JP2006004700A - Emergency fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対する商用電力系統からの電力供給が停電等により停止された際に、燃料電池を起動して該重要電力負荷に対する電力供給を開始、継続する非常用燃料電池発電システムに関し、特に太陽電池を備え、該太陽電池による発電電力を有効に利用し、システムの待機電力に占める商用電力の割合を低減させることができる非常用燃料電池発電システムに関するものである。 The present invention starts a fuel cell and starts power supply to the important power load when power supply from a commercial power system to an important power load represented by a traffic signal management system or the like is stopped due to a power failure or the like. Continuing emergency fuel cell power generation system, in particular, an emergency fuel cell power generation system that includes a solar cell, can effectively use the power generated by the solar cell, and can reduce the proportion of commercial power in the standby power of the system It is about.
交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対しては、その重要性から商用電力系統からの電力供給が停電等により停止された際に、これに代って非常電力を供給する手段を備えていることがある。これまでは非常電力供給手段としてディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備が使用されていたが、ディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備には、運転時に公害物質を排出することや、運転時の騒音値が大きい等の問題がある。 For important power loads represented by traffic signal management systems, etc., due to its importance, when power supply from the commercial power system is stopped due to a power failure etc., means to supply emergency power instead May have. Up until now, power generation equipment using an internal combustion engine such as a diesel engine was used as an emergency power supply means, but in power generation equipment using an internal combustion engine such as a diesel engine, pollutants are discharged during operation, There are problems such as a high noise level during operation.
燃料電池は発電時に排出されるのは水と熱だけのクリーンな発電方式であり、且つ運転時の騒音も小さい等の特徴を有しており、近年の燃料電池開発の進行とともに、非常用発電システムとしての運用が検討されてきている。特に水素を燃料とする固体高分子形燃料電池は起動時間が短く、迅速に起動できることから、最も非常用発電設備として適しているとして注目されている。 Fuel cells are characterized by a clean power generation system that uses only water and heat and a low noise level during operation. Operation as a system has been studied. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel attracts attention as being most suitable as an emergency power generation facility because it has a short start-up time and can be started quickly.
上記燃料電池を用いる非常用発電システムでは、燃料電池や水素ガス容器を収容する筐体内温度は、当該非常用発電システムを設置する環境の周囲温度に左右されていた。待機状態において、周囲温度により筐体内温度が所定の温度以上になった場合は燃料電池に付随する換気ファンによる強制換気を実施している。また、筐体内温度が所定の温度以下になった場合は、筐体内に配置したスペースヒータ等の電力を利用する加熱器による加温を実施する構成となっている。上記のように換気ファンによる強制換気やスペースヒータ等による加温は商用電力系統からの商用電力を利用することにより行われるため、ランニングコストの増大を招くという欠点がある。 In the emergency power generation system using the fuel cell, the temperature inside the housing that accommodates the fuel cell and the hydrogen gas container depends on the ambient temperature of the environment in which the emergency power generation system is installed. In the standby state, when the temperature inside the casing exceeds a predetermined temperature due to the ambient temperature, forced ventilation is performed by a ventilation fan attached to the fuel cell. In addition, when the temperature inside the casing becomes equal to or lower than a predetermined temperature, the heater is heated by a heater that uses electric power such as a space heater arranged in the casing. As described above, forced ventilation by a ventilation fan and warming by a space heater or the like are performed by using commercial power from a commercial power system, which has a drawback of increasing running costs.
また、待機中に換気ファンによる強制換気が必要となるのは、通常夏期の昼間で気温が高く、日射が強い時間帯になることが予想できる。このような環境では太陽電池にとっても好条件となり発電電力も大きくなるので、待機電力の需要と太陽電池の供給バランスが良い運転となる。これに対して、待機中にスペースヒータ等の電力を利用した加熱器による加温が必要となるのは、通常冬期の夜間で気温が低く、日射が無い時間帯になることが予想される。また、冬期の昼間は太陽高度が低いものの空気が澄んでいることから、比較的強い日射が得られることから、太陽電池による発電電力には余剰電力が多く生じることとなり、このような環境下では待機電力の需要と太陽電池の供給のバランスは非常に悪い運転となる。 Moreover, it can be expected that forced ventilation by a ventilation fan is necessary during standby, usually during summertime when the temperature is high and the solar radiation is strong. In such an environment, conditions are favorable for the solar cell and the generated power is large, so that the standby power demand and the solar cell supply balance are good. On the other hand, it is expected that heating by a heater using electric power such as a space heater is necessary during standby, usually in the winter at night when the temperature is low and there is no solar radiation. Also, during the daytime in winter, the solar altitude is low, but the air is clear, so relatively strong solar radiation is obtained, so a lot of surplus power is generated in the power generated by solar cells. The balance between the demand for standby power and the supply of solar cells is very bad.
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、燃料電池を用いる非常用発電システムの燃料電池や燃料を商用する筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールで発電する電力を待機電力として利用することで商用待機力を削減でき、ランニングコストを安価にできる非常用発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and a solar cell module is provided on an outer wall surface of a fuel cell of an emergency power generation system that uses a fuel cell or a fuel, and the power generated by the solar cell module is on standby. The purpose is to provide an emergency power generation system that can reduce commercial standby power by using it as electric power and can reduce running costs.
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、筐体内に、燃料電池と、燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、停電時に手動又は自動で前記燃料電池の発電運転を開始し、対象とする負荷系統に電力を供給する非常用燃料電池発電システムにおいて、前記筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is provided with a fuel cell and a hydrogen gas container containing hydrogen gas as fuel in a housing, and the power generation operation of the fuel cell is performed manually or automatically at the time of a power failure. In an emergency fuel cell power generation system that starts and supplies power to a target load system, a solar cell module is provided on the outer wall surface of the casing, and a part of standby power of the system is covered by power generated by the solar cell module It is configured as described above.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、蓄電池を設け、前記太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the emergency fuel cell power generation system according to the first aspect, when a storage battery is provided and surplus occurs in the power generated by the solar cell module, the surplus power is stored in the storage battery. The stored power is used as nighttime standby power.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the emergency fuel cell power generation system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
請求項1に記載の発明によれば、筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したので、その分商用系統から供給される待機電力を節約でき、ランニングコストが安価となる。 According to the first aspect of the present invention, the solar cell module is provided on the outer wall surface of the housing, and a part of the standby power of the system is covered by the power generated by the solar cell module. The standby power supplied can be saved, and the running cost is reduced.
請求項2に記載の発明によれば、蓄電池を設け、太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用するので、待機電力の需要と太陽電池の供給とのアンバランスを吸収することができ、さらなるランニングコストの低減が可能となる。 According to the second aspect of the present invention, when a storage battery is provided, and surplus occurs in the power generated by the solar cell module, the surplus power is stored in the storage battery, and the stored power is used as nighttime standby power. In addition, it is possible to absorb the imbalance between the demand for standby power and the supply of solar cells, and it is possible to further reduce the running cost.
請求項3に記載の発明はによれば、燃料電池が固体高分子形燃料電池であるので、短い時間で迅速に起動できる非常用燃料電池発電システムが実現できる。 According to the third aspect of the invention, since the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell, an emergency fuel cell power generation system that can be quickly started in a short time can be realized.
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。図1において、10は内部に非常用燃料電池発電システムを構成する機器を収容する筐体であり、該筐体10内には燃料電池11、制御盤12、スペースヒータ13、換気ファン14及び図示は省略するが燃料となる水素ガスを収容する水素ガスボンベ等が収容配置されている。筐体10の外壁面には太陽電池モジュール15が設けられている。非常用燃料電池発電システムの待機中は商用電力系統30から分電盤31を介して商用電力100が供給され、電力切替器16の商用電力側接点16aを通して交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷32に供給されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an emergency fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 1,
商用電力100の一部100aは燃料電池11に内蔵されているバッテリー充電用としてとして燃料電池11に供給されている。また、商用電力100の一部100bは直流変換用として負荷切替器17のメイン側接点17aを介してAC/DC変換器18に供給され、変換されたDC電力はDC電源切替器19の接点19aを通してスペースヒータ13や換気ファンに供給できるようになっている。また、太陽電池モジュール15で発電されたDC電力はDC電源切替器19の接点19bを通してスペースヒータ13や換気ファン14に供給できるようになっている。また、商用電力100の一部100cは無停電電源装置(UPS)20に供給され、無停電電源装置(UPS)20から制御盤12に電源が供給されるようになっている。また、21は商用電力系統30の停電及び復電を検出する制御盤12に内蔵の停電/復電検出部である。
A
制御盤12は、運転モード選択(自動/断/手動)、燃料電池運転・停止制御、非常運転制御、管理運転制御、換気・温調制御を行なう機能を有する。商用電力系統30が給電中であれば、上記のように商用電力系統30から分電盤31を介して商用電力100が重要電力負荷32に供給されている。太陽電池モジュール15が発電していれば、その発電DC電力はDC電源切替器19の接点19bを通してスペースヒータ13や換気ファン14に供給されており、制御盤12は筐体10内の温度を燃料電池11が何時でも運転できる所定温度範囲の温度になるように、スペースヒータ13や換気ファン14に運転/停止指令S1、S2を出力し、スペースヒータ13や換気ファン14を運転又は停止させている。
The
また、夜間や雨天等で太陽電池モジュール15が発電していない時は制御盤12は負荷切替器17に負荷切替指令S3を送り該負荷切替器17をメイン側に切替、商用電力100の一部100bをメイン側接点17aを介してAC/DC変換器18に供給し、AC/DC変換器18で変換したDC電力をスペースヒータ13や換気ファン14に供給し、制御盤12からの運転/停止指令S1、S2により、スペースヒータ13や換気ファン14の運転・停止を行ない、筐体10内の温度を燃料電池11が何時でも運転できる所定温度範囲の温度に維持する。また、スペースヒータ13や換気ファン14等は比較的不安定な太陽電池モジュール15からの発電DC電力でも運転できるようになっている。
When the
商用電力系統30が停電になり、該停電/復電検出部21がそれを検出すると、制御盤12は燃料電池11に運転/停止指令S4の運転指令を出力し、該燃料電池11からの運転完了アンサS5を受信し、燃料電池11の運転を確認する。また、電力切替器16に切替指令S6を出力し、該燃料電池11を燃料電池側に切替える。これにより燃料電池11で発電された電力は電力切替器16の燃料電池側接点16bを通って、重要負荷32に供給される。この場合もに太陽電池モジュール15が発電していれば太陽電池モジュール15からの電力で、発電していなければ燃料電池11からの電力をAC/DC変換器18で変換したDC電圧でスペースヒータ13や換気ファン14の運転・停止を行ない、筐体10内の温度を適切な温度に維持する。
When the
上記のように非常用燃料電池発電システムの筐体10の外壁面に太陽電池モジュール15を設置し、その発電直流電力を比較的不安定な電源でも動作可能なスペースヒータ13や換気ファン14等の負荷に直接供給し、且つ独立電源(系統連系なし)として利用することにより、イニシャルコストを大幅に増大させることなく、スペースヒータ13や換気ファン14等の運転に必要な待機電力に太陽電池モジュール15で発電するDC電力を利用することができ、ランニングコストを低減させることが可能となる。
As described above, the
図2は本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。図2において、図1と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すので、その詳細な説明は省略する。本非常用燃料電池発電システムが図1の非常用燃料電池発電システムと異なる点は、蓄電池22を設け、該蓄電池22に太陽電池モジュール15による発電電力を一旦該蓄電池22に蓄電させることにより、余剰電力を蓄電池22に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力としスペースヒータ13や換気ファン14等に使用する。これにより待機電力の需要と太陽電池の供給とのアンバランスを吸収することができ、さらなるランニングコストの低減が可能となる。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an emergency fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 2, since the part which attached | subjected the same code | symbol as FIG. 1 shows the same or equivalent part, the detailed description is abbreviate | omitted. The emergency fuel cell power generation system is different from the emergency fuel cell power generation system of FIG. 1 in that a
10 筐体
11 燃料電池
12 制御盤
13 スペースヒータ
14 換気ファン
15 太陽電池モジュール
16 電力切替器
17 負荷切替器
18 AC/DC変換器
19 DC電源切替器
20 無停電電源装置(UPS)
21 停電/復電検出部
22 蓄電池
DESCRIPTION OF
21 Power failure /
Claims (3)
前記筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したことを特徴とする非常用燃料電池発電システム。 An emergency case that has a fuel cell and a hydrogen gas container that contains hydrogen gas that serves as fuel in the housing, starts power generation operation of the fuel cell manually or automatically during a power failure, and supplies power to the target load system In the fuel cell power generation system,
An emergency fuel cell power generation system, wherein a solar cell module is provided on the outer wall surface of the housing, and a part of standby power of the system is covered by power generated by the solar cell module.
蓄電池を設け前記太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用することを特徴とする非常用燃料電池発電システム。 The emergency fuel cell power generation system according to claim 1,
An emergency fuel cell power generation system characterized in that when a surplus occurs in the power generated by the solar cell module by providing a storage battery, the surplus power is stored in the storage battery, and the stored power is used as standby power at night .
前記燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする非常用燃料電池発電システム。 The emergency fuel cell power generation system according to claim 1 or 2,
An emergency fuel cell power generation system, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell.
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