JPS6328861Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃料電池とインバータと該インバータ
の出力値を制御する制御装置とを有する燃料電池
発電装置に関する。

燃料電池の発電出力（直流）をサイリスタやト
ランジスタからなるインバータにて交流に変換す
るような燃料電池発電システムにとつて一番の問
題点は、燃料電池の主として燃料供給系の供給遅
れとインバータの比較的迅速な負荷追随制御性と
の整合を如何にとるかである。たとえば天然ガス
を改質，変成して水素含有ガスをとり出すような
燃料処理装置を有するシステムにあつては、燃料
処理装置の燃料生成速度の許容変化率以上の電気
負荷変化があつた場合、燃料電池やインバータを
電気負荷に単純に追随させても燃料供給が間に合
わないので、一般に燃料電池側の燃料供給弁等は
燃料処理装置の追随速度に合わせて予めパターン
化された速度に従つて制御しており、このことは
インバータについてもあてはまる。

しかしながら、燃料源がたとえば大容量のガス
ボンベであつたり、あるいは前述の燃料処理装置
が十分に起動を完了しあるいは十分な燃料供給容
量を持つような場合には、燃料供給系の追随性に
ついての考慮を払う必要がないので、従来はイン
バータを直ちに起動させたり、あるいは電気負荷
変動に迅速に応答させていた。この場合でも、系
統内に不必要な衝撃を与えないようにするため
に、インバータはいわゆるソフトスタート制御さ
れ、急速な負荷変動に対しある一定のランプ関数
に基づいてゆるやかに追随制御されるようになつ
ていた。

ところが、このように起動時あるいは負荷変動
時にインバータの出力値を一定の変化速度で制御
する場合に、燃料電池の燃料室と酸化剤室との間
に時として過大な差圧が発生することが判明し
た。この差圧は主として反応ガスの元圧や配管の
径，長さが燃料系と酸化剤系とで異なる場合に生
じるもので、たとえば水素，空気形の燃料電池で
は、水素ガス系と空気系の配管系は著しく相違す
ることが多く、このために一律のランプ関数によ
るインバータの過渡応答制御では上述の過差圧が
生じてしまうのである。

そこで本考案はこの過差圧の発生の防止を目的
として、装置の起動または負荷変動時に燃料電池
の燃料室と酸化剤室との間の差圧に関係する信号
をインバータの制御装置に与え、該制御装置は前
記差圧が一定値を越えないようにインバータをの
出力変化速度を変更する制御手段を備えることを
特徴とする。この場合、通常のソフトスタート用
のランプ関数の傾斜を著しく緩やかにしておけ
ば、本考案による制御が働くケースは非常に少な
くなるが、起動時は別としても負荷変動時に追随
性を著しく悪くすることはシステム効率を劣化さ
せることになるため、上述のランプ関数はある程
度以上緩やかにすることができない。さりとて燃
料電池に大きな差圧が発生することは絶対避けな
ければならないので、本考案はシステム効率から
定められた一定のランプ関数に対して、燃料電池
の差圧が所定値以上になつた際にこのランプ関数
による制御を一時的に遅らせるかあるいは傾斜を
一時的に緩やかにさせるような制御を行なわせる
場合に最も効果が期待できるものである。

以下図面に参照して本考案の実施例を説明す
る。

第１図において、１は燃料電池で燃料室２，酸
化剤室３，燃料電極４，酸化剤電極５および電解
保持部６からなり、燃料室２には燃料供給管７を
介してたとえば水素ガスが供給され、酸化剤室３
には酸化剤供給管８を介してたとえば空気が供給
される。燃料電池１の直流出力はインバータ９を
介して交流に変換され、このインバータ９は制御
装置１０により制御される。

第２図は従来装置における運転特性を示すもの
で、第２図ａに示すような負荷変動があつた場
合、制御装置１０内のソフトスタート回路により
第２図ｂに示すような緩起動ないし緩応答が行な
われるが、第２図ｃに示すように燃料電池の差圧
が所定値P₀を越えてしまうことがある。

そこで、本考案では第１図の１１で示す差圧検
出器にて燃料室２と酸化剤室３のたとえば出口差
圧を監視し、これが所定値以上になつたときはイ
ンバータの出力変化速度を変更する制御手段によ
りインバータ出力のソフトスタート特性を変更さ
せるようにする。前記インバータの出力変化速度
の変更は、例えばインバータを構成するサイリス
タの点孤角の変化速度を変更することによつてな
される。なお前記出力変化速度の変更は、前記差
圧の変動に関する個々の燃料電池発電プラントの
特性により、変化速度の増減が決定される。

第３図は本考案による運転特性の一例を示すも
ので、第３図ａに示す負荷変動の際、第３図ｂの
b₁で示すように当初は予め定められたランプ関数
に従つてインバータを制御するが、第３図ｃに示
すように差圧が所定値P₀′を越えた場合には、第
３図ｂのb₂に示すごとく一旦インバータの制御を
現状のまま保持し、差圧が所定値以下になつた場
合に再びもとの傾斜b₃に戻すようにする。場合に
よつてはb₄のように傾斜を緩やかに変化させても
よい。又燃料電池発電プラントの差圧変動特性に
よつては、変化速度の傾斜を大きくすることもあ
りうる。燃料電池側では一般に流体的な差圧制御
装置が付加されているため、第３図ｂのb₂−b₃の
ような運転を行なつている間にこの差圧制御装置
が働き、したがつてインバータ側は僅かに制御を
遅らせるだけで十分である。

このように、本考案によれば、燃料や酸化剤の
消費にきわめて敏感に作用するインバータの制御
に差圧制御を加味することによつて、燃料電池に
過差圧を生じることなく起動ないし負荷変動追随
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例のブロツク図、第２図
は従来装置の運転特性図、第３図は本考案実施例
の運転特性図で、第２図および第３図ともａは負
荷変動、ｂはインバータの出力、ｃは燃料電池の
差圧変化状態を時系列的に示すものである。 １……燃料電池、９……インバータ、１０……
制御装置、１１……差圧検出器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料電池と該燃料電池の直流発電出力を交流出
   力に変換するインバータと該インバータの出力値
   を制御する制御装置とを備えた燃料電池発電装置
   において、前記燃料電池は燃料室と酸化剤室との
   間の差圧を検出する差圧検出手段を有し、前記制
   御装置は起動時または負荷変動時に前記差圧検出
   手段の出力信号を入力し、前記差圧が一定値を越
   えないようにインバータの出力変化速度を変更す
   る制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発
   電装置。