclosed is a method of operating the above fuel cell power generation system, which is linked with a command or when an open circuit occurs when an abnormality occurs in an external line system after the inverter while the power plant is operating, and the open circuit is generated.

【0010】[0010]

【作用】本発明による燃料電池発電システム及びその運
転方法においては、上述のような動的な電池の極部現
象、すなわち遮断弁の閉鎖遅れに起因する極部のガスモ
ル分率の変化を伴う極部圧力の変動の結果として電極間
の差圧が増大しこれにより電池内部に不必要な機械的応
力が発生するような現象に対して、前記した負荷回路を
投入するスイッチの動作は非常に短時間に行なうことが
可能であることから、結果として電池から見た場合に電
気負荷は遮断されていないのとほぼ等価であると考える
ことができる。従って、結果的に電池の極間差圧の上昇
を抑制することとなり、電池の機械的保護動作の機能を
果たすことが可能となるとともに、バッファーとして容
量性負荷又は誘導性負荷を用いることから熱系への過渡
的衝撃を緩和できる。
In the fuel cell power generation system and the method of operating the same according to the present invention, the above-described dynamic pole phenomenon of the cell, that is, a pole accompanied by a change in the gas mole fraction of the pole due to the closing delay of the shutoff valve. In contrast to the phenomenon that the pressure difference between the electrodes increases as a result of the fluctuation of the internal pressure, which causes unnecessary mechanical stress inside the battery, the operation of the switch that turns on the load circuit is very short. Since it can be performed in time, it can be considered that it is almost equivalent to the fact that the electric load is not interrupted when viewed from the battery. Therefore, as a result, the rise in the differential pressure between the electrodes of the battery is suppressed, and it becomes possible to perform the function of the mechanical protection operation of the battery, and at the same time, the capacitive load or inductive load is used as a buffer, so that the thermal load is reduced. The transient impact on the system can be mitigated.

【0011】[0011]

【実施例】図1及び図2は本発明を適用した燃料電池発
電システムの実施例を示す。図1において燃料電池1に
は燃料ガス入口弁2からの燃料ガスaと燃料ガス入口弁
3からの燃料ガスbが送られ化学反応により発電する。
燃料電池1の電極に接続された電気回路に発電出力が導
かれる。未反応の燃料ガス及び反応生成物は燃料ガス出
口弁4より、また同様に燃料ガスbは電極部反応後に燃
料ガス出口弁5より燃料電池1の外部へ放出される。一
方、燃料電池1の発電出力は、直流遮断器6を閉路しさ
らに直流遮断器7を閉路してインバータ8を駆動するこ
とにより、直流電力が交流電力に変換され、所定の電圧
に昇圧する変圧器9を介することにより、図示しない外
部の電気負荷へ供給される。
1 and 2 show an embodiment of a fuel cell power generation system to which the present invention is applied. In FIG. 1, a fuel gas a from a fuel gas inlet valve 2 and a fuel gas b from a fuel gas inlet valve 3 are sent to a fuel cell 1 to generate electricity by a chemical reaction.
The power generation output is guided to the electric circuit connected to the electrode of the fuel cell 1. Unreacted fuel gas and reaction products are discharged to the outside of the fuel cell 1 from the fuel gas outlet valve 4, and similarly, the fuel gas b is discharged from the fuel gas outlet valve 5 after the electrode reaction. On the other hand, the power output of the fuel cell 1 is converted into AC power by closing the DC circuit breaker 6 and then closing the DC circuit breaker 7 to drive the inverter 8. The electric power is supplied to an external electric load (not shown) through the container 9.

【0012】外部の電気回路の短絡事故等が発生した場
合に、燃料電池発電システムは外部の電気回路と切り離
され、発電は停止される。燃料電池発電システムを停止
する場合には、燃料ガス入口弁2、3、燃料ガス出口弁
4、5を機械的に閉じ、燃料電池1の化学反応を停止さ
せると共に、直流遮断器7を開路しインバータ8を停止
させ、更に直流遮断器6を開路する。ここでインバータ
8の停止等により電気回路は瞬時に電流を遮断すること
になるが、燃料電池プロセスシステム系の遮断は遮断弁
が機械的動作であるため、若干の時間遅れがあり、前記
したように燃料電池1内の電極間の圧力差が一時的に上
昇する。この極間差圧は燃料電池1の機械的損傷につな
がり、好ましくない。
When a short-circuit accident or the like occurs in the external electric circuit, the fuel cell power generation system is disconnected from the external electric circuit and power generation is stopped. When stopping the fuel cell power generation system, the fuel gas inlet valves 2 and 3 and the fuel gas outlet valves 4 and 5 are mechanically closed to stop the chemical reaction of the fuel cell 1 and the direct current circuit breaker 7 is opened. The inverter 8 is stopped and the DC circuit breaker 6 is opened. Here, the electric circuit instantaneously cuts off the current due to the stop of the inverter 8 or the like, but there is a slight time delay in the cutoff of the fuel cell process system system because the cutoff valve is a mechanical operation. Then, the pressure difference between the electrodes in the fuel cell 1 temporarily rises. This inter-electrode differential pressure leads to mechanical damage to the fuel cell 1, which is not preferable.

【0013】そこで、この極間差圧の上昇を可能な限り
抑制する手段として、燃料電池の電気回路に燃料電池1
からみてインバータ8と並列に容量性負荷としてのコン
デンサ10を接続し、前記した電気回路の開路と遮断弁
の遮断との時間遅れに伴う燃料電池1内の余剰のガスを
電気エネルギーとして取り出し消費させる。具体的には
運転停止と同時に、すなわち前記燃料ガス入口弁2、
3、燃料ガス出口弁4、5への弁遮断指令の発信と連動
させてあるいは外部電気回路の開路と連動させて、コン
デンサ10のスイッチ11をインバータ側への接点11
a側からコンデンサ側への接点11b側へ切り換えると
共に直流遮断器7を開路し、インバータ8を停止させ
る。このスイッチの切替えは電気的動作であり瞬時に行
われる。そしてこのとき直流遮断器6は閉路状態のまま
であるので、前記各遮断弁が閉鎖するまでの時間に燃料
電池1内に蓄積された余剰ガスの反応によるエネルギー
はコンデンサ10に電気エネルギーとして貯えられる。
Therefore, as a means for suppressing the rise in the inter-electrode differential pressure as much as possible, the fuel cell 1 is installed in the electric circuit of the fuel cell.
In view of this, a capacitor 10 as a capacitive load is connected in parallel with the inverter 8 to extract and consume excess gas in the fuel cell 1 as electric energy due to the time delay between the opening of the electric circuit and the cutoff of the shutoff valve. . Specifically, at the same time when the operation is stopped, that is, the fuel gas inlet valve 2,
3. The switch 11 of the capacitor 10 is connected to the contact 11 to the inverter side by interlocking with the transmission of the valve shutoff command to the fuel gas outlet valves 4, 5, or interlocking with the opening of the external electric circuit.
The contact is switched from the side a to the side of the capacitor 11b, the DC breaker 7 is opened, and the inverter 8 is stopped. Switching of this switch is an electrical operation and is instantaneously performed. Since the DC circuit breaker 6 remains closed at this time, the energy due to the reaction of the surplus gas accumulated in the fuel cell 1 is stored in the capacitor 10 as electric energy until the respective shutoff valves are closed. .

【0014】次に、燃料電池1側の電圧とコンデンサ1
0側の電圧がほぼ一定に落ち着いたところで直流遮断器
6を開路し、適宜なときにスイッチ12を閉路する。そ
れによりコンデンサ10に貯えた電気エネルギーが外部
抵抗13により徐々に消費される。コンデンサ10の容
量は、少なくとも、燃料電池1内の予想される前記余剰
ガスの反応によるエネルギーすなわち各弁2、3、4、
5の弁遮断動作の遅れ時間等に起因する余剰ガスの反応
によるエネルギーを静電エネルギーとして貯えられる容
量とすることが望ましい。実際上は、電池極間差圧過大
に対する強度上の制限値や省スペース、素子の製作可能
範囲等の外的条件をも考慮して最適な容量を決定するこ
とが推奨される。
Next, the voltage on the fuel cell 1 side and the capacitor 1
The DC circuit breaker 6 is opened when the 0-side voltage has settled down to a substantially constant value, and the switch 12 is closed at an appropriate time. As a result, the electric energy stored in the capacitor 10 is gradually consumed by the external resistor 13. The capacity of the condenser 10 is at least the energy due to the expected reaction of the surplus gas in the fuel cell 1, that is, each valve 2, 3, 4,
It is desirable that the energy due to the reaction of the excess gas caused by the delay time of the valve shutoff operation of No. 5 and the like be set as the capacity that can be stored as electrostatic energy. In practice, it is recommended that the optimum capacity be determined in consideration of external conditions such as a limit value for strength against excessive voltage difference between battery electrodes, space saving, and a manufacturable range of the element.

【0015】図2は本発明による燃料電池システムの他
の実施例であり、コンデンサ10と並列にさらにコンデ
ンサ14とスイッチ15を接続する。この時の負荷容量
は、それぞれ図1で説明したコンデンサ10の容量の半
分とすることもできる。コンデンサ14に貯えられた電
気エネルギーはまずスイッチ12を閉路し外部抵抗13
で徐々に消費され、次にコンデンサ10に貯えられた電
気エネルギーをスイッチ15を閉路することによって外
部抵抗13で徐々に消費させる。
FIG. 2 shows another embodiment of the fuel cell system according to the present invention, in which a capacitor 14 and a switch 15 are further connected in parallel with the capacitor 10. The load capacity at this time may be half of the capacity of the capacitor 10 described in FIG. The electric energy stored in the capacitor 14 first closes the switch 12 and the external resistance 13
Then, the electric energy stored in the capacitor 10 is gradually consumed by the external resistor 13 by closing the switch 15.

【0016】図3は本発明による燃料電池システムの他
の態様を示しており、この例においては図1において説
明したシステムにおけるコンデンサ10に代えコイル3
0を用いている。すなわち、ガス遮断弁の遮断動作に要
する時間に起因する余剰ガスの反応による生成電気エネ
ルギーの必要量を静電エネルギーとしてではなくコイル
30において磁気エネルギーの形で貯え得るように構成
したものである。
FIG. 3 shows another embodiment of the fuel cell system according to the present invention. In this example, a coil 3 is used instead of the capacitor 10 in the system described in FIG.
0 is used. That is, the required amount of electric energy generated by the reaction of the excess gas due to the time required for the shutoff operation of the gas shutoff valve can be stored in the coil 30 in the form of magnetic energy rather than as electrostatic energy.

【0017】このシステムにおいても、外部電気回路の
短絡事故等が発生した場合に、燃料電池システムは外部
の電気回路と切り離され発電は停止され、その後は図1
と同様な操作が行われる。その際に、余剰ガスの反応に
よるエネルギーはコイル30に磁気エネルギーとして蓄
えられる。燃料電池の遮断弁動作完了後、コイル30へ
の充電量も一定に落ちついたところで、図1のシステム
の場合と同様に直流遮断器6を回路し、適宜なときにス
イッチ12を閉路する。以下の操作は図1のシステムの
場合と同様に行われる。なお、コイル30の容量はコン
デンサ10の容量を決定すると同じ条件で決定すること
が可能である。
Also in this system, when a short-circuit accident or the like occurs in the external electric circuit, the fuel cell system is disconnected from the external electric circuit and power generation is stopped.
The same operation is performed. At that time, the energy due to the reaction of the excess gas is stored in the coil 30 as magnetic energy. After the operation of the shutoff valve of the fuel cell is completed, when the charge amount to the coil 30 has also settled down to a constant level, the DC circuit breaker 6 is circuited as in the system of FIG. 1, and the switch 12 is closed at an appropriate time. The following operations are performed in the same manner as in the system of FIG. The capacity of the coil 30 can be determined under the same conditions as the capacity of the capacitor 10 is determined.

【0018】上記した各態様において、これらの容量性
負荷及び誘導性負荷の構成として、それらを単一で構成
してもよくまた複数で構成してもよい。さらに外部抵抗
13は単なる純抵抗でもよく誘導性分を含んだ抵抗であ
ってもよい。外部抵抗回路としては、燃料電池発電シス
テムによる発電所のパージガス配管上の電磁弁駆動源や
中央盤・監視盤への表示電源回路であってもよく、また
放熱を促進するための冷却ファンであってもよい。ま
た、緊急時対応の短時間動作の直流電源負荷に対する直
流電源として利用することも有効である。発電システム
の容量が比較的小さい場合等の特殊な場合には、特別に
外部抵抗回路を設けずに負荷に蓄積されたエネルギーを
自己の内部回路抵抗により消費するようにしてもよい。
In each of the above-mentioned aspects, the capacitive load and the inductive load may be constituted by a single unit or plural units. Further, the external resistance 13 may be a pure resistance or a resistance including an inductive component. The external resistance circuit may be a solenoid valve drive source on the purge gas piping of the power plant of the fuel cell power generation system or a display power supply circuit to the central panel / monitor panel, and it may also be a cooling fan to promote heat dissipation. May be. It is also effective to use it as a DC power supply for a DC power supply load that operates in a short time in case of emergency. In a special case such as when the capacity of the power generation system is relatively small, the energy stored in the load may be consumed by its own internal circuit resistance without providing an external resistance circuit.

【0019】以上、本発明の基本的な動作の実施例を説
明したが、本発明の優位性を裏付けるものとして、特に
コンデンサを中心とした充放電特性において過渡的に抵
抗消費されるエネルギーロスの傾向について説明する。
図4は、図1におけるR−C回路を例にとり、充放電時
エネルギーがCの値により概略どのような傾向となるか
を示すものである。図中の実線はコンデンサ充電エネ
ルギー、実線はコンデンサ充放電を通してのトータル
のR-C回路での消費エネルギーであり、破線’、’
は回路素子を複数個並列に配置した場合の対応するエネ
ルギーである。なお、本傾向は、電池特性を定電圧源と
仮定しかつ回路の抵抗値についても任意に設定している
等、特定の条件下でのものではあるものの、電池系の遮
断弁動作中の発電可能なエネルギーを多めに見積もった
線に対してコンデンサ(充電の)静電エネルギーは、
相対値としても充分評価しうる量が蓄積されることを示
している。
Although the embodiment of the basic operation of the present invention has been described above, the advantage of the present invention is supported by the fact that the energy loss due to transient resistance consumption in the charge / discharge characteristics centering on the capacitor is demonstrated. Explain the tendency.
FIG. 4 shows an example of the R-C circuit in FIG. 1 and shows what kind of tendency the energy at the time of charging / discharging generally has according to the value of C. The solid line in the figure is the capacitor charging energy, and the solid line is the total energy consumption in the RC circuit through the charging and discharging of the capacitor.
Is the corresponding energy when a plurality of circuit elements are arranged in parallel. It should be noted that this tendency is under certain conditions, such as assuming that the battery characteristic is a constant voltage source and setting the resistance value of the circuit arbitrarily. The electrostatic energy of the capacitor (charging) for the line that estimates a lot of possible energy is
It is shown that a sufficient value can be accumulated as a relative value.

【0020】すなわち、選定したコンデンサの容量C
(の線)に対し、線分Aに相当する静電エネルギーに
ついては、回路抵抗(R+R')により、充分時間をかけて
放電(放熱)することが可能であることを示し、線分B
に相当する充電時抵抗(R')による発熱を極力低くする設
計が可能であること、及び、線分Cに相当するエネルギ
ー分の電池極間差圧の上昇寄与分も全体(A+B+C)
に対してかなり小さく押さえることが可能となることを
示すものである。
That is, the capacitance C of the selected capacitor
In contrast to (line), it is shown that the electrostatic energy corresponding to line segment A can be discharged (heat radiation) over a sufficient time by circuit resistance (R + R '), and line segment B
It is possible to design to minimize the heat generation by the charging resistance (R ') corresponding to, and the contribution of the increase in the battery electrode differential pressure for the energy corresponding to the line segment C (A + B + C)
It is shown that it is possible to keep the value relatively small.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、燃料電池のプロセス系
の遮断時における遮断弁全閉までに電池内部に蓄積され
る化学反応可能な余剰ガスによる燃料電池内の極間差圧
の上昇を抑制でき、かつ余剰ガスによるエネルギーを電
気エネルギーあるいは磁気ネルギーとして取り出し、こ
れを燃料電池の機械系と切り離して電気的あるいは磁気
的に貯えるようにしたために、比較的長時間に渡ってか
つコントロールしながら蓄積したエネルギーを外部に取
り出し有効利用することができる。それにより、従来の
ように抵抗にて短時間で消費する場合のようにエネルギ
ーを単に熱として無目的に放出し結果として周囲温度を
急激に上昇させる事態を避けることができる。
According to the present invention, when the shut-off valve is fully closed when shutting down the process system of the fuel cell, the surplus gas capable of chemically reacting and accumulated in the cell increases the inter-electrode differential pressure in the fuel cell. It can be suppressed, and the energy from the surplus gas is extracted as electric energy or magnetic energy, which is stored electrically or magnetically separately from the mechanical system of the fuel cell, so that it can be controlled for a relatively long time. The accumulated energy can be taken out and used effectively. As a result, it is possible to avoid a situation where energy is simply and unnecessarily released as heat as in the case where the resistance is consumed in a short time, resulting in a sudden rise in the ambient temperature as in the conventional case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】燃料電池内の余剰ガスエネルギーを1個の容量
性負荷に貯える燃料電池発電システムの概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system that stores excess gas energy in a fuel cell in one capacitive load.

【図2】燃料電池内の余剰ガスエネルギーを2個の容量
性負荷に貯える燃料電池発電システムの概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system in which surplus gas energy in the fuel cell is stored in two capacitive loads.

【図3】燃料電池内の余剰ガスエネルギーを誘導性負荷
に貯える燃料電池発電システムの概略構成図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system that stores excess gas energy in the fuel cell in an inductive load.

【図4】R-C回路における充放電時エネルギーの容量特
性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a capacity characteristic of energy during charging / discharging in an RC circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池、2、3、4、5…弁、8…インバータ、
10…容量性負荷(コンデンサ)、13…外部抵抗、3
0…誘導性負荷(コイル)
1 ... Fuel cell, 2, 3, 4, 5 ... Valve, 8 ... Inverter,
10 ... Capacitive load (capacitor), 13 ... External resistance, 3
0 ... Inductive load (coil)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 正治 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 高島 正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 清木 信宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shoji Takahashi 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Tadashi Takashima 3-chome, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Stock Company, Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor, Nobuhiro Kiyoki, No. 502, Kandachi-cho, Tsuchiura, Ibaraki Prefecture

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池と燃料電池の直流出力を交流出
力に変換するインバータを有する燃料電池発電システム
において、燃料電池とインバータとの間に、少なくとも
燃料電池に用いられるガス遮断弁の遮断動作に要する時
間に起因する余剰ガスの反応による生成電気エネルギー
の必要量を静電エネルギーの形で貯え得る容量を持つ容
量性負荷を燃料電池から見てインバータと並列に配置す
ると共に、さらに該容量性負荷の入切り用スイッチを持
ち、該スイッチの操作によって容量性負荷への前記静電
エネルギーの蓄積を可能としたことをを特徴とする燃料
電池発電システム。
1. A fuel cell power generation system having a fuel cell and an inverter for converting a DC output of the fuel cell into an AC output, and at least a shutoff operation of a gas shutoff valve used in the fuel cell between the fuel cell and the inverter. A capacitive load having a capacity capable of storing the required amount of electric energy generated by the reaction of the surplus gas due to the required time in the form of electrostatic energy is arranged in parallel with the inverter as seen from the fuel cell, and the capacitive load is further provided. 2. A fuel cell power generation system, comprising: a switch for switching on and off, and enabling the electrostatic energy to be stored in a capacitive load by operating the switch.
【請求項2】 燃料電池と燃料電池の直流出力を交流出
力に変換するインバータを有する燃料電池発電システム
において、燃料電池とインバータとの間に、少なくとも
燃料電池に用いられるガス遮断弁の遮断動作に要する時
間に起因する余剰ガスの反応による生成電気エネルギー
の必要量を磁気エネルギーの形で貯え得る容量を持つ誘
導性負荷を燃料電池から見てインバータと並列に配置す
ると共に、さらに該誘導性負荷の入切り用スイッチを持
ち、該スイッチの操作によって誘導性負荷への前記磁気
エネルギーの蓄積を可能としたことを設けたことを特徴
とする燃料電池発電システム。
2. In a fuel cell power generation system having a fuel cell and an inverter for converting a DC output of the fuel cell into an AC output, at least a shutoff operation of a gas shutoff valve used in the fuel cell is provided between the fuel cell and the inverter. An inductive load having a capacity capable of storing the required amount of electric energy generated by the reaction of the surplus gas due to the required time in the form of magnetic energy is arranged in parallel with the inverter as viewed from the fuel cell, and the inductive load A fuel cell power generation system having an on / off switch, wherein the magnetic energy can be stored in an inductive load by operating the switch.
【請求項3】 前記容量性負荷もしくは誘導性負荷に蓄
積されたエネルギーを徐々に消費するための外部抵抗回
路をさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載
の燃料電池発電システム。
3. The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising an external resistance circuit for gradually consuming the energy stored in the capacitive load or the inductive load.
【請求項4】 前記外部抵抗回路が、当該燃料電池発電
システムの監視用に設けられた表示回路の一部あるいは
補機回路の一部であることを特徴とする請求項3記載の
燃料電池発電システム。
4. The fuel cell power generation system according to claim 3, wherein the external resistance circuit is a part of a display circuit or a part of an auxiliary circuit provided for monitoring the fuel cell power generation system. system.
【請求項5】 前記補機回路の補機として、前記外部抵
抗回路等での発熱による昇温を防止するために冷却ファ
ンを用いることを特徴とする請求項4記載の燃料電池発
電システム。
5. The fuel cell power generation system according to claim 4, wherein a cooling fan is used as an auxiliary machine of the auxiliary machine circuit in order to prevent a temperature rise due to heat generation in the external resistance circuit or the like.
【請求項6】 前記容量性負荷もしくは誘導性負荷は、
単一素子もしくは複合素子によって構成されることを特
徴とする請求項1又は2記載の燃料電池発電システム。
6. The capacitive load or the inductive load is
The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell power generation system is configured by a single element or a composite element.
【請求項7】 前記容量性負荷もしくは誘導性負荷への
投入タイミングを、発電プラント運転中の燃料電池の緊
急停止時におけるガス遮断弁の遮断指令と連動させるこ
とを特徴とする請求項1ないし6いずれか記載の燃料電
池発電システムの運転方法。
7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the timing of inputting the capacitive load or the inductive load is linked with a shutoff command of the gas shutoff valve at the time of an emergency stop of the fuel cell during operation of the power plant. The method for operating the fuel cell power generation system according to any one of the above.
【請求項8】 前記容量性負荷もしくは誘導性負荷への
投入タイミングを、発電プラント運転中のインバータ以
降の外線系異常に伴う開路の発生と連動させることを特
徴とする請求項1ないし6いずれか記載の燃料電池発電
システムの運転方法。
8. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the timing of inputting to the capacitive load or the inductive load is linked to the occurrence of an open circuit due to an external line system abnormality after the inverter during operation of the power plant. A method for operating the described fuel cell power generation system.
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