JPH10285831A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 停電が長時間にわたっても負荷への給電を可
能とすること、及び機器の保守、点検時に商用電源が停
電しても負荷への給電を可能とすること。 【解決手段】 燃料電池ＦＣとバッテリＢａｔの並列回
路にインバータ８を接続した交流電圧発生回路と商用電
源とが無瞬断切替スイッチ１を介して負荷Ｌに接続され
ている。燃料電池ＦＣはインバータ６を内蔵し、交流出
力端子をもっている。商用電源から負荷Ｌに対して切替
スイッチ１を介することなく直接バイパス線ｌ₁ によっ
て接続されていると共に、前記燃料電池ＦＣの交流出力
端子から負荷Ｌに対してもバイパス線ｌ₂ が接続されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は無停電電源装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置はコンピュータシステム
等の重要負荷に給電するために使用されており、商用電
源が停電しても瞬時に切替わり給電することが可能であ
る。しかし、無停電電源装置自体を定期的に保守・点検
する必要があり、その点検中に商用電源が停電すると重
要負荷に対する無停電給電を保障し得なくなる。

【０００３】これに対処するため、従来は無停電電源装
置に複数の蓄電池とインバータを組み込んで一つの蓄電
池、インバータを点検中に商用電源が停電しても残りの
蓄電池、インバータによって給電できるようにしてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、無停電電源
装置に複数の蓄電池を組込むことは装置の大型化、高コ
スト化、回路の複雑化を招くし、また、蓄電池では長時
間の停電に対応できないという課題があった。本発明は
以上の諸点に鑑み装置の大型化、高コスト化、回路の複
雑化を招くことなく、それでいて保守・点検中に商用電
源が停電した場合にあっても無停電給電を保障し得、ま
た、長時間の停電にも対応できる有用な無停電電源装置
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題が解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、直流電源装置の出力にインバータを接続し
た交流電圧生成回路と商用電源とが負荷に対して無瞬断
切替スイッチを介して択一的に給電可能に接続され、前
記直流電源装置は蓄電池と燃料電池の直流出力端子とを
並列接続した構成であり、前記燃料電池は商用電源電圧
と位相合わせすることが可能な内蔵インバータと、直流
発電電圧を内蔵のインバータで交流に変換した交流電圧
を出力する端子とを有し、一方、前記商用電源から前記
切替スイッチを介することなく直接交流負荷に給電する
第１のバイパス線が配線され、また前記燃料電池の交流
出力端子から交流負荷に第２のバイパス線が配線され、
商用電源の停電時には無瞬断切替スイッチの無瞬断の切
替え動作により交流電圧生成回路によって交流負荷に給
電し、無瞬断切替スイッチ、蓄電池、インバータのいず
れかの保守、点検時には第１、第２のバイパス線を通じ
て商用電源及び燃料電池から負荷に給電されることを特
徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態とし
ての無停電電源装置の回路図である。切替スイッチ１は
常時商用同期無瞬断切替方式により無瞬断で商用電源か
ら交流電圧生成回路２への切替を行うスイッチである。
この常時商用同期無瞬断切替方式の切替スイッチは公知
であるので構成の説明は省略する。

【０００７】交流電圧生成回路２は燃料電池ＦＣの直流
出力回路と蓄電池Ｂａｔとが並列接続された直流電源装
置１３にインバータ８、充電器９を接続した構成であ
る。燃料電池ＦＣは、水素ガスと酸素との反応を利用し
て発電する燃料電池本体３を主体とする公知のもので、
概略構成は図２に示すように燃料電池本体３に供給する
水素ガスを貯蔵したボンベ４と燃料電池本体３の出力回
路に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ５、インバータ６
並びに制御回路１１からなる。水素ボンベ４から燃料電
池本体３への配管中には開閉バルブ１０が設けられてい
る。このバルブは燃料電池本体３を起動する際に開弁操
作される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は燃料電池本体３の
直流発電電圧を蓄電池Ｂａｔと同一の電圧まで昇圧若し
くは降圧するためのものである。インバータ６は燃料電
池本体３の直流発電電圧を商用電源の電圧値及び周波数
・位相と等しい交流電圧に変換するものである。インバ
ータ６の出力電圧を商用電源電圧と位相合わせをするた
めに、商用電源から交流負荷Ｌに至るバイパス線路ｌ１
に電流検出器７を設け、ここで検出する位相とインバー
タ６の出力電圧を同相となるよう調整している。尚、イ
ンバータ６としてはＩＧＢＴ又はＧＴＯが用いられる。

【０００８】制御回路１１は商用電源が停電した場合に
燃料電池本体３を起動したり、停電が解消した場合に燃
料電池本体３の運転を停止する制御を行う回路である。
この制御回路１１には商用電源の停電を監視するために
商用電源から停電検出線ｌ₃が分岐され制御回路１１ま
で引込まれている。制御回路１１はこの検出線ｌ₃ を通
じて停電を検出すると、バルブ１０を開弁し、水素ガス
を燃料電池本体３内に供給すると共に、図示しないファ
ンを内蔵電池により駆動し、空気を燃料電池本体３へ導
入する。これによって燃料電池本体３は起動し、徐々に
電池温度が上昇する。燃料電池が定格出力可能領域に達
すると、これを検出し、スイッチＳＷ３をＯＮにする。
以後、商用電源が停電中はこの状態で運転を持続し、負
荷へ給電を行う。一方、停電が解消すると、検出線ｌ₃
を通じてそれを検出し、バルブ１０を閉じて水素の供給
を断ち、続いてファンを停止して空気の供給を断つ。こ
れによって燃料電池本体３の運転が停止する。また、制
御回路１１には手動により燃料電池本体３を起動し、停
止するボタンスイッチ１２、１３が設けられており、こ
れらのスイッチを操作することにより強制的に燃料電池
本体３の起動、運転停止を行うことができる。通常燃料
電池本体３は制御回路１１により自動起動、自動運転終
了させられるが、切替スイッチ１、蓄電池Ｂａｔインバ
ータ８の保守点検時には手動操作により行われる。

【０００９】次に、インバータ８はインバータ６と同様
な素子が用いられ、燃料電池ＦＣの直流出力電圧及び蓄
電池直流電圧を商用電源と同一電圧、同一周波数の交流
電圧に変換して出力する。蓄電池Ｂａｔと商用電源との
間には充電器９が接続され、非停電時に蓄電池Ｂａｔを
充電するようにしてある。

【００１０】図中、ＳＷ１はバイパス線ｌ１を通じて負
荷Ｌに給電する際にオン操作されるスイッチ、ＳＷ２は
燃料電池ＦＣの交流出力端子から負荷に給電する際にオ
ン操作されるスイッチで、前記燃料電池の交流出力端子
とバイパス線ｌ１との間の保守バイパス線ｌ２中に挿入
されている。次に、上記構成による動作を商用電源が正
常に給電している正常時、停電時、切替スイッチ１等の
保守点検時に分けて説明する。 （１）正常時、 切替スイッチ１を通じて商用電源から負荷に給電され
る。このため、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ともこの時点で
はオフ状態になっている。また、蓄電池Ｂａｔは充電器
９を通じて充電され、満充電状態になっている。 （２）商用電源停電時、 停電の発生した瞬時に切替スイッチ１が無瞬断で交流電
圧生成回路２側に切替わる。このため、蓄電池Ｂａｔの
直流出力をインバータ８で交流に変換した電圧が負荷Ｌ
に給電される。これによって負荷は商用電源の停電にも
拘らず無停電状態で給電される。

【００１１】停電発生と同時に燃料電池ＦＣ内の制御回
路１１が停電を検出し、燃料電池ＦＣの起動を開始す
る。この起動は、既述したように先ず、バルブ１０を開
弁して水素ガスを燃料電池本体３内に供給すると共に、
燃料電池本体３内のファンを駆動して空気を取込む。こ
れによって燃料電池本体３が発電を開始し、時間の経過
に伴って電池温度が上昇する。燃料電池本体３が起動
後、５〜１０分経過し電池温度が所定温度に達するとス
イッチＳＷ３をオンする。これによって以後は燃料電池
ＦＣによる負荷Ｌへの給電が行われる。

【００１２】商用電源が復旧すると、切替スイッチ１が
無瞬断で切替わり、商用電源から負荷への給電が再開す
る。また、商用電源の復旧により燃料電池ＦＣは運転を
停止する。 （３）保守点検時 年に１〜２回、インバータ８、蓄電池Ｂａｔ及び切替ス
イッチ１の保守点検を行うが、このときはこれらインバ
ータ８、切替スイッチ１を使用することができない。こ
のような保守点検時はスイッチＳＷ３をオフし、蓄電池
Ｂａｔ、インバータ８を運転停止した後、スイッチＳＷ
１をオンして、バイパス線ｌ₁ 通じて商用電源により交
流負荷Ｌに給電すると共に、燃料電池ＦＣを手動により
起動する。燃料電池ＦＣの出力が所定出力に達すると、
燃料電池ＦＣの交流出力を商用電源と同期させた後スイ
ッチＳＷ２をオンする。そして、切替スイッチ１を運転
停止させると共に、電流検出器７を監視し、電流が逆流
しない範囲で燃料電池ＦＣの出力を増加させる。この
後、保守点検作業を行う。かくして、保守、点検中は交
流負荷Ｌに商用電源と燃料電池ＦＣとの双方で給電を行
うこととなる。従って、保守、点検中に商用電源が停電
するような事態が起こったとしても交流負荷Ｌに対して
給電を継続することができる。この場合、商用ライン
は、図示しない断路器により切り離されている。

【００１３】保守、点検を終了すると、燃料電池ＦＣの
出力を減少させ、スイッチＳＷ２をオフして、バイパス
線ｌ₁ を通じての商用電源による交流負荷への給電を行
いつつ、切替スイッチ１を作動し、給電経路をバイパス
線ｌ₁ から切替スイッチ１へと切替える。そしてスイッ
チＳＷ１をオフして後、蓄電池Ｂａｔ，インバータ８の
運転を再開する。

【００１４】尚、燃料電池の燃料は、水素に限ったもの
ではなく、メタノール、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、プ
ロパン、ブタン等の燃料をリホーマに供給して改質した
水素ガスを使用しても良い。また、本実施例図１の蓄電
池は、充電器９により充電を行っているが、燃料電池に
よりコンバータ５を介して充電を行っても良い。

【００１５】

【発明の効果】本発明は以上のように直流電源装置の出
力にインバータを接続した交流電圧生成回路と商用電源
とが負荷に対して無瞬断切替スイッチを介して択一的に
給電可能に接続され、前記直流電源装置は蓄電池と燃料
電池の発電回路とを並列接続した構成であり、前記燃料
電池は商用電源電圧と位相合わせすることが可能な内蔵
インバータと、発電電圧を内蔵のインバータで交流に変
換した交流電圧を出力する端子とを有し、一方、前記商
用電源から前記切替スイッチを介することなく直接交流
負荷に給電する第１のバイパス線が配線され、また前記
燃料電池の交流出力端子から交流負荷に第２のバイパス
線が配線され、商用電源の停電時には無瞬断切替スイッ
チの無瞬断の切替え動作により直流電源装置にインバー
タを接続した回路によって交流負荷に給電し、無瞬断切
替スイッチ、蓄電池、インバータのいずれかの保守、点
検時には第１、第２のバイパス 線を通じて商用電源及
び燃料電池から負荷に給電される構成としたので、商用
電源が停電したら最初は蓄電池で、続いて燃料電池によ
り負荷への給電ができ、長時間の停電に対処できるとい
った効果がある。

【００１６】加えて、切替スイッチや蓄電池等の保守点
検時においてはバイパス線を通じて商用電源と燃料電池
の両方で負荷に給電するので、保守、点検時に万一商用
電源が停電した治しても残った燃料電池により給電を継
続して、コンピュータ等の重要負荷に対する無停電電源
装置として頗る利用価値高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態としての無停電電源装置
の構成を示す回路図である。

【図２】燃料電池の構成を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源装置の出力にインバータを接続
   した交流電圧生成回路と商用電源とが負荷に対して無瞬
   断切替スイッチを介して択一的に給電可能に接続され、 前記直流電源装置は蓄電池と燃料電池の直流電圧出力端
   子とを並列接続した構成であり、 前記燃料電池は商用電源電圧と位相合わせすることが可
   能な内蔵インバータと、直流発電電圧を内蔵のインバー
   タで交流に変換して出力する交流出力端子とを有し、 一方、前記商用電源から前記切替スイッチを介すること
   なく直接交流負荷に給電する第１のバイパス線が配線さ
   れ、また前記燃料電池の交流出力端子から交流負荷に第
   ２のバイパス線が配線され、 商用電源の停電時には無瞬断切替スイッチの無瞬断の切
   替え動作により直流電源装置にインバータを接続した回
   路によって交流負荷に給電し、 無瞬断切替スイッチ、蓄電池、インバータのいずれかの
   保守、点検時には第１、第２のバイパス線を通じて商用
   電源及び燃料電池から負荷に給電されることを特徴とす
   る無停電電源装置。