JP2003197231A - 燃料電池発電システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 他系統電源が停電したときのシステムの効率
を向上させると共に他系統電源が停電したときでも電源
の切り替えなしに安定して補機を駆動する。 【解決手段】 停電検出器５９により商用電源１０の停
電が検出されたときには、インバータ５４からの出力を
停止すると共に遮断器５５により商用電源１０側と遮断
し、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２により燃料電池４
０の安定運転のために行なっていた定電流制御を定電圧
制御に変更する。この結果、補機用ＤＣ／ＤＣコンバー
タ５６によるシステムの運転に用いる補機への電力の供
給を安定して行なうことができる。また、改質器３０へ
の都市ガスの供給量を補機駆動に必要な電力を燃料電池
４０で発電するのに必要な供給量に変更する。これによ
り、過剰な水素の生成を抑止し、システムの効率を向上
させることができる。
を向上させると共に他系統電源が停電したときでも電源
の切り替えなしに安定して補機を駆動する。 【解決手段】 停電検出器５９により商用電源１０の停
電が検出されたときには、インバータ５４からの出力を
停止すると共に遮断器５５により商用電源１０側と遮断
し、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２により燃料電池４
０の安定運転のために行なっていた定電流制御を定電圧
制御に変更する。この結果、補機用ＤＣ／ＤＣコンバー
タ５６によるシステムの運転に用いる補機への電力の供
給を安定して行なうことができる。また、改質器３０へ
の都市ガスの供給量を補機駆動に必要な電力を燃料電池
４０で発電するのに必要な供給量に変更する。これによ
り、過剰な水素の生成を抑止し、システムの効率を向上
させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムおよびその制御方法に関する。
テムおよびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の燃料電池発電システムと
しては、商用電源の停電が検出されたときには商用電源
から電力の供給を受けて駆動する補機への電力供給を燃
料電池からの電力供給に切り替えるものが提案されてい
る（例えば、特開平６−２９５７３５号公報など）。こ
のシステムでは、起動時にはシステムの運転に必要な補
機への電力供給を商用電源から行ない、燃料電池の出力
が定格出力となったときに一部の補機への電力供給源を
燃料電池に切り替える。そして、商用電源の停電を検出
したときには、商用電源から電力の供給を受けていた補
機への電力供給源を燃料電池に切り替えることにより、
停電時対策を施している。
しては、商用電源の停電が検出されたときには商用電源
から電力の供給を受けて駆動する補機への電力供給を燃
料電池からの電力供給に切り替えるものが提案されてい
る（例えば、特開平６−２９５７３５号公報など）。こ
のシステムでは、起動時にはシステムの運転に必要な補
機への電力供給を商用電源から行ない、燃料電池の出力
が定格出力となったときに一部の補機への電力供給源を
燃料電池に切り替える。そして、商用電源の停電を検出
したときには、商用電源から電力の供給を受けていた補
機への電力供給源を燃料電池に切り替えることにより、
停電時対策を施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た燃料電池発電システムでは、停電時に燃料電池から補
機動力に見合った電力を供給する制御は考慮されていな
いから、燃料電池を過剰運転したり、燃料を無駄に使用
したりしてシステムの効率を低下させる場合が生じる。
また、燃料電池が定格出力で運転できる状態となっても
一部の補機には商用電源から電力を供給するから、商用
電源が停電のときには、一部の補機への電源の切り替え
を行なわなければならない。
た燃料電池発電システムでは、停電時に燃料電池から補
機動力に見合った電力を供給する制御は考慮されていな
いから、燃料電池を過剰運転したり、燃料を無駄に使用
したりしてシステムの効率を低下させる場合が生じる。
また、燃料電池が定格出力で運転できる状態となっても
一部の補機には商用電源から電力を供給するから、商用
電源が停電のときには、一部の補機への電源の切り替え
を行なわなければならない。
【０００４】本発明の燃料電池発電システムおよびその
制御方法は、他系統電源が停電したときのシステムの効
率を向上させることを目的の一つとする。また、本発明
の燃料電池発電システムおよびその制御方法は、他系統
電源が停電したときでも電源の切り替えなしに安定して
補機を駆動することを目的の一つとする。
制御方法は、他系統電源が停電したときのシステムの効
率を向上させることを目的の一つとする。また、本発明
の燃料電池発電システムおよびその制御方法は、他系統
電源が停電したときでも電源の切り替えなしに安定して
補機を駆動することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池発電システムおよびその制御方法は、上
述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段
を採った。
発明の燃料電池発電システムおよびその制御方法は、上
述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段
を採った。
【０００６】本発明の燃料電池発電システムは、燃料の
供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池発電シ
ステムであって、前記燃料電池からの直流出力を目標電
圧の直流出力，目標電流の直流出力，目標電力の直流出
力のいずれかに調整可能な直流出力調整手段と、該調整
された直流出力を用いて他系統電源から負荷への電力供
給ラインに電力を供給可能な他系統用電力供給手段と、
前記調整された直流出力を用いて所定の直流電力により
駆動する補機に該所定の直流電力を供給する補機用電力
供給手段と、前記他系統電源の停電を検出する停電検出
手段と、前記停電検出手段により前記他系統電源の停電
が検出されないときには前記燃料電池からの直流出力が
要求負荷に基づいて設定される目標電圧の直流出力，目
標電流の直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調
整されるよう直流出力調整手段を制御し、前記停電検出
手段により前記他系統電源の停電が検出されたときには
前記燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停
電時目標電圧の直流出力に調整されるよう前記直流出力
調整手段を制御する直流出力制御手段と、を備えること
を要旨とする。
供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池発電シ
ステムであって、前記燃料電池からの直流出力を目標電
圧の直流出力，目標電流の直流出力，目標電力の直流出
力のいずれかに調整可能な直流出力調整手段と、該調整
された直流出力を用いて他系統電源から負荷への電力供
給ラインに電力を供給可能な他系統用電力供給手段と、
前記調整された直流出力を用いて所定の直流電力により
駆動する補機に該所定の直流電力を供給する補機用電力
供給手段と、前記他系統電源の停電を検出する停電検出
手段と、前記停電検出手段により前記他系統電源の停電
が検出されないときには前記燃料電池からの直流出力が
要求負荷に基づいて設定される目標電圧の直流出力，目
標電流の直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調
整されるよう直流出力調整手段を制御し、前記停電検出
手段により前記他系統電源の停電が検出されたときには
前記燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停
電時目標電圧の直流出力に調整されるよう前記直流出力
調整手段を制御する直流出力制御手段と、を備えること
を要旨とする。
【０００７】この本発明の燃料電池発電システムでは、
他系統電源の停電が検出されないとき、即ち通常時に
は、燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設定
される目標電圧の直流出力，目標電流の直流出力，目標
電力の直流出力のいずれかに調整されるよう直流出力調
整手段を制御し、他系統電源の停電が検出されたときに
は燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停電
時目標電圧の直流出力に調整されるよう直流出力調整手
段を制御する。他系統電源の停電時には、補機用電力供
給手段は直流出力調整手段により停電時目標電圧に調整
された直流出力を用いて所定の直流電力により駆動する
補機に所定の直流電力を供給する。したがって、停電時
でも電源の切り替えなしに補機に安定して電力を供給す
ることができる。ここで、「補機」には、システムの運
転に必要な機器が含まれる。
他系統電源の停電が検出されないとき、即ち通常時に
は、燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設定
される目標電圧の直流出力，目標電流の直流出力，目標
電力の直流出力のいずれかに調整されるよう直流出力調
整手段を制御し、他系統電源の停電が検出されたときに
は燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停電
時目標電圧の直流出力に調整されるよう直流出力調整手
段を制御する。他系統電源の停電時には、補機用電力供
給手段は直流出力調整手段により停電時目標電圧に調整
された直流出力を用いて所定の直流電力により駆動する
補機に所定の直流電力を供給する。したがって、停電時
でも電源の切り替えなしに補機に安定して電力を供給す
ることができる。ここで、「補機」には、システムの運
転に必要な機器が含まれる。
【０００８】こうした本発明の燃料電池発電システムに
おいて、前記直流出力制御手段は、前記停電検出手段に
より前記他系統電源の停電が検出されないときには前記
燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設定され
る目標電流の直流出力に調整されるよう直流出力調整手
段を制御する手段であるものとすることもできる。こう
すれば、通常時には燃料電池をより安定して運転するこ
とができる。
おいて、前記直流出力制御手段は、前記停電検出手段に
より前記他系統電源の停電が検出されないときには前記
燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設定され
る目標電流の直流出力に調整されるよう直流出力調整手
段を制御する手段であるものとすることもできる。こう
すれば、通常時には燃料電池をより安定して運転するこ
とができる。
【０００９】また、本発明の燃料電池発電システムにお
いて、前記他系統用電力供給手段は、前記停電検出手段
により前記他系統電源の停電が検出されたときには、前
記電力供給ラインへの電力の供給を停止する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、システムは補機
に電力を供給するだけだから、小さな負荷で運転するこ
とができる。
いて、前記他系統用電力供給手段は、前記停電検出手段
により前記他系統電源の停電が検出されたときには、前
記電力供給ラインへの電力の供給を停止する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、システムは補機
に電力を供給するだけだから、小さな負荷で運転するこ
とができる。
【００１０】さらに、本発明の燃料電池発電システムに
おいて、前記停電検出手段により前記他系統電源の停電
が検出されたとき、前記燃料電池へ供給される燃料の供
給量を停電時用に設定された停電時供給量として該燃料
電池を運転する停電時燃料電池運転手段を備えるものと
することもできる。こうすれば、停電時に必要な電力に
見合った電力を出力するよう燃料電池を運転することが
でき、システムの効率を向上させることができる。ここ
で、他系統電源の停電時には電力供給ラインへの電力の
供給を停止するものとすれば、停電時供給量は補機駆動
に見合った電力を発電するのに必要な燃料の供給量とな
るから、燃料電池を補機駆動に見合った運転状態とする
ことができる。
おいて、前記停電検出手段により前記他系統電源の停電
が検出されたとき、前記燃料電池へ供給される燃料の供
給量を停電時用に設定された停電時供給量として該燃料
電池を運転する停電時燃料電池運転手段を備えるものと
することもできる。こうすれば、停電時に必要な電力に
見合った電力を出力するよう燃料電池を運転することが
でき、システムの効率を向上させることができる。ここ
で、他系統電源の停電時には電力供給ラインへの電力の
供給を停止するものとすれば、停電時供給量は補機駆動
に見合った電力を発電するのに必要な燃料の供給量とな
るから、燃料電池を補機駆動に見合った運転状態とする
ことができる。
【００１１】こうした停電時燃料電池運転手段を備える
態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記停
電時燃料電池運転手段は、前記停電が検出されてから所
定時間経過後に前記燃料電池へ供給される燃料の供給量
を前記停電時供給量として運転する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、他系統電源が停電しても
所定時間経過する前に復電したときには、燃料電池へ供
給される燃料の供給量は停電時供給量とされないから、
システムを迅速に通常時の運転状態にすることができ
る。
態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記停
電時燃料電池運転手段は、前記停電が検出されてから所
定時間経過後に前記燃料電池へ供給される燃料の供給量
を前記停電時供給量として運転する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、他系統電源が停電しても
所定時間経過する前に復電したときには、燃料電池へ供
給される燃料の供給量は停電時供給量とされないから、
システムを迅速に通常時の運転状態にすることができ
る。
【００１２】また、停電時燃料電池運転手段を備える態
様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記停電
検出手段は前記他系統電源の復電を検出する手段であ
り、前記停電時燃料電池運転手段は、該復電が検出され
たとき、前記燃料電池へ供給される燃料の供給量を要求
負荷に応じた供給量として該燃料電池を通常時の運転状
態となるよう該燃料電池を運転する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、他系統電源が復電したと
きにシステムを通常の運転状態に戻すことができる。こ
の態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記
停電時燃料電池運転手段は、前記復電が検出されてから
所定時間経過後に前記燃料電池へ供給される燃料の供給
量を要求負荷に応じた供給量として運転する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、他系統電源が復
電した直後の不安定な状態を回避してからシステムを通
常の運転状態に戻すことができる。
様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記停電
検出手段は前記他系統電源の復電を検出する手段であ
り、前記停電時燃料電池運転手段は、該復電が検出され
たとき、前記燃料電池へ供給される燃料の供給量を要求
負荷に応じた供給量として該燃料電池を通常時の運転状
態となるよう該燃料電池を運転する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、他系統電源が復電したと
きにシステムを通常の運転状態に戻すことができる。こ
の態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記
停電時燃料電池運転手段は、前記復電が検出されてから
所定時間経過後に前記燃料電池へ供給される燃料の供給
量を要求負荷に応じた供給量として運転する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、他系統電源が復
電した直後の不安定な状態を回避してからシステムを通
常の運転状態に戻すことができる。
【００１３】本発明の燃料電池発電システムにおいて、
炭化水素系燃料を水素リッチな燃料に改質して前記燃料
電池に供給される燃料として供給する改質部を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、炭化水素系燃料を
用いて発電することができる。
炭化水素系燃料を水素リッチな燃料に改質して前記燃料
電池に供給される燃料として供給する改質部を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、炭化水素系燃料を
用いて発電することができる。
【００１４】停電時燃料電池運転手段と改質部とを備え
る態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記
停電時燃料電池運転手段は、前記炭化水素系燃料の前記
改質部への供給量を変更することにより前記燃料電池へ
の燃料の供給量を変更する手段であるものとすることも
できる。こうすれば、炭化水素系燃料の供給量を調節す
ることにより停電時供給量の燃料を燃料電池に供給する
ことができる。
る態様の本発明の燃料電池発電システムにおいて、前記
停電時燃料電池運転手段は、前記炭化水素系燃料の前記
改質部への供給量を変更することにより前記燃料電池へ
の燃料の供給量を変更する手段であるものとすることも
できる。こうすれば、炭化水素系燃料の供給量を調節す
ることにより停電時供給量の燃料を燃料電池に供給する
ことができる。
【００１５】改質部を備える態様の本発明の燃料電池発
電システムにおいて、前記炭化水素系燃料は都市ガスま
たはプロパンガスであるものとすることもできる。こう
すれば、燃料電池システムを一般家庭に設置して用いる
のに適したものとすることができる。
電システムにおいて、前記炭化水素系燃料は都市ガスま
たはプロパンガスであるものとすることもできる。こう
すれば、燃料電池システムを一般家庭に設置して用いる
のに適したものとすることができる。
【００１６】本発明の燃料電池発電システムにおいて、
少なくとも前記燃料電池からの熱を用いて加温された水
を貯湯する貯湯手段を備えるものとすることもできる。
こうすれば、燃料電池からの熱を利用することができる
から、システムのエネルギー効率を向上させることがで
きる。なお、燃料電池からの熱以外の熱をも用いるもの
としてもよいのは勿論である。
少なくとも前記燃料電池からの熱を用いて加温された水
を貯湯する貯湯手段を備えるものとすることもできる。
こうすれば、燃料電池からの熱を利用することができる
から、システムのエネルギー効率を向上させることがで
きる。なお、燃料電池からの熱以外の熱をも用いるもの
としてもよいのは勿論である。
【００１７】本発明の燃料電池発電システムの制御方法
は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料
電池からの直流出力を目標電圧の直流出力，目標電流の
直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調整可能な
直流出力調整手段と、該調整された直流出力を用いて他
系統電源から負荷への電力供給ラインに電力を供給可能
な他系統用電力供給手段と、前記調整された直流出力を
用いて所定の直流電力により駆動する補機に該所定の直
流電力を供給する補機用電力供給手段と、を備える燃料
電池発電システムの制御方法であって、（ａ）前記他系
統電源の停電が検出されないときには前記燃料電池から
の直流出力が要求負荷に基づいて設定される目標電圧の
直流出力，目標電流の直流出力，目標電力の直流出力の
いずれかに調整されるよう直流出力調整手段を制御し、
（ｂ）前記他系統電源の停電が検出されたときには前記
燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停電時
目標電圧の直流出力に調整されるよう前記直流出力調整
手段を制御することを要旨とする。
は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料
電池からの直流出力を目標電圧の直流出力，目標電流の
直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調整可能な
直流出力調整手段と、該調整された直流出力を用いて他
系統電源から負荷への電力供給ラインに電力を供給可能
な他系統用電力供給手段と、前記調整された直流出力を
用いて所定の直流電力により駆動する補機に該所定の直
流電力を供給する補機用電力供給手段と、を備える燃料
電池発電システムの制御方法であって、（ａ）前記他系
統電源の停電が検出されないときには前記燃料電池から
の直流出力が要求負荷に基づいて設定される目標電圧の
直流出力，目標電流の直流出力，目標電力の直流出力の
いずれかに調整されるよう直流出力調整手段を制御し、
（ｂ）前記他系統電源の停電が検出されたときには前記
燃料電池からの直流出力が停電時用に設定された停電時
目標電圧の直流出力に調整されるよう前記直流出力調整
手段を制御することを要旨とする。
【００１８】この本発明の燃料電池発電システムの制御
方法によれば、他系統電源の停電が検出されないとき、
即ち通常時には、燃料電池からの直流出力が要求負荷に
基づいて設定される目標電圧の直流出力，目標電流の直
流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調整されるよ
う直流出力調整手段を制御し、他系統電源の停電が検出
されたときには燃料電池からの直流出力が停電時用に設
定された停電時目標電圧の直流出力に調整されるよう直
流出力調整手段を制御する。他系統電源の停電時には、
補機用電力供給手段は直流出力調整手段により停電時目
標電圧に調整された直流出力を用いて所定の直流電力に
より駆動する補機に所定の直流電力を供給するから、停
電時でも電源の切り替えなしに補機に安定して電力を供
給することができる。ここで、「補機」には、システム
全体または燃料電池本体の運転に必要な機器が含まれ
る。
方法によれば、他系統電源の停電が検出されないとき、
即ち通常時には、燃料電池からの直流出力が要求負荷に
基づいて設定される目標電圧の直流出力，目標電流の直
流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調整されるよ
う直流出力調整手段を制御し、他系統電源の停電が検出
されたときには燃料電池からの直流出力が停電時用に設
定された停電時目標電圧の直流出力に調整されるよう直
流出力調整手段を制御する。他系統電源の停電時には、
補機用電力供給手段は直流出力調整手段により停電時目
標電圧に調整された直流出力を用いて所定の直流電力に
より駆動する補機に所定の直流電力を供給するから、停
電時でも電源の切り替えなしに補機に安定して電力を供
給することができる。ここで、「補機」には、システム
全体または燃料電池本体の運転に必要な機器が含まれ
る。
【００１９】こうした本発明の燃料電池発電システムに
おいて、前記ステップ（ａ）は、前記他系統電源の停電
が検出されないときには前記燃料電池からの直流出力が
要求負荷に基づいて設定される目標電流の直流出力に調
整されるよう直流出力調整手段を制御するステップであ
るものとすることもできる。こうすれば、通常時には燃
料電池をより安定して運転することができる。
おいて、前記ステップ（ａ）は、前記他系統電源の停電
が検出されないときには前記燃料電池からの直流出力が
要求負荷に基づいて設定される目標電流の直流出力に調
整されるよう直流出力調整手段を制御するステップであ
るものとすることもできる。こうすれば、通常時には燃
料電池をより安定して運転することができる。
【００２０】また、本発明の燃料電池発電システムの制
御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記他系統電
源の停電が検出されたときには、前記電力供給ラインへ
の電力の供給を停止するよう前記負荷用電力供給手段を
制御するステップであるものとすることもできる。こう
すれば、システムは補機に電力を供給するだけだから、
小さな負荷で運転することができる。
御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記他系統電
源の停電が検出されたときには、前記電力供給ラインへ
の電力の供給を停止するよう前記負荷用電力供給手段を
制御するステップであるものとすることもできる。こう
すれば、システムは補機に電力を供給するだけだから、
小さな負荷で運転することができる。
【００２１】さらに、本発明の燃料電池発電システムの
制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記他系統
電源の停電が検出されたときには、前記燃料電池へ供給
される燃料の供給量を停電時用に設定された停電時供給
量として該燃料電池を運転するステップであるものとす
ることもできる。こうすれば、停電時に必要な電力に見
合った電力を出力するよう燃料電池を運転することがで
き、システムの効率を向上させることができる。ここ
で、他系統電源の停電時には電力供給ラインへの電力の
供給を停止するものとすれば、停電時供給量は補機駆動
に見合った電力を発電するのに必要な燃料の供給量とな
るから、燃料電池を補機駆動に見合った運転状態とする
ことができる。
制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記他系統
電源の停電が検出されたときには、前記燃料電池へ供給
される燃料の供給量を停電時用に設定された停電時供給
量として該燃料電池を運転するステップであるものとす
ることもできる。こうすれば、停電時に必要な電力に見
合った電力を出力するよう燃料電池を運転することがで
き、システムの効率を向上させることができる。ここ
で、他系統電源の停電時には電力供給ラインへの電力の
供給を停止するものとすれば、停電時供給量は補機駆動
に見合った電力を発電するのに必要な燃料の供給量とな
るから、燃料電池を補機駆動に見合った運転状態とする
ことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図で
ある。実施例の燃料電池発電システム２０は、図示する
ように、ガス配管２２から都市ガス（１３Ａ）の供給を
受けて都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質
器３０と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガス
とするＣＯ選択酸化部３４と、燃料ガスと空気との供給
を受けて電気化学反応により発電する燃料電池４０と、
燃料電池４０の冷却水と貯湯槽４４の低温水との熱交換
を行なう熱交換器４２と、燃料電池４０からの直流電力
の電圧および電流を調整して所望の直流出力に変換する
負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、変換された直流出
力を商用電源１０と同位相の交流電力に変換して商用電
源１０から遮断器１４を介して負荷１６へ電力を供給す
る電力ライン１２に遮断器５５を介して供給するインバ
ータ５４と、電圧または電流が調整された直流出力を降
圧して補機電源として機能する補機用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５６と、負荷１６で消費する負荷電力を検出する負
荷電力計５８と、商用電源１０の停電を検出する停電検
出器５９と、システム全体をコントロールする電子制御
ユニット６０とを備える。
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池発電システム２０の構成の概略を示す構成図で
ある。実施例の燃料電池発電システム２０は、図示する
ように、ガス配管２２から都市ガス（１３Ａ）の供給を
受けて都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質
器３０と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガス
とするＣＯ選択酸化部３４と、燃料ガスと空気との供給
を受けて電気化学反応により発電する燃料電池４０と、
燃料電池４０の冷却水と貯湯槽４４の低温水との熱交換
を行なう熱交換器４２と、燃料電池４０からの直流電力
の電圧および電流を調整して所望の直流出力に変換する
負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、変換された直流出
力を商用電源１０と同位相の交流電力に変換して商用電
源１０から遮断器１４を介して負荷１６へ電力を供給す
る電力ライン１２に遮断器５５を介して供給するインバ
ータ５４と、電圧または電流が調整された直流出力を降
圧して補機電源として機能する補機用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５６と、負荷１６で消費する負荷電力を検出する負
荷電力計５８と、商用電源１０の停電を検出する停電検
出器５９と、システム全体をコントロールする電子制御
ユニット６０とを備える。
【００２３】改質器３０は、ガス配管２２から調節弁２
４と昇圧ポンプ２６と硫黄分を除く脱硫器２７とを介し
て供給される都市ガスと図示しない配管により供給され
る水蒸気とによる次式（１）および次式（２）の水蒸気
改質反応およびシフト反応により水素リッチな改質ガス
を生成する。改質器３０には、こうした反応に必要な熱
を供給する燃焼部３２が設けられており、燃焼部３２に
はガス配管２２から調節弁２４と昇圧ポンプ２８とを介
して都市ガスが供給されるようになっている。また、燃
焼部３２には、燃料電池４０のアノード側の排出ガスが
供給され、アノードオフガス中の未反応の水素を燃料と
して用いることができるようになっている。
４と昇圧ポンプ２６と硫黄分を除く脱硫器２７とを介し
て供給される都市ガスと図示しない配管により供給され
る水蒸気とによる次式（１）および次式（２）の水蒸気
改質反応およびシフト反応により水素リッチな改質ガス
を生成する。改質器３０には、こうした反応に必要な熱
を供給する燃焼部３２が設けられており、燃焼部３２に
はガス配管２２から調節弁２４と昇圧ポンプ２８とを介
して都市ガスが供給されるようになっている。また、燃
焼部３２には、燃料電池４０のアノード側の排出ガスが
供給され、アノードオフガス中の未反応の水素を燃料と
して用いることができるようになっている。
【００２４】
【数１】
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （１）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 （２）
【００２５】ＣＯ選択酸化部３４は、図示しない配管に
よる空気の供給を受けて水素の存在下で一酸化炭素を選
択して酸化する一酸化炭素選択酸化触媒（例えば白金と
ルテニウムの合金による触媒）により、改質ガス中の一
酸化炭素を選択酸化して一酸化炭素濃度が極めて低い
（実施例では数ｐｐｍ程度）水素リッチな燃料ガスとす
る。
よる空気の供給を受けて水素の存在下で一酸化炭素を選
択して酸化する一酸化炭素選択酸化触媒（例えば白金と
ルテニウムの合金による触媒）により、改質ガス中の一
酸化炭素を選択酸化して一酸化炭素濃度が極めて低い
（実施例では数ｐｐｍ程度）水素リッチな燃料ガスとす
る。
【００２６】燃料電池４０は、電解質膜とこの電解質膜
を狭持するアノード電極およびカソード電極とこのアノ
ード電極およびカソード電極に燃料ガスと空気とを供給
すると共にセル間の隔壁をなすセパレータとからなる単
セルを複数積層してなる固体高分子型の燃料電池として
構成されており、ＣＯ選択酸化部３４からの燃料ガス中
の水素とブロア４１からの空気中の酸素とによる電気化
学反応によって発電する。燃料電池４０には循環する冷
却水の流路が形成されており、冷却水を循環させること
によって適温（実施例では、８０〜９０℃程度）に保持
される。この冷却水の循環流路には、熱交換器４２が設
けられており、燃料電池４０の冷却水との熱交換により
貯湯槽４４からポンプ４６により供給される低温水が加
温されて貯湯槽４４に貯湯されるようになっている。
を狭持するアノード電極およびカソード電極とこのアノ
ード電極およびカソード電極に燃料ガスと空気とを供給
すると共にセル間の隔壁をなすセパレータとからなる単
セルを複数積層してなる固体高分子型の燃料電池として
構成されており、ＣＯ選択酸化部３４からの燃料ガス中
の水素とブロア４１からの空気中の酸素とによる電気化
学反応によって発電する。燃料電池４０には循環する冷
却水の流路が形成されており、冷却水を循環させること
によって適温（実施例では、８０〜９０℃程度）に保持
される。この冷却水の循環流路には、熱交換器４２が設
けられており、燃料電池４０の冷却水との熱交換により
貯湯槽４４からポンプ４６により供給される低温水が加
温されて貯湯槽４４に貯湯されるようになっている。
【００２７】燃料電池４０の図示しない出力端子は、負
荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２，インバータ５４，遮断
器５５を介して商用電源１０から負荷１６への電力ライ
ン１２に接続されており、燃料電池４０からの直流電力
が商用電源１０と同位相の交流電力に変換されて商用電
源１０からの交流電力に付加されて負荷１６に供給でき
るようになっている。負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２
やインバータ５４は、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回
路やインバータ回路として構成されているから、その詳
細な説明は省略する。なお、負荷１６は、遮断器１８を
介して電力ライン１２に接続されている。
荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２，インバータ５４，遮断
器５５を介して商用電源１０から負荷１６への電力ライ
ン１２に接続されており、燃料電池４０からの直流電力
が商用電源１０と同位相の交流電力に変換されて商用電
源１０からの交流電力に付加されて負荷１６に供給でき
るようになっている。負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２
やインバータ５４は、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ回
路やインバータ回路として構成されているから、その詳
細な説明は省略する。なお、負荷１６は、遮断器１８を
介して電力ライン１２に接続されている。
【００２８】負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の出力側
から分岐した電力ラインには、調節弁２４のアクチュエ
ータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロア４１，ポンプ４６
などのシステムを運転するのに必要な補機に直流電力を
供給する直流電源として機能する補機用ＤＣ／ＤＣコン
バータ５６が接続されている。
から分岐した電力ラインには、調節弁２４のアクチュエ
ータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロア４１，ポンプ４６
などのシステムを運転するのに必要な補機に直流電力を
供給する直流電源として機能する補機用ＤＣ／ＤＣコン
バータ５６が接続されている。
【００２９】電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中
心とするマイクロプロセッサとして構成されており、Ｃ
ＰＵ６２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ６４
と、データを一時的に記憶するＲＡＭ６６と、図示しな
い入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御
ユニット６０には、燃料電池４０の出力端子に取り付け
られた電圧センサ５１からの端子間電圧Ｖやインバータ
５４内の図示しない電流センサや電圧センサからの出力
電流や電圧，負荷電力計５８からの負荷電力Ｐｏ，停電
検出器５９からの停電検出信号，改質器３０やＣＯ選択
酸化部３４，燃料電池４０に取り付けられた図示しない
温度センサからの各温度などが入力ポートを介して入力
されている。また、電子制御ユニット６０からは、調節
弁２４のアクチュエータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロ
ア４１，循環ポンプ４３，ポンプ４６などへの駆動信号
や燃焼部３２への点火信号，負荷用ＤＣ／ＤＣコンバー
タ５２や補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ５６への制御信
号，インバータ５４へのスイッチング制御信号，遮断器
５５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されて
いる。
心とするマイクロプロセッサとして構成されており、Ｃ
ＰＵ６２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ６４
と、データを一時的に記憶するＲＡＭ６６と、図示しな
い入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御
ユニット６０には、燃料電池４０の出力端子に取り付け
られた電圧センサ５１からの端子間電圧Ｖやインバータ
５４内の図示しない電流センサや電圧センサからの出力
電流や電圧，負荷電力計５８からの負荷電力Ｐｏ，停電
検出器５９からの停電検出信号，改質器３０やＣＯ選択
酸化部３４，燃料電池４０に取り付けられた図示しない
温度センサからの各温度などが入力ポートを介して入力
されている。また、電子制御ユニット６０からは、調節
弁２４のアクチュエータや昇圧ポンプ２６，２８，ブロ
ア４１，循環ポンプ４３，ポンプ４６などへの駆動信号
や燃焼部３２への点火信号，負荷用ＤＣ／ＤＣコンバー
タ５２や補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ５６への制御信
号，インバータ５４へのスイッチング制御信号，遮断器
５５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されて
いる。
【００３０】次に、こうして構成された燃料電池発電シ
ステム２０の動作、特に商用電源１０の停電時の動作に
ついて説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット６
０により実行される停電時運転制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。このルーチンは、停電検出器
５９により商用電源１０の停電が検出されたときに実行
される。
ステム２０の動作、特に商用電源１０の停電時の動作に
ついて説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット６
０により実行される停電時運転制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。このルーチンは、停電検出器
５９により商用電源１０の停電が検出されたときに実行
される。
【００３１】停電時運転制御ルーチンが実行されると、
電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、インバー
タ５４から電力ライン１２への電力の供給を停止すると
共に（ステップＳ１００）、遮断器５５により商用電源
１０側との遮断を行なう（ステップＳ１０２）。そし
て、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を停電時目標電圧
での定電圧制御に移行する（ステップＳ１０４）。ここ
で、停電時目標電圧は、実施例では、通常時に負荷用Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ５２の出力側に主として生じる電圧
として設定されている。なお、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５２は、商用電源１０が停電でない状態、即ち通常
時では、負荷１６の消費電力に基づいて設定される運転
モードに応じた目標電流での定電流制御が行なわれてお
り、出力側の電圧は一定ではない。運転モードは、実施
例では図示しない運転モード設定ルーチンにより高負荷
のＨｉｇｈモード、中程度の負荷のＭｉｄモード、低負
荷のＬｏｗモードの３段階のいずれかに設定されるか
ら、目標電流はこの設定された運転モードに応じた値が
用いられる。上述したように、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５２を定電圧制御することにより、補機用ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ５６を介して電力の供給がなされる補機に
必要な電力を安定して供給することができるようにな
る。
電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、インバー
タ５４から電力ライン１２への電力の供給を停止すると
共に（ステップＳ１００）、遮断器５５により商用電源
１０側との遮断を行なう（ステップＳ１０２）。そし
て、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を停電時目標電圧
での定電圧制御に移行する（ステップＳ１０４）。ここ
で、停電時目標電圧は、実施例では、通常時に負荷用Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ５２の出力側に主として生じる電圧
として設定されている。なお、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５２は、商用電源１０が停電でない状態、即ち通常
時では、負荷１６の消費電力に基づいて設定される運転
モードに応じた目標電流での定電流制御が行なわれてお
り、出力側の電圧は一定ではない。運転モードは、実施
例では図示しない運転モード設定ルーチンにより高負荷
のＨｉｇｈモード、中程度の負荷のＭｉｄモード、低負
荷のＬｏｗモードの３段階のいずれかに設定されるか
ら、目標電流はこの設定された運転モードに応じた値が
用いられる。上述したように、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５２を定電圧制御することにより、補機用ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ５６を介して電力の供給がなされる補機に
必要な電力を安定して供給することができるようにな
る。
【００３２】負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電圧
制御に移行すると、停電後所定時間内に商用電源１０が
復電したか否かを判定する（ステップＳ１０６，Ｓ１０
８）。停電後所定時間経過するのを待つのは所定時間経
過するまでに商用電源１０が復電したときの処理を簡単
にするためである。所定時間は、システムの運転モード
の変更のし易さなどにより設定される。
制御に移行すると、停電後所定時間内に商用電源１０が
復電したか否かを判定する（ステップＳ１０６，Ｓ１０
８）。停電後所定時間経過するのを待つのは所定時間経
過するまでに商用電源１０が復電したときの処理を簡単
にするためである。所定時間は、システムの運転モード
の変更のし易さなどにより設定される。
【００３３】停電後所定時間経過しても復電しないとき
には、改質器３０への改質用および燃焼用の都市ガスの
供給量を予め設定された停電時供給量に変更し（ステッ
プＳ１１０）、この運転状態で状態で商用電源１０の復
電を待つ（ステップＳ１１２）。ここで、停電時供給量
は、実施例では、システムの補機を駆動するのに十分な
電力を燃料電池４０により発電するために必要な燃料ガ
スを改質器３０で生成する都市ガスの供給量として設定
されている。このように改質器３０への都市ガスの供給
量を停電時供給量とすることにより、過剰に燃料ガス
（即ち水素）が生成され、燃焼処理されるのを防止する
ことができ、システムの効率を向上させることができ
る。
には、改質器３０への改質用および燃焼用の都市ガスの
供給量を予め設定された停電時供給量に変更し（ステッ
プＳ１１０）、この運転状態で状態で商用電源１０の復
電を待つ（ステップＳ１１２）。ここで、停電時供給量
は、実施例では、システムの補機を駆動するのに十分な
電力を燃料電池４０により発電するために必要な燃料ガ
スを改質器３０で生成する都市ガスの供給量として設定
されている。このように改質器３０への都市ガスの供給
量を停電時供給量とすることにより、過剰に燃料ガス
（即ち水素）が生成され、燃焼処理されるのを防止する
ことができ、システムの効率を向上させることができ
る。
【００３４】商用電源１０が復電すると、復電後所定時
間経過するのを待って（ステップＳ１１４）、遮断器５
５による商用電源１０側との遮断を解除する（ステップ
Ｓ１１６）。ここで、商用電源１０の復電後所定時間経
過するのを待つのは、商用電源１０が安定して電力の供
給が行なえる状態になるのを待つと共に安定して負荷１
６に電力の供給を開始するのを待つためである。
間経過するのを待って（ステップＳ１１４）、遮断器５
５による商用電源１０側との遮断を解除する（ステップ
Ｓ１１６）。ここで、商用電源１０の復電後所定時間経
過するのを待つのは、商用電源１０が安定して電力の供
給が行なえる状態になるのを待つと共に安定して負荷１
６に電力の供給を開始するのを待つためである。
【００３５】商用電源１０側との遮断を解除した後や商
用電源１０の停電が検出されてから所定時間経過する前
に復電したときには、停電時目標電圧で定電圧制御され
ている負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電流制御に
移行すると共に（ステップＳ１１８）、改質器３０の都
市ガスの供給量を負荷１６の消費電力に基づいて設定さ
れる運転モードに対応した供給量に徐々に変更し（ステ
ップＳ１２０）、システムが運転モードで定常運転でき
る状態になるのを待って（ステップＳ１２２）、インバ
ータ５４による電力ライン１２への電力の供給を開始し
（ステップＳ１２４）、本ルーチンを終了する。
用電源１０の停電が検出されてから所定時間経過する前
に復電したときには、停電時目標電圧で定電圧制御され
ている負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電流制御に
移行すると共に（ステップＳ１１８）、改質器３０の都
市ガスの供給量を負荷１６の消費電力に基づいて設定さ
れる運転モードに対応した供給量に徐々に変更し（ステ
ップＳ１２０）、システムが運転モードで定常運転でき
る状態になるのを待って（ステップＳ１２２）、インバ
ータ５４による電力ライン１２への電力の供給を開始し
（ステップＳ１２４）、本ルーチンを終了する。
【００３６】図３は、商用電源１０が停電してから復電
するまでの負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバー
タ５４の制御や都市ガスの供給量の時間的変化の一例を
示す説明図である。図３の例では、実施例の燃料電池発
電システム２０は、時間ｔ１に至るまでは、商用電源１
０は通常状態にあり、運転モードはＨｉｇｈモードに設
定されている。このため、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２はＨｉｇｈモードに対応した電流値で定電流制御が
なされ、インバータ５４からはＨｉｇｈモードに対応し
た出力により電力ライン１２に交流電力を供給してい
る。時間ｔ１で停電検出器５９により商用電源１０の停
電が検出されると、インバータ５４の出力が直ちに停止
されると共に（ステップＳ１００）、遮断器５５により
商用電源１０との遮断が行なわれ（ステップＳ１０
２）、定電流制御が行なわれていた負荷用ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５２は定電圧制御により制御される（ステップ
Ｓ１０４）。このため、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５
２の入力電流は補機駆動の状態に伴って変化するように
なるが、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して補機
に安定して電力が供給できる状態となる。なお、商用電
源１０の停電が短時間で終了するかもしれないため、時
間ｔ１では応答性の低い改質器３０への停電時への対応
は行なわれない。
するまでの負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバー
タ５４の制御や都市ガスの供給量の時間的変化の一例を
示す説明図である。図３の例では、実施例の燃料電池発
電システム２０は、時間ｔ１に至るまでは、商用電源１
０は通常状態にあり、運転モードはＨｉｇｈモードに設
定されている。このため、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２はＨｉｇｈモードに対応した電流値で定電流制御が
なされ、インバータ５４からはＨｉｇｈモードに対応し
た出力により電力ライン１２に交流電力を供給してい
る。時間ｔ１で停電検出器５９により商用電源１０の停
電が検出されると、インバータ５４の出力が直ちに停止
されると共に（ステップＳ１００）、遮断器５５により
商用電源１０との遮断が行なわれ（ステップＳ１０
２）、定電流制御が行なわれていた負荷用ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５２は定電圧制御により制御される（ステップ
Ｓ１０４）。このため、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５
２の入力電流は補機駆動の状態に伴って変化するように
なるが、補機用ＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して補機
に安定して電力が供給できる状態となる。なお、商用電
源１０の停電が短時間で終了するかもしれないため、時
間ｔ１では応答性の低い改質器３０への停電時への対応
は行なわれない。
【００３７】停電が検出された時間ｔ１から所定時間経
過した時間ｔ２では、商用電源１０の停電が長引くと判
断し、改質器３０への都市ガスの供給量を補機駆動に十
分な供給量として設定された停電時供給量に変更される
（ステップＳ１１０）。この都市ガスの供給量の変更に
より、過剰に都市ガスを改質することがなくなるから、
こうした変更を行なわないシステムに比して、システム
の効率を向上させることができる。なお、改質器３０へ
の都市ガスの供給量が変更されるまでの過剰な水素は、
燃焼部３２で燃焼されることになる。
過した時間ｔ２では、商用電源１０の停電が長引くと判
断し、改質器３０への都市ガスの供給量を補機駆動に十
分な供給量として設定された停電時供給量に変更される
（ステップＳ１１０）。この都市ガスの供給量の変更に
より、過剰に都市ガスを改質することがなくなるから、
こうした変更を行なわないシステムに比して、システム
の効率を向上させることができる。なお、改質器３０へ
の都市ガスの供給量が変更されるまでの過剰な水素は、
燃焼部３２で燃焼されることになる。
【００３８】実施例の燃料電池発電システム２０では、
時間ｔ３で停電検出器５９により商用電源１０の復電が
検出されても、商用電源１０が安定するまでの所定時間
経過した時間ｔ４まで停電時の運転状態を継続する。商
用電源１０の復電を検出して所定時間経過した時間ｔ４
になると、遮断器５５による商用電源１０との遮断を解
除し、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電流制御に
移行すると共に（ステップＳ１１６）、都市ガスの供給
量を運転モードに対応した供給量に徐々に増加する（ス
テップＳ１２０）。そして、都市ガスの供給量が運転モ
ードに対応した供給量に至って燃料電池４０が定常運転
できる状態になった時間ｔ６にインバータ５４からの電
力ライン１２への電力の供給を開始して（ステップＳ１
２２，Ｓ１２４）、停電時の処理を終了する。
時間ｔ３で停電検出器５９により商用電源１０の復電が
検出されても、商用電源１０が安定するまでの所定時間
経過した時間ｔ４まで停電時の運転状態を継続する。商
用電源１０の復電を検出して所定時間経過した時間ｔ４
になると、遮断器５５による商用電源１０との遮断を解
除し、負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電流制御に
移行すると共に（ステップＳ１１６）、都市ガスの供給
量を運転モードに対応した供給量に徐々に増加する（ス
テップＳ１２０）。そして、都市ガスの供給量が運転モ
ードに対応した供給量に至って燃料電池４０が定常運転
できる状態になった時間ｔ６にインバータ５４からの電
力ライン１２への電力の供給を開始して（ステップＳ１
２２，Ｓ１２４）、停電時の処理を終了する。
【００３９】以上説明した実施例の燃料電池発電システ
ム２０によれば、商用電源１０の停電を検出したときに
は、インバータ５４による電力の供給を停止すると共に
負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電圧制御を行なう
から、システムの運転に用いる補機への電力の供給を安
定して行なうことができる。しかも、商用電源１０の停
電が所定時間継続したときには、改質器３０への都市ガ
スの供給量を補機駆動に必要な量として設定された停電
時供給量に変更してシステムを補機駆動に見合った運転
状態にするから、こうした補機駆動に見合った運転状態
にしないシステムに比して、システムの効率を向上させ
ることができる。
ム２０によれば、商用電源１０の停電を検出したときに
は、インバータ５４による電力の供給を停止すると共に
負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を定電圧制御を行なう
から、システムの運転に用いる補機への電力の供給を安
定して行なうことができる。しかも、商用電源１０の停
電が所定時間継続したときには、改質器３０への都市ガ
スの供給量を補機駆動に必要な量として設定された停電
時供給量に変更してシステムを補機駆動に見合った運転
状態にするから、こうした補機駆動に見合った運転状態
にしないシステムに比して、システムの効率を向上させ
ることができる。
【００４０】また、実施例の燃料電池発電システム２０
によれば、商用電源１０の停電が所定時間継続するまで
は、改質器３０への都市ガスの供給量を変更しないか
ら、短時間で復電したときには直ちに停電前の運転状態
に戻すことができる。さらに、実施例の燃料電池発電シ
ステム２０によれば、商用電源１０が復電しても所定時
間経過するまでシステムを通常運転に戻す処理を行なわ
ないから、復電直後の不安定な状態でのシステムの稼働
を回避することができる。
によれば、商用電源１０の停電が所定時間継続するまで
は、改質器３０への都市ガスの供給量を変更しないか
ら、短時間で復電したときには直ちに停電前の運転状態
に戻すことができる。さらに、実施例の燃料電池発電シ
ステム２０によれば、商用電源１０が復電しても所定時
間経過するまでシステムを通常運転に戻す処理を行なわ
ないから、復電直後の不安定な状態でのシステムの稼働
を回避することができる。
【００４１】実施例の燃料電池発電システム２０では、
商用電源１０が通常状態のときには、負荷用ＤＣ／ＤＣ
コンバータ５２を定電流制御するものとしたが、通常時
における負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の制御は定電
流制御に限られるものではなく、定電圧制御としてもよ
く、あるいは定電力制御としてもよい。
商用電源１０が通常状態のときには、負荷用ＤＣ／ＤＣ
コンバータ５２を定電流制御するものとしたが、通常時
における負荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の制御は定電
流制御に限られるものではなく、定電圧制御としてもよ
く、あるいは定電力制御としてもよい。
【００４２】実施例の燃料電池発電システム２０では、
商用電源１０の停電が所定時間継続するまでは、改質器
３０への都市ガスの供給量を変更しないものとしたが、
商用電源１０の停電が検出されたときに、直ちに改質器
３０への都市ガスの供給量を停電時供給量に変更するも
のとしても差し支えない。また、実施例の燃料電池発電
システム２０では、商用電源１０が復電しても所定時間
経過するまでシステムを通常運転に戻す処理を行なわな
いものとしたが、商用電源１０の復電が検出されたとき
に、直ちにシステムを通常運転状態に戻す処理を行なう
ものとしても構わない。
商用電源１０の停電が所定時間継続するまでは、改質器
３０への都市ガスの供給量を変更しないものとしたが、
商用電源１０の停電が検出されたときに、直ちに改質器
３０への都市ガスの供給量を停電時供給量に変更するも
のとしても差し支えない。また、実施例の燃料電池発電
システム２０では、商用電源１０が復電しても所定時間
経過するまでシステムを通常運転に戻す処理を行なわな
いものとしたが、商用電源１０の復電が検出されたとき
に、直ちにシステムを通常運転状態に戻す処理を行なう
ものとしても構わない。
【００４３】実施例の燃料電池発電システム２０では、
停電検出器５９により商用電源１０の停電と復電を検出
するものとしたが、商用電源１０の停電や復電を検出す
るものであれば如何なるものを用いるものとしてもよ
い。
停電検出器５９により商用電源１０の停電と復電を検出
するものとしたが、商用電源１０の停電や復電を検出す
るものであれば如何なるものを用いるものとしてもよ
い。
【００４４】実施例の燃料電池発電システム２０では、
運転モードをＨｉｇｈモード，Ｍｉｄモード，Ｌｏｗモ
ードの３段階としたが、２段階の運転モードとしてもよ
く、あるいは、４段階以上の運転モードとしてもよい。
運転モードをＨｉｇｈモード，Ｍｉｄモード，Ｌｏｗモ
ードの３段階としたが、２段階の運転モードとしてもよ
く、あるいは、４段階以上の運転モードとしてもよい。
【００４５】実施例の燃料電池発電システム２０では、
燃料電池４０として固体高分子型の燃料電池を用いた
が、固体高分子型の燃料電池に限られず、如何なるタイ
プの燃料電池であっても構わない。
燃料電池４０として固体高分子型の燃料電池を用いた
が、固体高分子型の燃料電池に限られず、如何なるタイ
プの燃料電池であっても構わない。
【００４６】実施例の燃料電池発電システム２０では、
都市ガス（１３Ａ）を改質器３０に供給して水素リッチ
な燃料ガスを生成するものとしたが、都市ガス（１２
Ａ）やガスボンベに充填されたプロパンガスを改質器３
０に供給して燃料ガスを生成するものとしてもよい。
都市ガス（１３Ａ）を改質器３０に供給して水素リッチ
な燃料ガスを生成するものとしたが、都市ガス（１２
Ａ）やガスボンベに充填されたプロパンガスを改質器３
０に供給して燃料ガスを生成するものとしてもよい。
【００４７】実施例の燃料電池発電システム２０では、
都市ガスを改質器３０とＣＯ選択酸化部３４とにより水
素リッチな燃料ガスとして燃料電池４０に供給するもの
としたが、水素リッチな燃料ガスや純水素を蓄える水素
タンクから燃料電池４０に供給するものとしてもよい。
この場合、図２の停電時運転制御ルーチンのステップＳ
１１０では補機駆動に必要な電力を発電可能な燃料ガス
や純水素の供給量を停電時供給量として燃料電池４０に
供給するものとすればよい。また、燃料電池４０への供
給量が直接変更されるから、商用電源１０の復電時に
は、燃料ガスや純水素の供給量を運転モードに対応した
供給量にした直後にインバータ５４からの電力ライン１
２への電力の供給を開始するものとしてもよい。
都市ガスを改質器３０とＣＯ選択酸化部３４とにより水
素リッチな燃料ガスとして燃料電池４０に供給するもの
としたが、水素リッチな燃料ガスや純水素を蓄える水素
タンクから燃料電池４０に供給するものとしてもよい。
この場合、図２の停電時運転制御ルーチンのステップＳ
１１０では補機駆動に必要な電力を発電可能な燃料ガス
や純水素の供給量を停電時供給量として燃料電池４０に
供給するものとすればよい。また、燃料電池４０への供
給量が直接変更されるから、商用電源１０の復電時に
は、燃料ガスや純水素の供給量を運転モードに対応した
供給量にした直後にインバータ５４からの電力ライン１
２への電力の供給を開始するものとしてもよい。
【００４８】実施例の燃料電池発電システム２０では、
燃料電池４０の熱を用いて水を加温して貯湯する貯湯槽
４４を備えるものとしたが、貯湯槽４４を備えないもの
としても差し支えない。
燃料電池４０の熱を用いて水を加温して貯湯する貯湯槽
４４を備えるものとしたが、貯湯槽４４を備えないもの
としても差し支えない。
【００４９】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図１】本発明の一実施例である燃料電池発電システム
２０の構成の概略を示す構成図である。
２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】商用電源１０の停電時に電子制御ユニット６０
により実行される停電時運転制御ルーチンの一例を示す
フローチャートである。
により実行される停電時運転制御ルーチンの一例を示す
フローチャートである。
【図３】商用電源１０が停電してから復電するまでの負
荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４の制御
や都市ガスの供給量の時間的変化の一例を示す説明図で
ある
荷用ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４の制御
や都市ガスの供給量の時間的変化の一例を示す説明図で
ある
１０ 商用電源、１２ 電力ライン、１４ 遮断器、１
６ 負荷、１８ 遮断器、２０ 燃料電池発電システ
ム、２２ ガス配管、２４ 調節弁、２６，２８昇圧ポ
ンプ、２７ 脱硫器、３０ 改質器、３２ 燃焼部、３
４ ＣＯ選択酸化部、４０ 燃料電池、４１ ブロア、
４２ 熱交換器、４３ 循環ポンプ、４４ 貯湯槽、４
６ ポンプ、５０ 電流センサ、５２ ＤＣ／ＤＣコン
バータ、５４ インバータ、５５ 遮断器、５６ ＤＣ
／ＤＣコンバータ、５８ 負荷電力計、５９ 停電検出
器、６０ 電子制御ユニット、６２ ＣＰＵ、６４ Ｒ
ＯＭ、６６ ＲＡＭ、６８ タイマ。
６ 負荷、１８ 遮断器、２０ 燃料電池発電システ
ム、２２ ガス配管、２４ 調節弁、２６，２８昇圧ポ
ンプ、２７ 脱硫器、３０ 改質器、３２ 燃焼部、３
４ ＣＯ選択酸化部、４０ 燃料電池、４１ ブロア、
４２ 熱交換器、４３ 循環ポンプ、４４ 貯湯槽、４
６ ポンプ、５０ 電流センサ、５２ ＤＣ／ＤＣコン
バータ、５４ インバータ、５５ 遮断器、５６ ＤＣ
／ＤＣコンバータ、５８ 負荷電力計、５９ 停電検出
器、６０ 電子制御ユニット、６２ ＣＰＵ、６４ Ｒ
ＯＭ、６６ ＲＡＭ、６８ タイマ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 服部 伸希
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 中西 修
愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ
ン精機株式会社内
(72)発明者 山▲崎▼ 史朗
愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ
ン精機株式会社内
Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 BA16 CC06 DD01
DD06 KK51 MM12 MM26
Claims (15)
- 【請求項１】 燃料の供給を受けて発電する燃料電池を
備える燃料電池発電システムであって、 前記燃料電池からの直流出力を目標電圧の直流出力，目
標電流の直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調
整可能な直流出力調整手段と、 該調整された直流出力を用いて他系統電源から負荷への
電力供給ラインに電力を供給可能な他系統用電力供給手
段と、 前記調整された直流出力を用いて所定の直流電力により
駆動する補機に該所定の直流電力を供給する補機用電力
供給手段と、 前記他系統電源の停電を検出する停電検出手段と、 前記停電検出手段により前記他系統電源の停電が検出さ
れないときには前記燃料電池からの直流出力が要求負荷
に基づいて設定される目標電圧の直流出力，目標電流の
直流出力，目標電力の直流出力のいずれかに調整される
よう直流出力調整手段を制御し、前記停電検出手段によ
り前記他系統電源の停電が検出されたときには前記燃料
電池からの直流出力が停電時用に設定された停電時目標
電圧の直流出力に調整されるよう前記直流出力調整手段
を制御する直流出力制御手段と、 を備える燃料電池発電システム。 - 【請求項２】 前記直流出力制御手段は、前記停電検出
手段により前記他系統電源の停電が検出されないときに
は前記燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設
定される目標電流の直流出力に調整されるよう直流出力
調整手段を制御する手段である請求項１記載の燃料電池
発電システム。 - 【請求項３】 前記他系統用電力供給手段は、前記停電
検出手段により前記他系統電源の停電が検出されたとき
には、前記電力供給ラインへの電力の供給を停止する手
段である請求項１または２記載の燃料電池発電システ
ム。 - 【請求項４】 前記停電検出手段により前記他系統電源
の停電が検出されたとき、前記燃料電池へ供給される燃
料の供給量を停電時用に設定された停電時供給量として
該燃料電池を運転する停電時燃料電池運転手段を備える
請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池発電システ
ム。 - 【請求項５】 前記停電時燃料電池運転手段は、前記停
電が検出されてから所定時間経過後に前記燃料電池へ供
給される燃料の供給量を前記停電時供給量として運転す
る手段である請求項４記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項６】 請求項４または５記載の燃料電池発電シ
ステムであって、 前記停電検出手段は、前記他系統電源の復電を検出する
手段であり、 前記停電時燃料電池運転手段は、該復電が検出されたと
き、前記燃料電池へ供給される燃料の供給量を要求負荷
に応じた供給量として該燃料電池を通常時の運転状態と
なるよう該燃料電池を運転する手段である燃料電池発電
システム。 - 【請求項７】 前記停電時燃料電池運転手段は、前記復
電が検出されてから所定時間経過後に前記燃料電池へ供
給される燃料の供給量を要求負荷に応じた供給量として
運転する手段である請求項６記載の燃料電池発電システ
ム。 - 【請求項８】 炭化水素系燃料を水素リッチな燃料に改
質して前記燃料電池に供給される燃料として供給する改
質部を備える請求項１ないし７いずれか記載の燃料電池
発電システム。 - 【請求項９】 前記停電時燃料電池運転手段は、前記炭
化水素系燃料の前記改質部への供給量を変更することに
より前記燃料電池への燃料の供給量を変更する手段であ
る請求項４ないし７いずれかに係る請求項８記載の燃料
電池発電システム。 - 【請求項１０】 前記炭化水素系燃料は都市ガスまたは
プロパンガスである請求項８または９記載の燃料電池発
電システム。 - 【請求項１１】 少なくとも前記燃料電池からの熱を用
いて加温された水を貯湯する貯湯手段を備える請求項１
ないし１０いずれか記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項１２】 燃料の供給を受けて発電する燃料電池
と、前記燃料電池からの直流出力を目標電圧の直流出
力，目標電流の直流出力，目標電力の直流出力のいずれ
かに調整可能な直流出力調整手段と、該調整された直流
出力を用いて他系統電源から負荷への電力供給ラインに
電力を供給可能な他系統用電力供給手段と、前記調整さ
れた直流出力を用いて所定の直流電力により駆動する補
機に該所定の直流電力を供給する補機用電力供給手段
と、を備える燃料電池発電システムの制御方法であっ
て、（ａ）前記他系統電源の停電が検出されないときに
は前記燃料電池からの直流出力が要求負荷に基づいて設
定される目標電圧の直流出力，目標電流の直流出力，目
標電力の直流出力のいずれかに調整されるよう直流出力
調整手段を制御し、（ｂ）前記他系統電源の停電が検出
されたときには前記燃料電池からの直流出力が停電時用
に設定された停電時目標電圧の直流出力に調整されるよ
う前記直流出力調整手段を制御する燃料電池発電システ
ムの制御方法。 - 【請求項１３】 前記ステップ（ａ）は、前記他系統電
源の停電が検出されないときには前記燃料電池からの直
流出力が要求負荷に基づいて設定される目標電流の直流
出力に調整されるよう直流出力調整手段を制御するステ
ップである請求項１２記載の燃料電池発電システムの制
御方法。 - 【請求項１４】 前記ステップ（ｂ）は、前記他系統電
源の停電が検出されたときには、前記電力供給ラインへ
の電力の供給を停止するよう前記負荷用電力供給手段を
制御するステップである請求項１２または１３記載の燃
料電池発電システムの制御方法。 - 【請求項１５】 前記ステップ（ｂ）は、前記他系統電
源の停電が検出されたときには、前記燃料電池へ供給さ
れる燃料の供給量を停電時用に設定された停電時供給量
として該燃料電池を運転するステップである請求項１２
ないし１４いずれか記載の燃料電池発電システムの制御
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393934A JP2003197231A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
| US10/326,275 US6960400B2 (en) | 2001-12-26 | 2002-12-23 | Fuel cell power generation system and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393934A JP2003197231A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197231A true JP2003197231A (ja) | 2003-07-11 |
Family
ID=19188816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001393934A Pending JP2003197231A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6960400B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003197231A (ja) |
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-
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- 2001-12-26 JP JP2001393934A patent/JP2003197231A/ja active Pending
-
2002
- 2002-12-23 US US10/326,275 patent/US6960400B2/en not_active Expired - Fee Related
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