JP2002190308A - 燃料電池システムおよび供給電力切換方法 - Google Patents
燃料電池システムおよび供給電力切換方法Info
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Abstract
ことが可能な燃料電池システムを提供する。 【解決手段】 制御部600は家庭内電気負荷400で
の消費電力を、電力会社からの購入によって賄う場合の
コストCeを求め(S102)、燃料電池200による
自家発電によって賄う場合のコストCgを求める(S1
04)。給湯がされている場合には(S106)、さら
に、都市ガスのみを利用して給湯対象500に給湯を行
う場合のコストCgbを求め(S114)、燃料電池2
00からの廃熱を少なくとも利用して給湯を行う場合の
コストCgbcを求める(S116)。制御部600
は、Cg+CgbcがCe+Cgbより安い場合、燃料
電池200からの電力を家庭内電気負荷400に供給す
る(S120)。Ce+CgbがCg+Cgbcより安
い場合は、電力会社からの電力を家庭内電気負荷400
に供給する(S122)。
Description
発生された電力と外部から導入された電力のうち、少な
くとも一方を電気負荷に供給することが可能な燃料電池
システムに関するものである。
池システムは、家庭などで使用する、小型の据え置き型
発電システムとしても、利用価値が検討されている。例
えば、家庭では、燃料電池の発電時に発生する熱を風呂
などの給湯に利用することができるため、コジェネレー
ション効果によって、一層高いエネルギ効率を達成する
ことができる。
システムとして、現在提案されているものは、例えば、
都市ガスなどの商用ガスから改質器によって水素リッチ
な燃料ガスを生成し、この燃料ガスと、空気などの酸化
ガスを燃料電池に供給して、電気化学反応により発電す
るシステムである。そして、この発電により得られる電
圧は、直流であるため、DC−ACインバータにより交
流に変換されて、エアコンや照明器具などの家庭内電気
負荷に使用される。
庭内電気負荷との間に、電力会社からの外線を接続する
ことにより、燃料電池による自家発電エネルギの不足分
を、この外線を介して電力会社から購入し、過剰分を、
この外線を介して電力会社に販売することも可能とな
る。
ステムを使用する場合、燃料電池によって自家発電する
際のコスト(主に、ガス料金)が、電力会社から電力を
購入する際のコスト(電気料金)に比べて安い場合に
は、ランニング利益を生む。しかし、自家発電する際の
コストが安いからと言って、過剰に発電し過ぎると、過
剰分を電力会社に販売することになるため、その際の販
売価格が、その過剰分を発電するのに必要なガス代より
安い場合には、ランニング損益を生むことになる。従っ
て、そのような過剰分はできる限り少なくした方が、コ
ストメリット上、好ましい。要するに、家庭内電気負荷
で消費される電力に最も近い量を燃料電池によって発電
し、過渡的な電力の不足分や過剰分を、電力会社からの
購入や電力会社への販売によって賄うことが、システム
運転の基本となる。
などでの燃料電池システムの利用が拡大するに連れて、
燃料電池によって自家発電する際のガス料金と、電力会
社から電力を購入する際の電気料金と、が拮抗すること
が予測される。そのような場合には、燃料電池による自
家発電と電力会社からの電力の購入とを時々刻々切り換
えて行うことが、トータルのランニングコストを抑える
ことになる。しかし、具体的に、どのように切り換えて
いくかが課題となる。
術の課題を解決し、トータルのランニングコストを最適
に抑えることが可能な燃料電池システムを提供すること
にある。
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の第1の燃料電池システムは、燃料の供給を受けて電力
を発生する燃料電池装置を備え、該燃料電池装置から発
生された電力と外部から導入された電力のうち、少なく
とも一方を電気負荷に供給することが可能な燃料電池シ
ステムであって、前記燃料電池装置からの電力と外部か
らの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも一方
を前記電気負荷に供給する切換部と、前記電気負荷に供
給すべき電力を前記燃料電池装置からの電力によって賄
う場合に掛かる前記燃料のコストと、前記電気負荷に供
給すべき電力を外部からの電力によって賄う場合に掛か
る前記電力のコストと、を算出し、これら算出したコス
トに基づいて、トータルコストが安くなるように、前記
切換部における電力の切り換えを制御する制御部と、を
備えることを要旨とする。
は、燃料の供給を受けて電力を発生する燃料電池装置を
備え、該燃料電池装置から発生された電力と外部から導
入された電力のうち、少なくとも一方を電気負荷に供給
することが可能な燃料電池システムにおける供給電力の
切換方法であって、 (a)前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装
置からの電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコス
トと、前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力
によって賄う場合に掛かる前記電力のコストと、を算出
する工程と、 (b)これら算出したコストに基づいて、トータルコス
トが安くなるように、前記燃料電池装置からの電力と外
部からの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも
一方を前記電気負荷に供給する工程と、を備えることを
要旨とする。
は供給電力切換方法では、まず、電気負荷に供給すべき
電力を燃料電池装置からの電力によって賄う場合に掛か
る燃料のコストと、外部からの電力によって賄う場合に
掛かる電力のコストと、を算出し、次に、算出したコス
トに基づいて、トータルコストが安くなるように、燃料
電池装置からの電力と外部からの電力とを切り換えて、
両者のうち、少なくとも一方を電気負荷に供給するよう
にしている。
給電力切換方法によれば、時々刻々、トータルコストが
より安くなるように、電力の供給源が選択できるため、
トータルのランニングコストを最適に抑えることが可能
となる。また、このような電力の切り換えは、自動的に
行なわれるため、ユーザは切り換えを気にすることな
く、電力を使用することができ、省労力を実現すること
ができる。
の供給を受けて電力を発生すると共に、電力発生時に生
じた熱を廃棄する燃料電池装置を備え、該燃料電池装置
から発生された電力と外部から導入された電力のうち、
少なくとも一方を電気負荷に供給することが可能である
と共に、前記燃料電池からの廃熱を熱負荷に与えること
が可能な燃料電池システムであって、前記燃料電池装置
からの電力と外部からの電力とを切り換えて、両者のう
ち、少なくとも一方を前記電気負荷に供給する切換部
と、前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装置
からの電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコスト
と、前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力に
よって賄う場合に掛かる前記電力のコストと、前記熱負
荷に与えるべき熱を前記燃料を燃焼させることによって
得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、前
記熱負荷に与えるべき熱を前記燃料電池からの廃熱によ
って賄い、その不足分を前記燃料を燃焼させることによ
って得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコスト
と、をそれぞれ算出し、これら算出したコストに基づい
て、トータルコストが安くなるように、前記切換部にお
ける電力の切り換えを制御する制御部と、を備えること
を要旨とする。
の供給を受けて電力を発生すると共に、電力発生時に生
じた熱を廃棄する燃料電池装置を備え、該燃料電池装置
から発生された電力と外部から導入された電力のうち、
少なくとも一方を電気負荷に供給することが可能である
と共に、前記燃料電池からの廃熱を熱負荷に与えること
が可能な燃料電池システムにおける供給電力の切換方法
であって、 (a)前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装
置からの電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコス
トと、前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力
によって賄う場合に掛かる前記電力のコストと、前記熱
負荷に与えるべき熱を前記燃料を燃焼させることによっ
て得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、
前記熱負荷に与えるべき熱を前記燃料電池からの廃熱に
よって賄い、その不足分を前記燃料を燃焼させることに
よって得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコスト
と、をそれぞれ算出する工程と、 (b)これら算出したコストに基づいて、トータルコス
トが安くなるように、前記燃料電池装置からの電力と外
部からの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも
一方を前記電気負荷に供給する工程と、を備えることを
要旨とする。
は供給電力切換方法では、まず、電気負荷に供給すべき
電力を燃料電池装置からの電力によって賄う場合に掛か
る燃料のコストと、外部からの電力によって賄う場合に
掛かる電力のコストと、熱負荷に与えるべき熱を燃料を
燃焼させることによって得られる熱で賄う場合に掛かる
燃料のコストと、燃料電池からの廃熱によって賄い、そ
の不足分を燃料を燃焼させることによって得られる熱で
賄う場合に掛かる燃料のコストと、をそれぞれ算出し、
次に、これら算出したコストに基づいて、トータルコス
トが安くなるように、燃料電池装置からの電力と外部か
らの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも一方
を電気負荷に供給するようにしている。
給電力切換方法においても、時々刻々、トータルコスト
がより安くなるように、電力の供給源が選択できるた
め、トータルのランニングコストを最適に抑えることが
可能となる。また、このような電力の切り換えは、自動
的に行なわれるため、ユーザは切り換えを気にすること
なく、電力を使用することができ、省労力を実現するこ
とができる。さらに、燃料電池からの廃熱を熱負荷に与
えるなど、コジェネレーションも積極的に考慮している
ので、システム全体のエネルギ効率を向上させることが
できる。
制御部は、前記燃料電池装置からの電力と外部からの電
力のうち、何れか一方のみを前記電気負荷に供給するよ
う、前記切換部における電力の切り換えを制御すること
が好ましい。
とにより、切り換えの仕方が簡素化されるため、制御方
法が複雑化しなくて済む。
燃料電池装置は、前記燃料を改質して水素リッチな燃料
ガスを生成する改質器と、生成された前記燃料ガスの供
給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備えることが
好ましい。
り、燃料として、商用ガスなどを利用して、燃料電池に
よる発電を行なうことができる。
切換部は、前記燃料電池装置から出力される直流電圧を
交流電圧に変換するDC−ACインバータと、前記燃料
電池装置から前記DC−ACインバータを介して前記電
気負荷に電力を供給するための第1の電力供給線と、外
部から前記電気負荷に電力を供給するための第2の電力
供給線と、前記第1の電力供給線上に配置され、該第1
の電力供給線に対する通電/遮断を切り換える第1のス
イッチと、前記第2の電力供給線上に配置され、該第2
の電力供給線に対する通電/遮断を切り換える第2のス
イッチと、を備え、前記制御部は、前記DC−ACイン
バータ、並びに前記第1および第2のスイッチを制御す
ることが好ましい。
ACインバータを制御することにより、燃料電池装置か
らの出力電流を確実に制御できると共に、第1および第
2のスイッチを制御することによって、燃料電池装置か
らの電力と外部からの電力とを容易に切り換えることが
できる。
燃料電池装置は、前記燃料を改質して水素リッチな燃料
ガスを生成する改質器と、生成された前記燃料ガスの供
給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備えると共
に、前記切換部は、前記燃料電池装置から出力される直
流電圧を交流電圧に変換するDC−ACインバータと、
前記燃料電池装置から前記DC−ACインバータを介し
て前記電気負荷に電力を供給するための第1の電力供給
線と、外部から前記電気負荷に電力を供給するための第
2の電力供給線と、前記第1の電力供給線上に配置さ
れ、該第1の電力供給線に対する通電/遮断を切り換え
る第1のスイッチと、前記第2の電力供給線上に配置さ
れ、該第2の電力供給線に対する通電/遮断を切り換え
る第2のスイッチと、を備え、前記制御部は、前記燃料
電池に供給される前記燃料ガスの量から、前記燃料電池
から出力されるべき目標電流値を算出すると共に、前記
第1のスイッチを通電から遮断に、または、遮断から通
電に切り換える際には、切り換え直前の所定時間、前記
燃料電池から前記目標電流値に相当する電流が出力され
るよう、前記DC−ACインバータを制御することが好
ましい。
スイッチが通電から遮断に切り換える際に、改質器で生
成された燃料ガスが、燃料電池で消費されずに大気中に
流出してしまうのを防ぐことができると共に、エネルギ
効率の低下を抑えることができる。また、第1のスイッ
チが遮断から通電に切り換える際に、改質器で生成され
た分だけ、燃料ガスを燃料電池において過不足なく消費
して、発電動作を行うので、分極反応を生じさせること
なく、徐々に定常状態に近づけることができる。
例に基づいて以下の順序で説明する。 A.実施例の構成: B.各構成要素の機能および動作: C.制御部による制御内容: D.変形例: D−1.変形例1: D−2.変形例2: D−3.その他の変形例:
例としての燃料電池システムの構成を示すブロック図で
ある。図1に示す燃料電池システムは、家庭などで使用
可能な燃料電池システムであって、燃料として商用ガス
である都市ガスを用い、その都市ガスから水素リッチな
燃料ガスを生成し、この生成した燃料ガスを利用して発
電を行い、家庭内の電気負荷に電力を供給すると共に、
発電の際に発生した熱を風呂などの給湯に利用して、コ
ジェネレーション効果を得ている。
ガスと水から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器1
00と、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて電気化学反
応により起電力を発生する燃料電池200と、電力会社
からの電力と燃料電池200からの電力とを切り換える
インバータBOX300と、CPUなどで構成される制
御部600と、を備えている。なお、改質器100と燃
料電池200とで、燃料電池装置700を構成してい
る。
び水の供給を受けてこれらを気化・昇温させる蒸発部1
02と、蒸発部102で要する熱を発生する燃焼部10
4と、燃焼部104で発生した熱を蒸発部102に伝え
る熱交換器106と、改質反応により燃料ガスを生成す
る改質部108と、改質部108で生成された燃料ガス
中の一酸化炭素(CO)濃度を酸化反応により低減する
CO酸化部110と、を備えている。
水素極202と、酸化ガスが供給される酸素極204
と、を備えている。また、インバータBOX300は、
燃料電池200からの直流電圧を交流電圧に変換するD
C−ACインバータ302と、燃料電池200からの電
力の通電/遮断を切り換えるリレースイッチAと、電力
会社からの電力の通電/遮断を切り換えるリレースイッ
チBと、を備えている。
る都市ガスを供給するためのガス流路52と、外部から
水を供給するための水流路54が接続されている。ガス
流路52には、流量制御弁58と、流量センサ60が設
けられており、水流路54には、流量制御弁62と、流
量センサ64が設けられている。また、燃焼部104に
は、燃焼燃料を供給するための燃焼燃料流路56が接続
されており、その燃焼燃料流路56には、流量制御弁6
6が設けられている。
酸化部110および燃料電池200には、酸化ガスであ
る空気を圧縮して供給するブロア116,112,11
4および206がそれぞれ接続されている。
は、燃料電池200からの出力線と、電力会社からの外
線が接続されており、その出力は電力センサ402を介
して家庭内電気負荷400に接続されている。なお、家
庭内電気負荷400としては、エアコン,電気ファンヒ
ータ,冷蔵庫,電子レンジ,電気炊飯器,洗濯機,電気
乾燥機,照明器具,掃除機などが挙げられる。
の他に、風呂,床暖房などの給湯対象500が存在す
る。この給湯対象500には、ガス給湯器504からの
給湯と熱交換器502からの給湯が可能となっている。
ガス給湯器504には、商用ガスである都市ガスを供給
するためのガス流路506が接続されており、熱交換器
502には、燃料電池200から導かれた冷却水路20
8が接続されている。
御弁58および流量制御弁62は、それぞれ、図示せざ
る制御線によって制御部600に接続されており、制御
部600からの制御信号に基づいて、蒸発部102に供
給される都市ガス量および水の量を調節する。また、流
量センサ60および流量センサ64は、それぞれ、図示
せざる検出線を介して制御部600に接続されており、
蒸発部102に実際に供給されている都市ガス量および
水の量を検出して、その検出結果を制御部600に送信
する。
される水を気化させて、ガス流路52を介して供給され
る都市ガスと混合し、都市ガスと水蒸気とから成る原燃
料ガスを生成し、これを所定の温度に昇温して、改質部
108に供給する。
水を気化・昇温させるための熱源として、内部に燃焼触
媒を備えた燃焼部104が併設されている。この燃焼部
104には、燃焼燃料流路56を介して燃焼燃料が供給
されると共に、併設されたブロワ116によって酸化ガ
スである空気が供給される。流量制御弁66は、図示せ
ざる制御線によって制御部600に接続されており、制
御部600からの制御信号に基づいて、燃焼部104に
供給される燃焼燃料の量を調節する。
と、この燃料と空気とを用いて触媒上で燃焼反応が進行
し、所望の熱を発生する。燃焼部104と蒸発部102
との間には熱交換器106が設けられており、この熱交
換器106によって燃焼部104で発生した熱が蒸発部
102に伝えられる。なお、燃焼部104に供給される
燃焼燃料としては、商用ガスである都市ガスを用いても
良いし、後述する燃料電池200から排出される燃料オ
フガスを用いても良い。
おり、供給された都市ガスと水蒸気とから成る原燃料ガ
スを水蒸気改質反応によって改質して、水素リッチな燃
料ガスを生成し、CO酸化部110に供給する。都市ガ
スの主成分はメタンであり、改質触媒としては、例え
ば、ニッケル触媒を用いることができる。水蒸気改質反
応は、式(1)に従って起こる。
質反応によって水素リッチな燃料ガスを生成している
が、改質部108には、さらに、併設されたブロワ11
2によって、酸化ガスである空気が供給されており、都
市ガス(メタン)の部分酸化反応によっても、水素の生
成がなされている。この場合、水蒸気改質反応で要する
熱を、部分酸化反応で生じる熱によって賄うことが可能
となる。
された燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減して、燃料電
池200に供給する。改質部108で生成された燃料ガ
スは、所定量の一酸化炭素を含有しており、燃料電池2
00にこのまま供給されると、燃料ガス中の一酸化炭素
によって触媒が被毒して、電気化学反応が阻害されるか
らである。CO酸化部110で進行する反応は、燃料ガ
ス中に豊富に含まれる水素に優先して、一酸化炭素を酸
化する一酸化炭素選択酸化反応である。このため、CO
酸化部110には、併設されたブロア114によって、
酸化ガスである空気が供給されていると共に、一酸化炭
素の選択酸化触媒である白金触媒、ルテニウム触媒、パ
ラジウム触媒、金触媒、あるいはこれらを第1元素とし
た合金触媒を担持した担体が充填されている。
リッチな燃料ガスの供給を受けると共に、併設されたブ
ロア206によって酸化ガスである空気の供給を受け
て、水素極202と酸素極204において、下記に示す
ような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を
発生させる。
スが、酸素極204に酸化ガスである空気がそれぞれ供
給されると、水素極側では式(2)の反応が、酸素極側
では式(3)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体と
しては、式(4)の反応が行なわれる。
積層されたスタック構造となっており、1つの単セル
は、電解質膜(図示せず)と、それを両側から挟み込む
拡散電極である水素極202及び酸素極204と、さら
にそれらを両側から挟み込む2枚のセパレータ(図示せ
ず)と、で構成されている。セパレータの両面には、凹
凸が形成されており、挟み込んだ水素極202と酸素極
204との間で、単セル内ガス流路を形成している。こ
のうち、水素極202との間で形成される単セル内ガス
流路には、前述したごとく供給された燃料ガスが、酸素
極204との間で形成される単セル内ガス流路には、酸
化ガスが、それぞれ流れている。そして、上記電気化学
反応に供された燃料ガスおよび酸化ガスは、オフガスと
して排出される。また、数層毎に、単セルと単セルとの
間には冷却水路が形成されており、その中に冷却水を流
すことによって、上記した電気化学反応等で生じた熱を
取り除いている。
圧であるのに対し、家庭内電気負荷400で用いられる
電圧は交流電圧である。そのため、燃料電池200と家
庭内電気負荷400との間には、DC−ACインバータ
302が設けられており、これによって、燃料電池20
0で発生された直流電圧を交流電圧に変換している。
302を介して入力された電力は、リレースイッチAを
介して、家庭内電気負荷400に供給される。また、燃
料電池200からの電力の他に、電力会社から外線を介
して電力が入力されており、この電力は、リレースイッ
チBを介して、家庭内電気負荷400に供給される。リ
レースイッチA,Bは、それぞれ、図示せざる制御線を
介して制御部600に接続されており、制御部600か
らの制御信号に基づいて、ON/OFFが切り換えられ
る。
400との間に設けられた電力センサ402は、図示せ
ざる検出線を介して制御部600に接続されており、家
庭内電気負荷400で消費される電力を検出して、その
検出結果を制御部600に送信する。
0から冷却水路208を介して、暖められた冷却水が供
給されている。熱交換器502では、その冷却水に燃料
電池200によって捨てられた廃熱を回収し、その回収
した熱を利用して、風呂などの給湯対象500に対して
給湯を行う。
06を介して都市ガスが供給されており、その都市ガス
を燃焼させることによって、給湯対象500に対して給
湯を行う。
グラムに従って所定の演算などを実行するCPU(図示
せず)や、CPUで各種演算処理を実行するのに必要な
制御プログラムや制御データ等が予め格納されたROM
(図示せず)や、同じくCPUで各種演算処理をするの
に必要な各種データが一時的に読み書きされるRAM
(図示せず)や、流量センサ60,64および電力セン
サ402等の各種センサからの検出結果などを入力する
と共に、CPUでの演算結果に応じて既述した各ブロワ
や流量制御弁などの制御対象に制御信号を出力する入出
力ポートなどを備えている。制御部600は、このよう
に各種の信号を入出力することによって、燃料電池シス
テム全体の運転状態を制御する。
ムは、家庭内電気負荷400に対しては、燃料電池20
0による自家発電によって得られる電力と、電力会社か
ら購入して得られる電力と、をリレースイッチA,Bに
よって切り換えて供給することができるようになってい
る。また、給湯対象500に対しては、都市ガスを用い
て給湯ができる他、燃料電池200からの廃熱を利用し
て給湯ができるようにもなっている。
は、このような燃料電池システムにおいて、制御部60
0が、電力供給に掛かるコストの他、給湯に掛かるコス
トも考慮した上で、トータルコストが有利になるよう
に、リレースイッチA,Bを切り換えるようにしてい
る。なお、制御部600がリレースイッチA,Bを切り
換える際には、一方のリレースイッチをONしたときに
は、他方のリレースイッチはOFFするように切り換え
る。
における制御部600の制御手順を示すフローチャート
である。図2における丸Aは、図3における丸Aに続い
ている。図2および図3に示す制御ルーチンは、制御部
600によって一定時間毎に繰り返される。
制御部600は、家庭内での電力消費に掛かるコストを
求めるために、まず、家庭内電気負荷400で消費され
る電力を、電力会社からの購入によって賄うと仮定した
場合のコストを求める(ステップS102)。具体的に
は、以下の処理を行う。
402からの検出結果を入力して、家庭内電気負荷40
0で消費される電力:Uki[kW]を、サンプル時
間:DT(=1sec)毎に測定し、式(5)に従っ
て、サンプル60点を積分することで、過去1分間の使
用電力量:Xk[kWh]を算出する。
使用電力量Xk[kWh]を、電力会社から購入によっ
て賄う場合のコスト:Ce[円]を、式(6)に従って
算出する。
本料金に相当する定数であり、Ke2は、電気の従量料
金単価に相当する係数である。
力を賄うと仮定した場合のコストを求めることができ
る。
00で消費される電力を、燃料電池200による自家発
電によって賄うと仮定した場合のコストを求める(ステ
ップS104)。具体的には、以下の処理を行う。
負荷400で消費される電力:Uk[kW]を賄うため
に、燃料電池200から出力すべき電流:Ifc[A]
を、式(7)に従って算出する。
00内のDC−ACインバータ302の変換効率などを
含む定数であり、Vfc[V]は燃料電池200から出
力される電圧である。なお、この出力電圧は電圧センサ
(図示せず)によって検出された値であっても良いし、
近似的な名目上の定数であっても良い。
200における反応式(2)を基に、燃料電池200か
ら、この算出した電流:Ifc[A]を出力させるのに
必要な水素量:Fh[mol/s]を計算する。具体的
には、式(8)に従って算出する。
hは燃料電池200における水素利用率の逆数である。
00における反応式(1)を基に、この算出した水素
量:Fh[mol/s]を改質器100で生成させるの
に必要なメタン流量:Fm[mol/s]を計算する。
具体的には、式(9)に従って算出する。
ン流量:Fm[mol/s]を改質器100で使用させ
るために、改質器100に供給すべき都市ガスの流量:
Fk[mol/s]は、式(10)に従って算出する。
ており、或る一定の割合で窒素が混入されている。従っ
て、この窒素分を考慮して補正するために、式(9)で
は、係数としてKm2kが掛けられている。
間:DT(=1sec)毎に、改質器100に供給すべ
き都市ガスの流量:Fki[mol/s]を算出し、式
(11)に従って、サンプル60点を積分することで、
過去1分間の使用ガス量:Vk[m3]を算出する。
(20℃,1気圧)の容積に変換するための係数であ
る。
量Vk[m3]が、改質器100で都市ガスを改質し燃
料電池200で自家発電を行うことによって、前述した
過去1分間の使用電力量Xk[kWh]を賄うのに必要
となるガス量である。そこで、次に、制御部600は、
この算出した過去1分間の使用ガス量Vk[m3]か
ら、都市ガスを用いて燃料電池200による自家発電を
行うことにより、過去1分間の使用電力量Xk[kW
h]を賄う場合のコスト:Cg[円]を、式(12)に
従って算出する。
本料金に相当する定数であり、Kg2は、ガスの従量料
金単価に相当する係数である。
て電力を賄うと仮定した場合のコストを求めることがで
きる。
風呂などの給湯対象500に給湯がされているか否かを
判定し(ステップS106)、給湯がされていない場合
には、給湯に掛かるコストを考慮しなくて良いため、ス
テップS108の処理に進み、給湯がされている場合に
は、給湯に掛かるコストを考慮する必要があるため、ス
テップS114に進む。
ステップS102で求めた電力会社からの購入によって
賄うと仮定した場合のコスト(過去1分間のコスト:C
e[円])と、ステップS104で求めた燃料電池20
0による自家発電によって賄うと仮定した場合のコスト
(過去1分間のコスト:Cg[円])と、を比較して、
後者(自家発電)のコストCg[円]の方が、前者(電
力会社からの購入)のコストCe[円]よりも安い場合
には、式(13)に従って、燃料電池側のリレースイッ
チAに対応するリレーフラッグRLYaをONにし、外
線側のリレースイッチBに対応するリレーフラッグRL
YbをOFFにする(ステップS110)。
ストCe[円]の方が、後者(自家発電)のコストCg
[円]よりも安い場合には、式(14)に従って、燃料
電池側のリレースイッチAに対応するリレーフラッグR
LYaをOFFにし、外線側のリレースイッチBに対応
するリレーフラッグRLYbをONにする(ステップS
112)。
レースイッチA,Bの切り換えを行わない。
の処理である。なお、この処理が終了したら、図2の丸
Aに続く図3の丸A以降の処理に進む。
は、制御部600は、家庭内での給湯に掛かるコストを
求めるために、まず、都市ガスのみを利用することによ
って給湯を行う(具体的には、ガス給湯器504のみに
よって給湯を行う)と仮定した場合のコストを求める
(ステップS114)。このように、都市ガスのみを利
用して給湯を行う場合とは、燃料電池200が自家発電
を行っておらず、燃料電池200の廃熱を利用できない
場合(コジェネレーションがない場合)、即ち、上記し
た、家庭内電気負荷400での消費電力を電力会社から
の購入によって賄う場合に相当する。制御部600は、
具体的には、以下の処理を行う。
量:Hb[kcal/s]を取得し、この熱量Hb[k
cal/s]を都市ガスの利用のみによって賄う場合
の、給湯に必要な都市ガスの流量:Fb[mol/s]
を、式(15)に従って算出する。
あるメタンの燃焼熱、ガス給湯器504の熱交換率など
から成る変換係数である。
s]は、図示せざる温度センサからの検出結果や、蓄積
された過去のデータなどに基づいて取得する。
間:DT(=1sec)毎に、給湯に必要な都市ガスの
流量:Fbi[mol/s]を算出し、式(16)に従
って、サンプル60点を積分することで、過去1分間の
使用ガス量(給湯のみ):Vb[m3]を算出する。
ル数を標準状態(20℃,1気圧)の容積に変換するた
めの係数である。
1分間の使用ガス量(給湯のみ)Vb[m3]から、都
市ガスのみを利用して、過去1分間、給湯を行う場合の
コスト:Cgb[円]を、式(17)に従って算出す
る。
1分間のガスの基本料金に相当する定数であり、Kg2
は、ガスの従量料金単価に相当する係数である。
よって給湯を行うと仮定した場合のコストを求めること
ができる。
らの廃熱を少なくとも利用することによって給湯を行う
と仮定した場合(コジェネレーションがある場合)のコ
ストを求める(ステップS116)。このように、燃料
電池200からの廃熱を利用して給湯を行う場合とは、
家庭内電気負荷400での消費電力を、燃料電池200
による自家発電によって賄う場合に相当し、燃料電池2
00からの廃熱のみを利用して給湯を行う(具体的に
は、熱交換器502のみによって給湯を行う)場合と、
燃料電池200からの廃熱を利用する他、都市ガスも利
用して給湯を行う(即ち、熱交換器502とガス給湯器
504の両方によって給湯を行う)場合と、に分けられ
る。制御部600は、具体的には、以下の処理を行う。
に示すように、前述のステップS104において算出し
た燃料電池200の出力電流Ifc[A]に基づいて、
予めROM(図示せず)に格納されているマップから、
回収熱量:Hrec[kcal/s]を求める。
00によって捨てられた廃熱を、熱交換器502で回収
した際の回収熱量である。この回収熱量Hrecは、燃
料電池200の出力電流Ifc[A]と、例えば、図4
に示すような相関がある。
量:Hb[kcal/s]を取得し、この熱量Hb[k
cal/s]を都市ガスの利用と燃料電池200からの
廃熱の利用とによって賄う場合の、給湯に必要な都市ガ
スの流量:Fbc[mol/s]を、式(19)に従っ
て算出する。
な熱量Hbは燃料電池200の廃熱から回収した熱量H
recによって全て賄うことができるので、給湯のため
に、都市ガスを利用する必要がない。そのため、給湯に
必要な都市ガスの流量Fbcは、0となる。
要な熱量Hbは燃料電池200の廃熱から回収した熱量
Hrecだけでは不足するのて、都市ガスを用いて熱量
を補う必要がある。そのため、給湯に必要な都市ガスの
流量Fbcは、式(19)に従う。
市ガスの主成分であるメタンの燃焼熱、ガス給湯器50
4の熱交換率などから成る変換係数である。
間:DT(=1sec)毎に、給湯に必要な都市ガスの
流量:Fbci[mol/s]を算出し、式(20)に
従って、サンプル60点を積分することで、過去1分間
の使用ガス量(給湯のみ):Vbc[m3]を算出す
る。
ル数を標準状態(20℃,1気圧)の容積に変換するた
めの係数である。
1分間の使用ガス量(給湯のみ)Vbc[m3]から、
都市ガスと燃料電池200からの廃熱を利用して、過去
1分間、給湯を行う場合のコスト:Cgbc[円]を、
式(21)に従って算出する。
1分間のガスの基本料金に相当する定数であり、Kg2
は、ガスの従量料金単価に相当する係数である。
なくとも利用することによって給湯を行うと仮定した場
合のコストを求めることができる。
合、次の2つの利用形態が考えられる。即ち、1つ目
は、家庭内電気負荷400での電力消費を、電力会社か
らの購入によって賄い、給湯対象500への給湯を都市
ガスのみを利用することによって行う形態、即ち、コジ
ェネレーションがない場合の形態である。また、2つ目
は、家庭内電気負荷400での電力消費を、燃料電池2
00による自家発電によって賄い、給湯対象500への
給湯を燃料電池200からの廃熱を少なくとも利用する
ことによって行う形態、即ち、コジェネレーションがあ
る場合の形態である。
ステップS102で求めた電力会社からの購入によって
賄うと仮定した場合のコスト(過去1分間のコスト:C
e[円])と、ステップS114で求めた都市ガスのみ
を利用して給湯を行うと仮定した場合のコスト(過去1
分間分のコスト:Cgb[円])と、の和Ce+Cgb
[円]である。一方、後者の利用形態の場合に掛かるコ
ストは、ステップS104で求めた燃料電池200によ
る自家発電によって賄うと仮定した場合のコスト(過去
1分間のコスト:Cg[円])と、ステップS116で
求めた燃料電池200からの廃熱を少なくとも利用して
給湯を行うと仮定した場合のコスト(過去1分間分のコ
スト:Cgbc[円])と、の和Cg+Cgbc[円]
である。
の場合に掛かるコスト(過去1分間のコスト:Ce+C
gb[円])と、後者の利用形態の場合に掛かるコスト
(過去1分間のコスト:Cg+Cgbc[円])と、を
比較して、後者の利用形態(自家発電など)の場合に掛
かるコストCg+Cgbc[円]の方が、前者の利用形
態(電力会社からの購入など)の場合に掛かるコストC
e+Cgb[円]よりも安い場合には、式(22)に従
って、燃料電池側のリレースイッチAに対応するリレー
フラッグRLYaをONにし、外線側のリレースイッチ
Bに対応するリレーフラッグRLYbをOFFにする
(ステップS120)。
RLYa=ON,RLYb=OFF(22)
購入など)の場合に掛かるコストCe+Cgb[円]の
方が、後者の利用形態(自家発電など)の場合に掛かる
コストCg+Cgbc[円]よりも安い場合には、式
(23)に従って、燃料電池側のリレースイッチAに対
応するリレーフラッグRLYaをOFFにし、外線側の
リレースイッチBに対応するリレーフラッグRLYbを
ONにする(ステップS122)。
RLYa=OFF,RLYb=ON(23)
レースイッチA,Bの切り換えを行わない。
処理である。なお、この処理が終了したら、図2の丸A
に続く図3の丸A以降の処理に進む。
いては、改質器の応答が燃料電池のそれよりも約10倍
遅いと言う特徴がある。このため、例えば、運転中の燃
料電池システムを急停止させる場合、インバータによる
燃料電池からの電流の引き抜きを急停止することは可能
であるが、改質器においては、都市ガスの供給を急停止
しても、改質反応はしばらく(数秒)持続するため、そ
の間に生成された燃料ガス(水素を含む)を大気中に廃
棄せざるを得ず、エネルギ効率が低下してしまうという
問題があった。逆に、停止している燃料電池システムを
起動する場合、燃料電池において急激に発電しようとし
ても、改質器での燃料ガスの生成が間に合わず、この状
態で、インバータにより燃料電池から電流を引こうとす
ると、燃料電池において分極反応が顕著に現れ、燃料電
池の出力電圧が急激に低下するという問題があった。
ムにおいては、リレースイッチAをONからOFFに切
り換えた際に、後者の問題は、リレースイッチAをOF
FからONに切り換えた際に、それぞれ、生じる恐れが
ある。そこで、本実施例においては、以下に述べるとお
り、燃料電池200に供給される水素量から、DC−A
Cインバータ302の目標電流値を算出し、リレースイ
ッチAのON/OFFを切り換える際に、その目標電流
値を用いてDC−ACインバータ302の協調制御を行
うようにしている。以下、制御部600の具体的に処理
について説明する。
ず、制御部600は、燃料電池200に供給される水素
量から、DC−ACインバータ302の目標電流値を求
める(ステップS124)。具体的には、以下の通りと
なる。
検出結果から、都市ガス流量の計測値:Fk[mol/
s]を取得し、その値から、改質器モデルを用いて、燃
料電池200に供給される水素量の推定値:Fhest
[mol/s]を算出する。例えば、改質器100を
「1次遅れ+むだ時間」系で表すとすると、上記推定値
Fhest[mol/s]は、式(24)の如くにな
る。
×S)/(Tk×S+1)×Fk(24)
時間,時定数であり、Sはラプラス演算子である。
定であるが、精度をさらに上げるために、カルマンフィ
ルタ等を用いて、閉ループ推定としても良い。
推定値Fhest[mol/s]に対して、この水素量
が燃料電池200に供給され、燃料電池200におい
て、その水素量が過不足なく消費されて、適切に発電が
行われた場合の、燃料電池200の出力電流Ifc
[A]を、式(8)を逆算することによって求め、その
値をDC−ACインバータ302の目標電流値:Iin
v[A]とする。即ち、DC−ACインバータ302に
よって、燃料電池200から目標電流値Iinv[A]
分、電流を引くことにより、燃料電池200では、供給
された上記水素量Fhest[mol/s]が過不足な
く消費されて発電されることになる。
Iinv[A]は、具体的には、式(25)の如くにな
る。
A,BのON/OFF状態と、リレーフラッグRLY
a,RLYbのON/OFF状態を、それぞれ確認する
(ステップS126)。そして、確認の結果、リレース
イッチAがONであり、かつ、リレーフラッグRLYa
がOFFであるならば(ステップS128)、リレース
イッチAのONからOFFへの切換処理を許可して(ス
テップS130)、図3に示す制御ルーチンを抜ける。
また、リレースイッチAがOFFであり、かつ、リレー
フラッグRLYaがONであるならば(ステップS13
2)、リレースイッチAのOFFからONへの切換処理
を許可して(ステップS132)、図3に示す制御ルー
チンを抜ける。さらに、上記以外の場合には、そのまま
図3に示す制御ルーチンを抜ける。以上で、図3に示す
制御ルーチンの説明を終了する。
OFFへの切換処理の処理手順を示すフローチャートで
ある。
換処理が許可された場合、制御部600は、一定時間毎
に繰り返される図2および図3に示す制御ルーチンと並
行して、図5に示す切換処理を開始する。まず、制御部
600は、流量制御弁58を制御して、改質器100へ
の都市ガスの供給を停止する(ステップS202)。次
に、制御部600は、図3のステップS124の処理が
繰り返される毎に、算出される目標電流値Iinv
[A]に基づいて、DC−ACインバータ302の協調
制御を行う(ステップS204)。即ち、制御部600
は、燃料電池200から目標電流値Iinv[A]に相
当する電流を出力電流として引き出すように、DC−A
Cインバータ302を制御する。そして、都市ガスの供
給停止から所定時間経過後、制御部600は、DC−A
Cインバータ302の協調制御を終了し、リレースイッ
チAをONからOFFへ切り換えると同時に、リレース
イッチBをOFFからONへ切り換える(ステップS2
06)。こうして、リレースイッチAのONからOFF
への切換処理を終了する。
す。図6において、(a)は改質器100に対する都市
ガスの供給/停止状態を示し、(b)はリレースイッチ
AのON/OFF状態を示し、(c)はDC−ACイン
バータ302の目標電流値Iinvを示す。なお、横軸
は時間である。
ガスの供給を停止した後、目標電流値Iinvに従って
DC−ACインバータ302の協調制御を行い、目標電
流値Iinvが少なくなった所定時間経過後に、リレー
スイッチAをONからOFFに切り換える。
OFFへの切り換え時に、DC−ACインバータ302
の協調制御を行うことにより、改質器100への都市ガ
スの供給を停止した後、改質器100において、しばら
く改質反応が持続し、燃料ガスが生成されても、その燃
料ガスを燃料電池200において過不足なく消費して、
徐々に発電動作を終了することになるので、燃料ガスを
大気中に廃棄することなく、エネルギ効率を向上させる
ことができる。
らONへの切換処理の処理手順を示すフローチャートで
ある。
Nへの切換処理が許可された場合には、制御部600
は、一定時間毎に繰り返される図2および図3に示す制
御ルーチンと並行して、図7に示す切換処理を開始す
る。まず、制御部600は、流量制御弁58を制御し
て、改質器100への都市ガスの供給を開始する(ステ
ップS302)。次に、制御部600は、図3のステッ
プS124の処理が繰り返される毎に、算出される目標
電流値Iinv[A]に基づいて、上述したと同様のD
C−ACインバータ302の協調制御を行う(ステップ
S304)。そして、都市ガスの供給開始から所定時間
経過したら、制御部600は、DC−ACインバータ3
02の協調制御を終了し、リレースイッチAをOFFか
らONへ切り換えると同時に、リレースイッチBをON
からからOFFへ切り換える(ステップS306)。こ
うして、リレースイッチAのOFFからONへの切換処
理を終了する。
す。図8において、(a)は改質器100に対する都市
ガスの供給/停止状態を示し、(b)はリレースイッチ
AのON/OFF状態を示し、(c)はDC−ACイン
バータ302の目標電流値Iinvを示す。なお、横軸
は時間である。
ガスの開始を停止した後、目標電流値Iinvに従って
DC−ACインバータ302の協調制御を行い、目標電
流値Iinvが上昇してきた所定時間経過後に、リレー
スイッチAをOFFからONに切り換える。
らONへの切り換え時に、DC−ACインバータ302
の協調制御を行うことにより、改質器100への都市ガ
スの供給開始後、改質器100で生成された分だけ、燃
料ガスを燃料電池200において過不足なく消費して、
発電動作を行うので、分極反応を生じさせることなく、
徐々に定常状態に近づけることができる。
時々刻々、トータルコストがより安くなるように、燃料
電池200からの電力か、電力会社からの電力かを切り
換えて、電力の供給源を選択できるため、トータルのラ
ンニングコストを最適に抑えることが可能となる。ま
た、このような電力の切り換えは、自動的に行なわれる
ため、ユーザは切り換えを気にすることなく、電力を使
用することができ、省労力を実現することができる。ま
たさらに、燃料電池200からの廃熱を給湯に利用する
など、コジェネレーションも積極的に考慮しているの
で、システム全体のエネルギ効率を向上させることがで
きる。
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様にて実施することが可能である。
600は、リレースイッチA,Bを切り換える際には、
一方のリレースイッチをONしたときには、他方のリレ
ースイッチはOFFするように切り換えていた。しかし
ながら、リレースイッチAがONで、燃料電池200に
よる自家発電によって得られた電力を家庭内電気負荷4
00に供給している場合に、電気負荷の急増が起こり、
かつ、改質器100における燃料ガスの生成が追いつか
ない場合(過渡最悪ケース)、過渡的に、電力会社から
外線を介して電力の供給を受けて、不足分を補い必要が
ある。そこで、そのような制御を付加した変形例につい
て、説明する。
スイッチAがONである時、必要に応じて、リレースイ
ッチBをONする。
制御手順の主要部を示すフローチャートである。図9に
示す処理は、図2および図3の制御ルーチンの最後尾に
追加される。
のステップS126で確認した結果、リレースイッチA
がONである場合(ステップS136)に、図2のステ
ップS104中で算出した、家庭内電気負荷400での
消費電力を賄うために燃料電池200から出力すべき電
流Ifc[A]、即ち、要求値と、図3のステップS1
24中で算出した、供給された水素量が過不足なく消費
されて適切に発電が行われた場合の燃料電池200の出
力電流(DC−ACインバータ302の目標電流値)I
inv[A]、即ち、実現可能値と、の差を求め、その
差(Ifc−Iinv)がしきい値Kthより大きいか
否かを判定する(ステップS138)。ここで、Kth
は、リレースイッチAがONの時に、リレースイッチB
のONを許可するためのしきい値である。
v)がしきい値Kthより大きい場合、即ち、燃料電池
200の出力電流の要求値Ifcが、実現可能値Iin
vに比べて大き過ぎる場合、電気負荷が急増して、それ
に対して改質器100での燃料ガスの生成が追いついて
いない(つまり、過渡最悪ケース)と判断して、制御部
600は、リレースイッチBをONにする(ステップS
140)。
もしないで、図2および図3の制御ルーチンをそのまま
抜ける。
負荷の急増が起こり、かつ、改質器100における燃料
ガスの生成が追いつかない場合(過渡最悪ケース)で
も、電力会社から電力の供給を受けて、不足分を補うこ
とができる。また、図5のステップS204で行う協調
制御時に、過渡的に、燃料電池200による発電能力が
足りなくなった場合でも、安定運転を確保することがで
きる。
ては、図3のステップS124において、DC−ACイ
ンバータ302の目標電流値Iinv[A]を求める
際、流量センサ60の検出結果である、都市ガス流量の
計測値Fkから、燃料電池200に供給される水素量を
推定したが、改質器100から燃料電池200に至るガ
ス流路中(好ましくは、燃料電池200の燃料ガスに、
所望のセンサを設けて、燃料電池200に供給される水
素量を直接計測するようにしても良い。その場合、制御
部600は、その計測値:Fhmes[mol/s]か
ら、式(26)に従って、DC−ACインバータ302
の目標電流値Iinv[A]を求めるようにする。
精度よく、DC−ACインバータ302の目標電流値I
inv[A]を求めることができる。
では、熱負荷として、給湯対象を例として挙げたが、風
呂などの場合、給湯を熱交換器502,ガス給湯器50
4で行う他、追い炊きをガス釜で行う場合も考えられ
る。このような場合にも、本発明は当然に適用可能であ
る。
としては、商用ガスである都市ガスやプロパンガスの
他、エタノール,メタノールなどのアルコールや、ガソ
リン,灯油などの石油系燃料や、アルデヒド,エーテル
なども含まれる。
用のみならず、オフィスやコンビニエンスストアなど事
業用としても、利用可能であることは言うまでもない。
構成を示すブロック図である。
の制御手順の前半部分を示すフローチャートである。
の制御手順の後半部分を示すフローチャートである。
と熱交換器502での回収熱量Hrecとの相関関係を
示すグラフである。
Fへの切換処理の処理手順を示すフローチャートであ
る。
Fへ切り換える際の改質器100に対する都市ガスの供
給/停止状態、リレースイッチAのON/OFF状態、
およびDC−ACインバータ302の目標電流値Iin
vを示すタイミングチャートである。
Nへの切換処理の処理手順を示すフローチャートであ
る。
Nへ切り換える際の改質器100に対する都市ガスの供
給/停止状態、リレースイッチAのON/OFF状態、
およびDC−ACインバータ302の目標電流値Iin
vを示すタイミングチャートである。
部を示すフローチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 燃料の供給を受けて電力を発生する燃料
電池装置を備え、該燃料電池装置から発生された電力と
外部から導入された電力のうち、少なくとも一方を電気
負荷に供給することが可能な燃料電池システムであっ
て、 前記燃料電池装置からの電力と外部からの電力とを切り
換えて、両者のうち、少なくとも一方を前記電気負荷に
供給する切換部と、 前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装置から
の電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、
前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力によっ
て賄う場合に掛かる前記電力のコストと、を算出し、こ
れら算出したコストに基づいて、トータルコストが安く
なるように、前記切換部における電力の切り換えを制御
する制御部と、 を備える燃料電池システム。 - 【請求項2】 燃料の供給を受けて電力を発生すると共
に、電力発生時に生じた熱を廃棄する燃料電池装置を備
え、該燃料電池装置から発生された電力と外部から導入
された電力のうち、少なくとも一方を電気負荷に供給す
ることが可能であると共に、前記燃料電池からの廃熱を
熱負荷に与えることが可能な燃料電池システムであっ
て、 前記燃料電池装置からの電力と外部からの電力とを切り
換えて、両者のうち、少なくとも一方を前記電気負荷に
供給する切換部と、 前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装置から
の電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、
前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力によっ
て賄う場合に掛かる前記電力のコストと、前記熱負荷に
与えるべき熱を前記燃料を燃焼させることによって得ら
れる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、前記熱
負荷に与えるべき熱を前記燃料電池からの廃熱によって
賄い、その不足分を前記燃料を燃焼させることによって
得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、を
それぞれ算出し、これら算出したコストに基づいて、ト
ータルコストが安くなるように、前記切換部における電
力の切り換えを制御する制御部と、 を備える燃料電池システム。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の燃料電
池システムにおいて、 前記制御部は、前記燃料電池装置からの電力と外部から
の電力のうち、何れか一方のみを前記電気負荷に供給す
るよう、前記切換部における電力の切り換えを制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のうちの任意の
1つに記載の燃料電池システムにおいて、 前記燃料電池装置は、 前記燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改
質器と、 生成された前記燃料ガスの供給を受けて電力を発生する
燃料電池と、 を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項3のうちの任意の
1つに記載の燃料電池システムにおいて、 前記切換部は、 前記燃料電池装置から出力される直流電圧を交流電圧に
変換するDC−ACインバータと、 前記燃料電池装置から前記DC−ACインバータを介し
て前記電気負荷に電力を供給するための第1の電力供給
線と、 外部から前記電気負荷に電力を供給するための第2の電
力供給線と、 前記第1の電力供給線上に配置され、該第1の電力供給
線に対する通電/遮断を切り換える第1のスイッチと、 前記第2の電力供給線上に配置され、該第2の電力供給
線に対する通電/遮断を切り換える第2のスイッチと、 を備え、 前記制御部は、前記DC−ACインバータ、並びに前記
第1および第2のスイッチを制御することを特徴とする
燃料電池システム。 - 【請求項6】 請求項1ないし請求項3のうちの任意の
1つに記載の燃料電池システムにおいて、 前記燃料電池装置は、 前記燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改
質器と、 生成された前記燃料ガスの供給を受けて電力を発生する
燃料電池と、 を備えると共に、 前記切換部は、 前記燃料電池装置から出力される直流電圧を交流電圧に
変換するDC−ACインバータと、 前記燃料電池装置から前記DC−ACインバータを介し
て前記電気負荷に電力を供給するための第1の電力供給
線と、 外部から前記電気負荷に電力を供給するための第2の電
力供給線と、 前記第1の電力供給線上に配置され、該第1の電力供給
線に対する通電/遮断を切り換える第1のスイッチと、 前記第2の電力供給線上に配置され、該第2の電力供給
線に対する通電/遮断を切り換える第2のスイッチと、 を備え、 前記制御部は、前記燃料電池に供給される前記燃料ガス
の量から、前記燃料電池から出力されるべき目標電流値
を算出すると共に、前記第1のスイッチを通電から遮断
に、または、遮断から通電に切り換える際には、切り換
え直前の所定時間、前記燃料電池から前記目標電流値に
相当する電流が出力されるよう、前記DC−ACインバ
ータを制御することを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項7】 燃料の供給を受けて電力を発生する燃料
電池装置を備え、該燃料電池装置から発生された電力と
外部から導入された電力のうち、少なくとも一方を電気
負荷に供給することが可能な燃料電池システムにおける
供給電力の切換方法であって、 (a)前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装
置からの電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコス
トと、前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力
によって賄う場合に掛かる前記電力のコストと、を算出
する工程と、 (b)これら算出したコストに基づいて、トータルコス
トが安くなるように、前記燃料電池装置からの電力と外
部からの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも
一方を前記電気負荷に供給する工程と、 を備える供給電力切換方法。 - 【請求項8】 燃料の供給を受けて電力を発生すると共
に、電力発生時に生じた熱を廃棄する燃料電池装置を備
え、該燃料電池装置から発生された電力と外部から導入
された電力のうち、少なくとも一方を電気負荷に供給す
ることが可能であると共に、前記燃料電池からの廃熱を
熱負荷に与えることが可能な燃料電池システムにおける
供給電力の切換方法であって、 (a)前記電気負荷に供給すべき電力を前記燃料電池装
置からの電力によって賄う場合に掛かる前記燃料のコス
トと、前記電気負荷に供給すべき電力を外部からの電力
によって賄う場合に掛かる前記電力のコストと、前記熱
負荷に与えるべき熱を前記燃料を燃焼させることによっ
て得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコストと、
前記熱負荷に与えるべき熱を前記燃料電池からの廃熱に
よって賄い、その不足分を前記燃料を燃焼させることに
よって得られる熱で賄う場合に掛かる前記燃料のコスト
と、をそれぞれ算出する工程と、 (b)これら算出したコストに基づいて、トータルコス
トが安くなるように、前記燃料電池装置からの電力と外
部からの電力とを切り換えて、両者のうち、少なくとも
一方を前記電気負荷に供給する工程と、 を備える供給電力切換方法。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004156820A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Noritz Corp | コジェネレーションシステム |
EP1662593A1 (en) * | 2003-07-25 | 2006-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
KR101308304B1 (ko) * | 2011-09-28 | 2013-09-17 | 현대건설주식회사 | 비상 발전이 가능한 연료전지 시스템의 운전방법 |
KR101313880B1 (ko) | 2012-09-17 | 2013-10-01 | 한국에너지기술연구원 | 정치형 연료전지 시스템의 효율 관리 방법 |
KR101313876B1 (ko) | 2012-09-17 | 2013-10-01 | 한국에너지기술연구원 | 정치형 연료전지 시스템의 운전비용 관리 방법 |
US9093677B2 (en) | 2012-09-17 | 2015-07-28 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus and method for managing stationary fuel cell system |
EP2763266A4 (en) * | 2011-09-28 | 2015-09-16 | Kyocera Corp | ENERGY MANAGEMENT SYSTEM, ENERGY MANAGEMENT DEVICE AND PERFORMANCE CONTROL METHOD |
US9577274B2 (en) | 2012-09-17 | 2017-02-21 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus and method for managing fuel cell vehicle system |
JP2021099897A (ja) * | 2019-12-19 | 2021-07-01 | 株式会社アイシン | 燃料電池システム |
CN114488821A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 燃料电池过氧比的区间经济模型预测控制方法及*** |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03236165A (ja) * | 1990-02-14 | 1991-10-22 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の制御方法 |
JPH04312318A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-04 | Takenaka Komuten Co Ltd | ビル用電源装置 |
JPH08315841A (ja) * | 1995-05-22 | 1996-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の出力制御装置 |
JPH1173983A (ja) * | 1997-08-29 | 1999-03-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置及び燃料電池劣化診断方法 |
JP2001102063A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Hiromitsu Shinjo | 燃料電池コージェネレーションシステム |
-
2000
- 2000-12-20 JP JP2000387088A patent/JP4984344B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03236165A (ja) * | 1990-02-14 | 1991-10-22 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の制御方法 |
JPH04312318A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-04 | Takenaka Komuten Co Ltd | ビル用電源装置 |
JPH08315841A (ja) * | 1995-05-22 | 1996-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の出力制御装置 |
JPH1173983A (ja) * | 1997-08-29 | 1999-03-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置及び燃料電池劣化診断方法 |
JP2001102063A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Hiromitsu Shinjo | 燃料電池コージェネレーションシステム |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004156820A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Noritz Corp | コジェネレーションシステム |
EP1662593A1 (en) * | 2003-07-25 | 2006-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
US7951497B2 (en) | 2003-07-25 | 2011-05-31 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
EP1662593A4 (en) * | 2003-07-25 | 2012-01-04 | Panasonic Corp | FUEL CELL SYSTEM |
EP2763266A4 (en) * | 2011-09-28 | 2015-09-16 | Kyocera Corp | ENERGY MANAGEMENT SYSTEM, ENERGY MANAGEMENT DEVICE AND PERFORMANCE CONTROL METHOD |
KR101308304B1 (ko) * | 2011-09-28 | 2013-09-17 | 현대건설주식회사 | 비상 발전이 가능한 연료전지 시스템의 운전방법 |
US9594362B2 (en) | 2011-09-28 | 2017-03-14 | Kyocera Corporation | Energy management system, energy management apparatus, and power management method |
KR101313876B1 (ko) | 2012-09-17 | 2013-10-01 | 한국에너지기술연구원 | 정치형 연료전지 시스템의 운전비용 관리 방법 |
US9093677B2 (en) | 2012-09-17 | 2015-07-28 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus and method for managing stationary fuel cell system |
US9577274B2 (en) | 2012-09-17 | 2017-02-21 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus and method for managing fuel cell vehicle system |
US9590258B2 (en) | 2012-09-17 | 2017-03-07 | Korea Institute Of Energy Research | Apparatus and method for managing fuel cell vehicle system |
KR101313880B1 (ko) | 2012-09-17 | 2013-10-01 | 한국에너지기술연구원 | 정치형 연료전지 시스템의 효율 관리 방법 |
JP2021099897A (ja) * | 2019-12-19 | 2021-07-01 | 株式会社アイシン | 燃料電池システム |
JP7358969B2 (ja) | 2019-12-19 | 2023-10-11 | 株式会社アイシン | 燃料電池システム |
CN114488821A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 燃料电池过氧比的区间经济模型预测控制方法及*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP4984344B2 (ja) | 2012-07-25 |
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