JP2001085040A - Fuel cell power supply system and its operating method - Google Patents

Fuel cell power supply system and its operating method

Info

Publication number
JP2001085040A
JP2001085040A JP26180299A JP26180299A JP2001085040A JP 2001085040 A JP2001085040 A JP 2001085040A JP 26180299 A JP26180299 A JP 26180299A JP 26180299 A JP26180299 A JP 26180299A JP 2001085040 A JP2001085040 A JP 2001085040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
hydrogen
reformer
power supply
supply system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP26180299A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kuwabara
武 桑原
Katsunori Sakai
勝則 酒井
Rinzo Miyoshi
倫三 三好
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP26180299A priority Critical patent/JP2001085040A/en
Publication of JP2001085040A publication Critical patent/JP2001085040A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power supply system and its operating method capable of shortening the start time and securing a long time operation even if the fuel supply is small. SOLUTION: The fuel cell power supply system and its operating method is composed of a fuel cell body 7, a hydrogen manufacturing device 2 to reform a fuel by a reformer 2a and supply it to the cell body 7, a hydrogen storage alloy tank 3 to store hydrogen gas, an air supply device 6 including a blower 6b interlocking with a turbine 6a for supplying air to the cell body 7, and a burner 5 for the air supply device to rotate the turbine 6a and heat the tank 3 using the exhaust gas. From the tank 3 and air supply device 6, hydrogen and air are supplied to the cell body 7 to start the power generation, and reformation of the crude fuel by the reformer 2a is started, and after attainment of the stage at which the reformer 2a can supply a hydrogen-rich gas to allow the fuel cell body 7 to generate power, the hydrogen source in the cell body 7 is changed over to the hydrogen producing device 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、可搬電
源、電気自動車用電源、家庭用電源、ビル用電源などに
用いられ、その起動時間と運転時間につき改良を施した
燃料電池電源システム及びその運転方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power supply system which is used, for example, as a portable power supply, a power supply for an electric vehicle, a household power supply, a power supply for a building, etc., and has improved startup time and operation time. It relates to the driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、対向配置された燃料電極
(アノード)と酸化剤電極(カソード)との間に、電解
質膜を介在させ、アノードに燃料を供給し、カソードに
酸化剤を供給することによって発電を行う装置である。
かかる燃料電池は、既存の火力発電システムにおけるよ
うなカルノーサイクルの制約を受けないため、高い発電
効率が期待でき、排熱を利用すれば、さらに高効率のエ
ネルギー利用が図れる。また、燃料電池は、騒音が少な
く、排気ガスがクリーンであるため、環境調和上も優れ
ている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, an electrolyte membrane is interposed between a fuel electrode (anode) and an oxidant electrode (cathode) which are arranged oppositely to supply fuel to an anode and oxidant to a cathode. This is a device that generates electric power.
Since such a fuel cell is not restricted by the Carnot cycle as in the existing thermal power generation system, high power generation efficiency can be expected. If waste heat is used, more efficient energy use can be achieved. In addition, the fuel cell is low in noise and clean in exhaust gas, and thus is excellent in environmental harmony.

【0003】このような燃料電池の中でも、電解質膜と
して固体高分子を用いた固体高分子型燃料電池の場合に
は、液状の電解質を用いないので、腐食し難く、他の種
類の燃料電池、例えば、りん酸型燃料電池、溶融炭酸塩
型燃料電池などに比べて、はるかに高い電流密度までと
れるので、高出力密度が得られるといった利点がある。
このため、固体高分子型燃料電池は、可搬電源、電気自
動車用電源、家庭用電源、ビル用電源などとして開発さ
れている。特に、固体高分子型燃料電池を用いた電源シ
ステムは、上述のように高い出力密度が期待できること
から、外部からの充電ではなく、ガソリン車におけるガ
ソリンのように、ある特定の燃料を供給することによっ
て走行可能な電気自動車用の電源としての用途が期待さ
れている。
Among such fuel cells, in the case of a polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer as an electrolyte membrane, since a liquid electrolyte is not used, it is hard to corrode, and other types of fuel cells, For example, since a much higher current density can be obtained as compared with a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, or the like, there is an advantage that a high output density can be obtained.
Therefore, polymer electrolyte fuel cells have been developed as portable power supplies, electric vehicle power supplies, home power supplies, building power supplies, and the like. In particular, a power supply system using a polymer electrolyte fuel cell can supply a specific fuel, such as gasoline in a gasoline-powered vehicle, instead of charging from the outside, because high power density can be expected as described above. It is expected to be used as a power source for electric vehicles that can travel.

【0004】かかる電気自動車用の電源システムとして
は、例えば、固体高分子型燃料電池と、気体燃料である
水素を供給する水素タンク又は水素吸蔵合金タンクとを
組み合わせたものが開発されている。しかし、燃料であ
る水素の供給インフラが整備されていないこと、さらに
一回の水素の充填での走行可能な距離がせいぜい200
km以下と短いことが、かかる電源システムを用いた電
気自動車の普及の妨げとなっている。例えば、200k
gの水素吸蔵合金でも、貯蔵できるのはせいぜい4kg
程度の水素、すなわち45Nm3 の水素であり、60k
Wh程度の容量である。20kWで3時間程度の運転が
可能であるが、最大に見積って、時速60kmで走行し
たとしてもせいぜい走行距離は180kmである。
As a power supply system for such an electric vehicle, for example, a combination of a polymer electrolyte fuel cell and a hydrogen tank or a hydrogen storage alloy tank for supplying hydrogen as a gaseous fuel has been developed. However, the lack of a supply infrastructure for hydrogen, which is a fuel, and the distance that can be traveled in a single hydrogen charge are at most 200.
The short distance of not more than km prevents the spread of electric vehicles using such a power supply system. For example, 200k
g of hydrogen storage alloy can store at most 4kg
About 45 Nm 3 of hydrogen,
The capacity is about Wh. Although it is possible to drive for about 3 hours at 20 kW, it is estimated at a maximum that the running distance is at most 180 km even if the vehicle runs at 60 km / h.

【0005】そこで、固体高分子型燃料電池を、メタノ
ール等の液体燃料の改質器と組み合わせることによっ
て、ガソリン車におけるガソリンと同様に、液体燃料で
あるメタノールの供給によって走行する電気自動車が提
案されている。かかる電気自動車によれば、ほぼガソリ
ン車並みの500kmレベルの走行距離が達成できるの
みならず、メタノールを供給するためのインフラは、ガ
ソリンスタンドの小規模な改造で対応できるという利点
がある。
Accordingly, an electric vehicle has been proposed in which a polymer electrolyte fuel cell is combined with a reformer for a liquid fuel such as methanol to run by supplying methanol as a liquid fuel in the same manner as gasoline in a gasoline vehicle. ing. According to such an electric vehicle, there is an advantage that not only a traveling distance on the order of 500 km, comparable to that of a gasoline-powered vehicle, can be achieved, but also the infrastructure for supplying methanol can be dealt with by a small modification of a gas station.

【0006】但し、かかる電源システムに用いるメタノ
ール等の液体燃料のための改質器は、その起動に10分
以上の時間を要するという問題があった。これに対処す
るための電源システムとして、特開平9−266006
公報に開示された発明を、図7及び図8を用いて以下に
説明する。なお、図7は水素タンクを用いた例を示した
ものであり、図8は高圧吸蔵合金タンクを用いた例であ
る。
[0006] However, the reformer for liquid fuel such as methanol used in such a power supply system has a problem that it takes 10 minutes or more to start. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266006 describes a power supply system for coping with this.
The invention disclosed in the official gazette will be described below with reference to FIGS. FIG. 7 shows an example using a hydrogen tank, and FIG. 8 shows an example using a high-pressure storage alloy tank.

【0007】すなわち、図7に示す電源システムは、固
体高分子型の燃料電池本体31、改質容積可変型改質器
32、水素精製圧縮機33、高圧水素タンク34を具備
している。改質容積可変型改質器32は、改質触媒を装
備し、原燃料から水素を主成分とする改質ガスに改質す
る改質部の容積が可変な改質器である。つまり、この改
質容積可変型改質器32は、バーナーによって加熱され
る加熱室が複数に区分され、いずれの加熱室のバーナー
を燃焼させるかによって改質可能領域を変えることがで
きるものである。
That is, the power supply system shown in FIG. 7 includes a polymer electrolyte fuel cell main body 31, a reforming volume variable reformer 32, a hydrogen purification compressor 33, and a high-pressure hydrogen tank. The variable reforming volume reformer 32 is a reformer equipped with a reforming catalyst and having a variable capacity of a reforming section for reforming raw fuel into a reformed gas containing hydrogen as a main component. In other words, in the reforming volume variable reformer 32, the heating chamber heated by the burner is divided into a plurality of sections, and the reformable area can be changed depending on which of the heating chambers burns. .

【0008】燃料電池本体31は、燃料電極と酸化剤電
極との間に固体高分子電解質膜が介在されていると共
に、改質容積可変型改質器32から供給された改質ガス
と酸化剤との電気化学反応により発電する燃料電池であ
る。水素精製圧縮機33は、燃料電池本体31で使い残
した希薄な水素を純水素にする水素精製部及び純水素を
高圧水素にする水素圧縮部とを有する圧縮器である。高
圧水素タンク34は、水素精製圧縮機33からの高圧水
素を貯蔵するとともに、水素を燃料電池本体31に供給
する水素貯蔵・供給装置である。
The fuel cell body 31 has a solid polymer electrolyte membrane interposed between a fuel electrode and an oxidizing agent electrode, and a reformed gas supplied from a variable reforming volume reformer 32 and an oxidizing agent. Is a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction with The hydrogen purifying compressor 33 is a compressor having a hydrogen purifying unit for converting lean hydrogen remaining in the fuel cell main body 31 to pure hydrogen and a hydrogen compressing unit for converting pure hydrogen to high-pressure hydrogen. The high-pressure hydrogen tank 34 is a hydrogen storage / supply device that stores high-pressure hydrogen from the hydrogen purification compressor 33 and supplies hydrogen to the fuel cell main body 31.

【0009】また、図8に示す電源システムは、上記の
高圧水素タンク34に代えて、容積密度の高い高圧吸蔵
合金タンク50を設けたものである。この高圧吸蔵合金
タンク50は、加温と減圧によって水素を放出し、冷却
と加圧によって水素を吸蔵する性質を持つ水素吸蔵合金
を用いたタンクであり、加熱及び冷却機能を有する温水
タンク51及び冷水タンク52に接続されている。な
お、高圧水素タンク34及び高圧吸蔵合金タンク50に
は、水素源配管35が接続され、その他の機器は、配管
36〜42によって適宜接続されている。
The power supply system shown in FIG. 8 is provided with a high-pressure storage alloy tank 50 having a high volume density in place of the high-pressure hydrogen tank 34 described above. The high-pressure storage alloy tank 50 is a tank using a hydrogen storage alloy having a property of releasing hydrogen by heating and depressurization and absorbing hydrogen by cooling and pressurization, and includes a hot water tank 51 having heating and cooling functions. It is connected to a cold water tank 52. In addition, a hydrogen source pipe 35 is connected to the high-pressure hydrogen tank 34 and the high-pressure storage alloy tank 50, and other devices are appropriately connected by pipes 36 to 42.

【0010】このような燃料電池電源システムの運転方
法は、以下の通りである。すなわち、起動時には、高圧
水素タンク34又は高圧吸蔵合金タンク50からの水素
を、配管36を介して、 燃料電池本体31に供給して発
電を行う。
The operation method of such a fuel cell power supply system is as follows. That is, at the time of startup, hydrogen from the high-pressure hydrogen tank 34 or the high-pressure storage alloy tank 50 is supplied to the fuel cell main body 31 via the pipe 36 to generate power.

【0011】そして、燃料電池本体31において使い残
した水素(アノード排ガス)を、配管37及び水素精製
圧縮機33及び配管38を経由して、改質容積可変型改
質器32の改質部における一部のバーナーに供給し、燃
焼させて複数の加熱室の一部を加熱し、改質可能な温度
にまで昇温させる。このように、加熱によって改質可能
となった改質可能部に原燃料を供給して生成された改質
ガスを、配管40を介して燃料電池本体31に供給す
る。さらに、燃料電池本体31で使い残した水素、改質
ガス及び酸化剤を、改質容積可変型改質器32における
前記改質可能部以外の改質部のバーナーまで供給し、燃
焼させることにより、順次、改質部における改質可能な
部分を増加させ、改質可能部を拡大する。
Then, the hydrogen (anode exhaust gas) remaining in the fuel cell main body 31 is passed through a pipe 37, a hydrogen purification compressor 33 and a pipe 38 to a reforming section of the variable reformer 32. The mixture is supplied to some of the burners and burned to partially heat the plurality of heating chambers and raise the temperature to a temperature at which reforming is possible. As described above, the reformed gas generated by supplying the raw fuel to the reformable portion that can be reformed by heating is supplied to the fuel cell main body 31 through the pipe 40. Further, the hydrogen, the reformed gas, and the oxidant remaining in the fuel cell main body 31 are supplied to the burners of the reforming sections other than the reformable section in the reforming volume variable reformer 32, and are burned. Then, the reformable portion in the reforming section is sequentially increased, and the reformable section is expanded.

【0012】さらに、外部負荷の低減時には、改質容積
可変型改質器32における改質可能部の容積を減少さ
せ、改質能力を縮小する。そして、外部負荷がなくなっ
た後も、電力を水素精製圧縮機33に供給して高圧水素
を生成し、この高圧水素を高圧水素タンク34若しくは
高圧吸蔵合金タンク50が所定の圧力になるまで供給し
た後、運転を停止する。
Further, when the external load is reduced, the capacity of the reformable portion in the variable reformer 32 is reduced, and the reforming capacity is reduced. Then, even after the external load disappeared, power was supplied to the hydrogen purification compressor 33 to generate high-pressure hydrogen, and this high-pressure hydrogen was supplied until the high-pressure hydrogen tank 34 or the high-pressure storage alloy tank 50 reached a predetermined pressure. After that, the operation is stopped.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の燃料電池発電装置においては、起動時に、高圧
水素タンク若しくは高圧吸蔵合金タンクからの水素ガス
によって、固体高分子型燃料電池における発電を行うと
ともに、改質部における改質可能部の容積が可変の改質
器を採用することにより、改質可能な状態に到達する時
間の短縮を可能としている。
By the way, in the conventional fuel cell power generator as described above, at the time of starting, the power generation in the polymer electrolyte fuel cell is performed by the hydrogen gas from the high-pressure hydrogen tank or the high-pressure storage alloy tank. In addition, by adopting a reformer in which the volume of the reformable section in the reforming section is variable, it is possible to shorten the time required to reach the reformable state.

【0014】しかし、改質容積可変型改質器は、改質部
が複数の加熱室に隔離され、これらの加熱室を部分的に
加熱し、当該加熱部にのみ原燃料を供給するという複雑
な構造となっており、長期的に見た信頼性が必ずしも十
分とはいえない。また、起動時には、改質容積可変型改
質器の加熱源として、燃料電池本体からのアノード排ガ
スを用いるので、相当量の水素を消費してしまうという
問題もあった。
However, the variable reforming volume reformer has a complicated structure in which the reforming section is separated into a plurality of heating chambers, these heating chambers are partially heated, and the raw fuel is supplied only to the heating sections. And the reliability in the long term is not always sufficient. In addition, at the time of startup, since the anode exhaust gas from the fuel cell body is used as a heating source of the variable reformer, the problem is that a considerable amount of hydrogen is consumed.

【0015】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために開発されたものであり、その目的は、
複雑な機器を用いることなく、起動時間の短縮化が可能
であり、少ない燃料供給でも長い運転時間を確保できる
燃料電池電源システム及びその運転方法を提供すること
にある。
The present invention has been developed to solve the problems of the prior art as described above.
It is an object of the present invention to provide a fuel cell power supply system capable of shortening a start-up time without using complicated equipment and securing a long operation time even with a small amount of fuel supply, and an operation method thereof.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、燃料電池本体と、改質器
によって原燃料を水素リッチガスに転化して前記燃料電
池本体へ供給する水素製造手段と、前記燃料電池本体へ
供給する水素ガスを貯蔵する水素貯蔵手段と、前記燃料
電池本体へ空気を供給する空気供給手段とを備えた燃料
電池電源システムにおいて、前記水素貯蔵手段が、温度
に応じて水素を着脱可能な水素吸蔵合金を有する水素吸
蔵合金タンクであり、前記水素吸蔵合金タンクを直接に
若しくは排ガスによって加熱する燃焼バーナーが設けら
れていることを特徴とする。また、請求項10記載の発
明は、燃料電池電源システムの運転方法において、燃焼
バーナーを用いて、水素吸蔵合金タンクを加熱して水素
を燃料電池本体に供給するとともに、空気供給手段から
前記燃料電池本体に空気を供給することによって発電を
開始し、改質器を備えた水素製造手段において、原燃料
の改質を開始し、前記改質器が、前記燃料電池本体にお
いて発電可能な水素リッチガスを供給できる段階に到達
した後、前記燃料電池本体の水素供給源を、前記水素製
造手段に切り替えることを特徴とする。以上のような請
求項1及び請求項10記載の発明では、起動時には、燃
焼バーナーによって水素吸蔵合金に吸蔵されている水素
を脱着する温度に加熱して、水素吸蔵合金タンクから水
素を燃料電池本体に供給することにより、燃料電池本体
は直ぐに発電状態に入ることができる。そして、その後
に燃料電池本体への水素供給源を、水素吸蔵合金タンク
から水素製造装置へ切り替えることにより、長時間の運
転が可能となる。また、水素吸蔵合金タンクを燃焼バー
ナーによって直接加熱すれば、水素吸蔵合金の加熱を早
め、燃料電池本体への水素供給開始までの時間を短縮で
きるので、起動時間のさらなる短縮が可能となる。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell main body and a raw fuel are converted into hydrogen-rich gas by a reformer and supplied to the fuel cell main body. A hydrogen production means, a hydrogen storage means for storing hydrogen gas supplied to the fuel cell body, and an air supply means for supplying air to the fuel cell body, wherein the hydrogen storage means A hydrogen storage alloy tank having a hydrogen storage alloy capable of attaching and detaching hydrogen in accordance with a temperature, wherein a combustion burner for heating the hydrogen storage alloy tank directly or by exhaust gas is provided. According to a tenth aspect of the present invention, in the operating method of the fuel cell power supply system, the hydrogen storage alloy tank is heated by using a combustion burner to supply hydrogen to the fuel cell main body, and the fuel cell is supplied from the air supply means. Power generation is started by supplying air to the main body, and in the hydrogen production means equipped with a reformer, reforming of raw fuel is started, and the reformer generates a hydrogen-rich gas capable of generating power in the fuel cell main body. After reaching the supply stage, the hydrogen supply source of the fuel cell main body is switched to the hydrogen production means. According to the first and tenth aspects of the present invention, at the time of startup, the combustion burner heats the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy to a temperature at which the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy is desorbed, and transfers the hydrogen from the hydrogen storage alloy tank to the fuel cell main body. , The fuel cell body can immediately enter a power generation state. After that, by switching the hydrogen supply source to the fuel cell main body from the hydrogen storage alloy tank to the hydrogen production device, long-term operation becomes possible. Further, if the hydrogen storage alloy tank is directly heated by the combustion burner, the heating of the hydrogen storage alloy can be accelerated and the time until the start of the supply of hydrogen to the fuel cell body can be shortened, so that the start-up time can be further reduced.

【0017】請求項2記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池電源システムにおいて、前記空気供給手段は、前
記燃焼バーナーからの排ガスによって回転するタービン
と、前記タービンに連動して前記燃料電池本体へ空気を
送り出す送風部とを有することを特徴とする。以上のよ
うな請求項2記載の発明では、空気供給手段を作動させ
る手段と水素吸蔵合金タンクを加熱する手段とを兼用し
ているので、排熱を効率良く活用することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to the first aspect, the air supply means includes a turbine rotating by exhaust gas from the combustion burner, and the fuel cell main body interlocked with the turbine. And a blower for sending air to the air blower. According to the second aspect of the present invention, since the means for operating the air supply means and the means for heating the hydrogen storage alloy tank are also used, the exhaust heat can be used efficiently.

【0018】請求項3記載の発明は、請求項1又は請求
項2記載の燃料電池電源システムにおいて、前記燃焼バ
ーナーは、その排ガスによって前記改質器を加熱可能と
なるように、前記改質器に接続されていることを特徴と
する。以上のような請求項3記載の発明では、水素吸蔵
合金タンクを過熱する手段と改質器を過熱する手段とを
兼用しているので、排熱を効率良く活用することができ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to the first or second aspect, the combustion burner is configured so that the reformer can be heated by the exhaust gas. Is connected to the terminal. In the third aspect of the present invention, since the means for heating the hydrogen storage alloy tank and the means for heating the reformer are also used, the exhaust heat can be used efficiently.

【0019】請求項4記載の発明は、請求項1又は請求
項2記載の燃料電池電源システムにおいて、前記燃料電
池本体には、冷却水によって冷却を行う電池冷却部が設
けられ、前記電池冷却部に冷却水を供給する冷却水供給
手段が接続され、前記水素吸蔵合金タンクには、前記冷
却水によって冷却可能となるように、前記冷却水供給手
段が接続されていることを特徴とする。以上のような請
求項4記載の発明では、水素製造装置から供給される水
素を、水素吸蔵合金に吸蔵させる時に、燃料電池本体の
冷却水を利用して吸蔵温度領域に冷却することが可能と
なる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to the first or second aspect, the fuel cell main body is provided with a cell cooling unit for cooling with cooling water, And a cooling water supply unit connected to the hydrogen storage alloy tank so that the tank can be cooled by the cooling water. According to the fourth aspect of the present invention, when hydrogen supplied from the hydrogen production device is stored in the hydrogen storage alloy, the hydrogen can be cooled to the storage temperature range using the cooling water of the fuel cell body. Become.

【0020】請求項5記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれか1項に記載の燃料電池電源システムにおいて、前
記冷却部には、冷却水を加熱する加熱手段が接続され、
前記燃焼バーナーは、その排ガスが前記加熱手段の熱源
となるように、前記加熱手段に接続されていることを特
徴とする。また、請求項6記載の発明は、請求項1〜5
のいずれか1項に記載の燃料電池電源システムにおい
て、前記冷却部には、冷却水を加熱する加熱手段が接続
され、前記改質器には、改質に必要な熱を直接供給する
改質器バーナーが設けられ、前記改質器バーナーは、そ
の排ガスが前記加熱手段の熱源となるように、前記加熱
手段に接続されていることを特徴とする。以上のような
請求項5及び請求項6記載の発明では、起動時若しくは
寒冷地における停止中の保温時に、冷却水を加熱して運
転温度まで昇温したり、凍結温度以上に保温することが
できる。また、加熱手段の熱源として、燃焼バーナー若
しくは改質器バーナーが用いられているので、排熱を効
率良く活用することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to fourth aspects, heating means for heating cooling water is connected to the cooling section,
The combustion burner is connected to the heating means so that the exhaust gas serves as a heat source of the heating means. Further, the invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 5
In the fuel cell power supply system according to any one of the above, a heating unit for heating cooling water is connected to the cooling unit, and the reformer is configured to directly supply heat required for the reforming to the reformer. A reformer burner is provided, and the reformer burner is connected to the heating means such that the exhaust gas serves as a heat source of the heating means. According to the fifth and sixth aspects of the present invention described above, it is possible to heat the cooling water to raise the operating temperature to the operating temperature or to keep the temperature higher than the freezing temperature at the time of startup or at the time of keeping the temperature in a cold region during a stop. it can. Further, since a combustion burner or a reformer burner is used as a heat source of the heating means, the exhaust heat can be efficiently used.

【0021】請求項7記載の発明は、請求項1〜6のい
ずれか1項に記載の燃料電池電源システムにおいて、前
記改質器には、前記燃料電池本体における排ガスが供給
可能に設けられていることを特徴とする。以上のような
請求項7記載の発明では、改質器の熱源として、燃料電
池本体の排ガスを用いることができるので、改質器の熱
源に用いる燃料の量を削減でき、システム効率の向上が
可能となる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to sixth aspects, the reformer is provided so as to be able to supply exhaust gas from the fuel cell body. It is characterized by being. According to the seventh aspect of the present invention, since the exhaust gas of the fuel cell body can be used as the heat source of the reformer, the amount of fuel used for the heat source of the reformer can be reduced, and the system efficiency can be improved. It becomes possible.

【0022】請求項8記載の発明は、請求項1〜7のい
ずれか1項に記載の燃料電池電源システムにおいて、前
記改質器には、改質に必要な熱を直接供給する改質器バ
ーナーが設けられ、前記空気供給手段は、前記燃焼バー
ナーへ空気を供給する小容量空気供給ブロワーと、前記
改質器バーナー及び前記燃料電池本体へ空気を供給する
大容量空気供給ブロワーとを有することを特徴とする。
以上のような請求項8記載の発明では、2種の空気供給
ブロワーを用いることにより、空気供給量の調整等を容
易且つ適切に行うことができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to seventh aspects, the reformer directly supplies heat required for reforming to the reformer. A burner is provided, and the air supply means has a small capacity air supply blower for supplying air to the combustion burner, and a large capacity air supply blower for supplying air to the reformer burner and the fuel cell body. It is characterized by.
According to the eighth aspect of the invention, the use of two types of air supply blowers makes it possible to easily and appropriately adjust the amount of air supply.

【0023】請求項9記載の発明は、請求項1〜8のい
ずれか1項に記載の燃料電池電源システムにおいて、起
動時にシステムを構成する機器の電源となるバッテリー
が設けられ、前記電源を、前記バッテリー及び前記燃料
電池本体のいずれか一方に切り替える切替装置が設けら
れていることを特徴とする。請求項11記載の発明は、
請求項10記載の燃料電池電源システムの運転方法にお
いて、起動時に、システムを構成する機器の電源として
バッテリーを用い、前記水素吸蔵合金タンクからの水素
によって前記燃料電池本体が発電状態となった後、シス
テムの電源を前記バッテリーから前記燃料電池本体に切
り替えることを特徴とする。以上のような請求項9及び
請求項11記載の発明では、水素吸蔵合金タンクの水素
で燃料電池本体が発電状態になった時点で、電源をバッ
テリーから燃料電池本体に切替えることによって、バッ
テリーの電力消耗を最低限に抑えることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to eighth aspects, a battery is provided as a power supply for a device constituting the system at the time of startup. A switching device for switching to one of the battery and the fuel cell main body is provided. The invention according to claim 11 is
The operating method of the fuel cell power supply system according to claim 10, wherein at startup, a battery is used as a power supply of a device included in the system, and after the fuel cell body is in a power generation state by hydrogen from the hydrogen storage alloy tank, The power supply of the system is switched from the battery to the fuel cell main body. According to the ninth and eleventh aspects of the present invention, the power supply is switched from the battery to the fuel cell main body at the time when the fuel cell main body enters the power generation state by the hydrogen in the hydrogen storage alloy tank. Wear can be minimized.

【0024】請求項12記載の発明は、請求項10又は
請求項11記載の燃料電池電源システムの運転方法にお
いて、前記改質器を停止する前に、前記改質器からの水
素リッチガスを水素吸蔵合金タンク内に供給することを
特徴とする。また、請求項13記載の発明は、請求項1
0〜12のいずれか1項に記載の燃料電池電源システム
の運転方法において、前記改質器を余剰に運転し、その
余剰運転によって生じた水素リッチガスを前記水吸蔵合
金タンクに供給することを特徴とする。以上のような請
求項12及び請求項13記載の発明では、水素吸蔵合金
タンク内の水素吸蔵量を、常に起動するための必要量以
上にしておくことが可能となるので、水素ガス欠乏を起
こすことなくいつでも起動できる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the operating method of the fuel cell power supply system according to the tenth or eleventh aspect, the hydrogen-rich gas from the reformer is stored before stopping the reformer. It is characterized in that it is supplied into an alloy tank. Further, the invention according to claim 13 is based on claim 1.
The method for operating a fuel cell power supply system according to any one of 0 to 12, wherein the reformer is operated excessively, and a hydrogen-rich gas generated by the excessive operation is supplied to the water storage alloy tank. And According to the above-described inventions of the twelfth and thirteenth aspects, the hydrogen storage amount in the hydrogen storage alloy tank can be set to be larger than the required amount for always starting, so that hydrogen gas deficiency occurs. It can be started at any time without having to.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1〜6を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.

【0026】(1)第1の実施の形態 1−1.構成 1−1−1.全体構成 本発明の一つの実施の形態を、図1を参照して詳細に説
明する。なお、図1中のm〜rは、同じ符号を付した箇
所が連通していることを示す。すなわち、本実施の形態
は、液体燃料タンク1、水素製造装置2、水素吸蔵合金
タンク3、水素吸蔵合金の温度調節装置4A、空気供給
装置用燃焼バーナー5、空気供給装置6、固体高分子電
解質型の燃料電池本体7、空気供給ブロワー11A、液
体燃料供給ポンプ11B、電池冷却水循環ポンプ12、
電池冷却水冷却用熱交換器14A及び電池冷却水加熱用
熱交換器14Bが配管により接続され、各配管には、流
体の流量調整弁15〜25Bが設けられている。
(1) First Embodiment 1-1. Configuration 1-1-1. Overall Configuration One embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that m to r in FIG. 1 indicate that the portions denoted by the same reference numerals are connected. That is, in the present embodiment, the liquid fuel tank 1, the hydrogen production device 2, the hydrogen storage alloy tank 3, the hydrogen storage alloy temperature control device 4A, the combustion burner 5 for the air supply device, the air supply device 6, the solid polymer electrolyte Type fuel cell body 7, air supply blower 11A, liquid fuel supply pump 11B, battery cooling water circulation pump 12,
The battery cooling water cooling heat exchanger 14A and the battery cooling water heating heat exchanger 14B are connected by pipes, and each pipe is provided with a fluid flow control valve 15 to 25B.

【0027】システム全体を制御する制御装置9は、指
令信号線27を介して流量調整弁15〜25Bに接続さ
れるとともに、指令信号線28を介して負荷装置26、
起動装置10A及び電源切替装置10Bに接続されてい
る。また、燃料電池本体7は、電源配線29Aを介し
て、電気自動車等の負荷装置26、起動装置10A及び
電源切替装置10Bに接続されている。そして、起動装
置10A及び電源切替装置10Bには、電気配線30を
介して、空気供給ブロワー11A、液体燃料供給ポンプ
11B及び電池冷却水循環ポンプ12が接続されてい
る。さらに、起動装置10A及び電源切替装置10Bに
は、電源配線29Bを介してバッテリー(2次電池)8
が接続されているので、燃料電池本体7は、負荷装置2
6を駆動できるばかりでなく、バッテリー8を充電可能
な回路構成となっている。
The control device 9 for controlling the entire system is connected to the flow control valves 15 to 25B via a command signal line 27, and the load device 26,
It is connected to the starting device 10A and the power switching device 10B. Further, the fuel cell main body 7 is connected to a load device 26 such as an electric vehicle, a starting device 10A, and a power switching device 10B via a power wiring 29A. The air supply blower 11A, the liquid fuel supply pump 11B, and the battery cooling water circulation pump 12 are connected to the activation device 10A and the power supply switching device 10B via the electric wiring 30. Further, a battery (secondary battery) 8 is connected to the activation device 10A and the power supply switching device 10B via the power supply wiring 29B.
Is connected, the fuel cell body 7 is connected to the load device 2
6 can be driven and the battery 8 can be charged.

【0028】かかるバッテリー8は、燃料電池本体7と
ともに、空気供給ブロワー11A、液体燃料供給ポンプ
11B及び電池冷却水循環ポンプ12の電力を供給する
電源装置であり、空気供給装置用燃焼バーナー5の点火
用電源としての機能も有している。バッテリー8として
は、従来から自動車に使用されている鉛畜電池、リチウ
ムバッテリー、ニッケル水素バッテリー、その他様々な
種類の2次電池を用いることができる。なお、バッテリ
ー8は、後述する様に、電源システムの起動時に、起動
用空気供給ブロワ−11A、液体燃料供給ポンプ11
B、空気供給装置用燃焼バーナー5、制御装置9及び電
源切替装置10Bを駆動する主要電源として働く必要が
あるため、予想される運転条件などに基づいて所定の余
裕を持たせた容量を有している。
The battery 8 is a power supply for supplying power to the air supply blower 11A, the liquid fuel supply pump 11B, and the battery cooling water circulation pump 12 together with the fuel cell main body 7, and is used for igniting the combustion burner 5 for the air supply. It also has a function as a power supply. As the battery 8, lead-acid batteries, lithium batteries, nickel-metal hydride batteries, and other various types of secondary batteries conventionally used in automobiles can be used. As will be described later, the battery 8 is supplied with a starting air supply blower 11A and a liquid fuel supply pump 11 when the power supply system is started.
B, since it is necessary to work as a main power source for driving the combustion burner 5, the control device 9 and the power supply switching device 10B for the air supply device, it has a capacity with a predetermined margin based on expected operating conditions and the like. ing.

【0029】1−1−2.燃料電池本体の構成 燃料電池本体7は、単セルを構成単位とし、この単セル
を多数積層したスタック構造を有している。単セルは、
例えば、全フッ素化イオノマー(商品名:Nafion
デュポン社製)の膜のような固体高分子イオン伝導性
の膜を負極である燃料電極(アノード)7aと正極であ
る酸化剤電極(カソード)7bとの間に挟持した最小単
位の発電素子をいう。スタック構造は、具体的には、水
素含有ガスをアノードに供給する供給路、酸化剤ガスを
含有する空気を供給する供給路を有するセパレータを介
して、多数の単セルを積層したものである。なお、発電
反応で生じた熱を外部に排出する冷却水の供給路を備え
た冷却室7cは、各セル毎若しくは数セル毎に設置され
ている。
1-1-2. Configuration of Fuel Cell Main Body The fuel cell main body 7 has a stack structure in which a single cell is a constituent unit and a large number of the single cells are stacked. A single cell is
For example, a perfluorinated ionomer (trade name: Nafion
The smallest unit of the power generation element is a solid polymer ion conductive membrane such as a membrane of DuPont Corporation sandwiched between a fuel electrode (anode) 7a as a negative electrode and an oxidant electrode (cathode) 7b as a positive electrode. Say. Specifically, the stack structure is formed by stacking a large number of single cells via a separator having a supply path for supplying a hydrogen-containing gas to an anode and a supply path for supplying air containing an oxidizing gas. The cooling chamber 7c provided with a cooling water supply path for discharging heat generated by the power generation reaction to the outside is provided for each cell or every several cells.

【0030】かかる燃料電池本体7は、 アノード7a側
に水素を含有する燃料ガスの供給を受け、カソード7b
側には酸素を含有する酸化剤ガスの供給を受けることに
より、以下に示す電気化学反応が生じ、起電力を得る。
なお、式1は、アノード7a側におけるアノード電極反
応、式2は、カソード7b側におけるカソード電極極反
応を示し、式3は電池全体で起こる反応を表わす。
The fuel cell body 7 receives the fuel gas containing hydrogen on the anode 7a side,
By receiving a supply of oxygen-containing oxidizing gas on the side, the following electrochemical reaction occurs, and an electromotive force is obtained.
Equation 1 indicates an anode electrode reaction on the anode 7a side, Equation 2 indicates a cathode electrode reaction on the cathode 7b side, and Equation 3 indicates a reaction occurring in the entire battery.

【0031】[0031]

【化1】 H2 →2H+ +2e- …式1[Formula 1] H 2 → 2H + + 2e - ... formula 1

【化2】 (1/2)O2 +2H+ +2e- →H2 O …式2Embedded image (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O Formula 2

【化3】 H2 +(1/2)O2 →H2 O …式3 1−1−3.水素製造装置 水素製造装置2は、改質器2a、改質器バーナー2b及
び水素精製器2cから成る。改質器2aは、メタノール
の入った液体燃料タンク1と、図示しない水タンクから
原燃料の供給を受けて、水蒸気改質法による改質を行
い、水素リッチな燃料ガスを生成するものである。な
お、原燃料の供給は、メタノールと水の混合液を貯蔵し
た液体燃料タンク1から行う構成としてもよい。以下
に、改質器2aの内部で行われる改質反応を示す。
Embedded image H 2 + (1 /) O 2 → H 2 O Formula 3 1-1-3. Hydrogen production device The hydrogen production device 2 includes a reformer 2a, a reformer burner 2b, and a hydrogen purifier 2c. The reformer 2a receives a supply of raw fuel from a liquid fuel tank 1 containing methanol and a water tank (not shown), performs reforming by a steam reforming method, and generates a hydrogen-rich fuel gas. . The supply of the raw fuel may be performed from the liquid fuel tank 1 storing a mixed liquid of methanol and water. Hereinafter, a reforming reaction performed inside the reformer 2a will be described.

【0032】[0032]

【化4】 CH3 OH→CO+2H2 …式4Embedded image CH 3 OH → CO + 2H 2 Formula 4

【化5】 CO+H2 O→CO2 +H2 …式5Embedded image CO + H 2 O → CO 2 + H 2 Formula 5

【化6】 CH3 OH+H2 O→CO2 +3H2 …式6 改質器2aにおけるメタノールの改質反応は、式4で表
されるメタノ―ルの分解反応と式5で表される一酸化炭
素の変成反応とが同時に進行し、全体として式6の反応
が起きる。このような改質反応は、全体として吸熱反応
であるため、外部から熱の供給が必要となる。このた
め、改質器2aの内部には、加熱用の改質器バーナー2
bが備えられている。この改質器バーナー2bには、空
気供給装置6からの空気と液体燃料供給ポンプ11Bか
らの燃料が供給され、燃焼によって改質反応に必要な熱
量を得る構成となっている。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 Formula 6 The reforming reaction of methanol in the reformer 2a is a decomposition reaction of methanol represented by Formula 4 and a monoxide represented by Formula 5. The carbon conversion reaction proceeds simultaneously, and the reaction of Formula 6 occurs as a whole. Since such a reforming reaction is an endothermic reaction as a whole, heat must be supplied from the outside. For this reason, the reformer burner 2 for heating is provided inside the reformer 2a.
b is provided. Air from the air supply device 6 and fuel from the liquid fuel supply pump 11B are supplied to the reformer burner 2b, and the amount of heat required for the reforming reaction is obtained by combustion.

【0033】そして、改質器2aから出た改質ガスは、
下流に設置された水素精製器2cに供給されて精製さ
れ、水素リッチな燃料ガスとして、燃料供給路を介して
燃料電池本体7に供給される。燃料電池本体7内では、
燃料ガスが各単セルにおけるアノード7aに供給され、
上記の式1で示したアノード電極反応に供される。な
お、固体高分子型燃料電池の場合、特に一酸化炭素の被
毒を受けるため、燃料電池本体7の入口における燃料ガ
ス中の一酸化炭素を、低濃度に維持することが要求され
る。このため、水素精製器2cには、図示はしないが、
微量の酸素又は空気を注入して数十ppm以下にする水
素低減装置が設けられている。
Then, the reformed gas discharged from the reformer 2a is
The hydrogen gas is supplied to a hydrogen purifier 2c installed downstream, purified and supplied as a hydrogen-rich fuel gas to the fuel cell main body 7 via a fuel supply path. In the fuel cell body 7,
Fuel gas is supplied to the anode 7a in each unit cell,
It is subjected to the anode electrode reaction shown in the above formula 1. In the case of the polymer electrolyte fuel cell, in particular, since it is poisoned by carbon monoxide, it is required to maintain low concentration of carbon monoxide in the fuel gas at the inlet of the fuel cell body 7. For this reason, although not shown in the hydrogen purifier 2c,
There is provided a hydrogen reduction device that injects a small amount of oxygen or air to make it tens of ppm or less.

【0034】1−1−4.空気供給装置 空気供給装置6は、同軸に回転するタービン6aと送風
部6b(ブロワー若しくはコンプレッサー)を有し、外
部から取り込んだ空気を燃料電池本体7に供給する装置
であるとともに、水素製造装置2の改質器バーナー2b
へ空気を供給する装置である。すなわち、バッテリー8
の電力で作動する空気供給ブロワー11A及び液体燃料
供給ポンプ11Bによって、空気供給装置用燃焼バーナ
ー5に空気と液体燃料を供給して点火すると、タービン
6aが回転して、同軸の送風部6bを回し、空気を送り
出す機能を有する。燃料電池本体7内では、空気が各単
セルにおけるカソード7bに供給され、上記の式2で示
したカソード電極反応に供される。
1-1-4. Air Supply Device The air supply device 6 has a turbine 6 a rotating coaxially and a blower 6 b (blower or compressor), and supplies air taken in from outside to the fuel cell main body 7. Reformer burner 2b
A device that supplies air to the That is, the battery 8
When air and liquid fuel are supplied and ignited to the combustion burner 5 for the air supply device by the air supply blower 11A and the liquid fuel supply pump 11B operated by the electric power, the turbine 6a rotates, and the coaxial blower 6b is rotated. Has the function of sending out air. In the fuel cell main body 7, air is supplied to the cathode 7b in each unit cell, and is subjected to the cathode electrode reaction represented by the above equation (2).

【0035】なお、空気供給ブロワー11Aを、後述す
る水素吸蔵合金タンク3を加熱するための空気供給装置
用燃焼バーナー5用の小容量のものと、燃料電池本体7
及び水素製造装置2の改質器バーナー2b用の大容量の
ものとの2台に分けて装備することによって、空気供給
量の調整等を、より容易且つ適切に行うこともできる。
The air supply blower 11A has a small capacity for the combustion burner 5 for the air supply device for heating the hydrogen storage alloy tank 3, which will be described later, and the fuel cell body 7
By separately providing two units, one for the reformer burner 2b of the hydrogen production apparatus 2 and the other for the reformer burner 2b, adjustment of the air supply amount and the like can be performed more easily and appropriately.

【0036】1−1−5.電池冷却水熱交換器 電池冷却水冷却用熱交換器14Aは、ファン付きラジエ
ーターを具備した空冷方式の熱交換器であり、燃料電池
本体7の冷却室7cに供給される冷却水を冷却する機能
を有する。電池冷却水加熱用熱交換器14Bは、水素吸
蔵合金タンク3の加熱源として用いられ、空気供給装置
用燃焼バーナー5の排ガス及び改質器バーナー2bの排
ガスの少なくとも一方によって、電池冷却水を加熱する
機能を有する。なお、冷却水は水タンク13から電池冷
却水循環ポンプ12によって送り出される。
1-1-5. Battery Cooling Water Heat Exchanger The battery cooling water cooling heat exchanger 14 </ b> A is an air-cooled heat exchanger equipped with a radiator with a fan, and has a function of cooling the cooling water supplied to the cooling chamber 7 c of the fuel cell body 7. Having. The battery cooling water heating heat exchanger 14B is used as a heating source of the hydrogen storage alloy tank 3, and heats the battery cooling water by at least one of the exhaust gas of the combustion burner 5 for the air supply device and the exhaust gas of the reformer burner 2b. It has a function to do. The cooling water is sent from the water tank 13 by the battery cooling water circulation pump 12.

【0037】1−1−6.水素吸蔵合金タンク 水素吸蔵合金タンク3は、燃料電池本体7に水素を供給
するタンクであり、加熱及び冷却用の温度調節装置4A
を備えている。この水素吸蔵合金タンク3は、電源シス
テムの起動時に、空気供給装置用燃焼バーナー5の排ガ
スが温度調節装置4Aに供給されることよって、加熱さ
れる。また、温度調節装置4Aに供給される燃料電池本
体7の冷却水によって、水素製造装置2からの水素を吸
蔵させ、水素を再充填することができるので、負荷低減
時に過剰となった水素の再充填が可能となる。なお、冷
却は、燃料電池本体7の冷却水以外の冷却装置によって
行うこともできる。
1-1-6. Hydrogen storage alloy tank The hydrogen storage alloy tank 3 is a tank that supplies hydrogen to the fuel cell main body 7, and has a temperature control device 4A for heating and cooling.
It has. The hydrogen storage alloy tank 3 is heated by supplying the exhaust gas from the combustion burner 5 for the air supply device to the temperature control device 4A when the power supply system is started. Further, the cooling water of the fuel cell main body 7 supplied to the temperature control device 4A can occlude hydrogen from the hydrogen production device 2 and refill it with hydrogen. Filling is possible. The cooling can be performed by a cooling device other than the cooling water of the fuel cell body 7.

【0038】1−1−7.制御装置 制御装置9は、運転者からの指令や予めプログラムされ
た指令により、燃料及び空気等の流量調整弁15〜25
B、起動装置10A、電源切替装置10B、空気供給ブ
ロワー11A、液体燃料供給ポンプ11B、電池冷却水
循環ポンプ12、負荷装置26等の機器を制御する機能
を有している。特に、発電システムに接続される負荷装
置26の大きさに応じて、燃料ガス及び空気の供給量を
調節することにより、出力を制御することができる。こ
の制御装置9は、電源システムの起動時には、バッテリ
ー8より電力の供給を受け、燃料電池が発電状態になっ
た後は、燃料電池本体7より電力の供給を受ける。
1-1-7. Control device The control device 9 controls the flow control valves 15 to 25 for fuel, air, and the like according to a command from a driver or a command programmed in advance.
B, a starting device 10A, a power supply switching device 10B, an air supply blower 11A, a liquid fuel supply pump 11B, a battery cooling water circulation pump 12, a load device 26, and other devices. In particular, the output can be controlled by adjusting the supply amounts of the fuel gas and the air according to the size of the load device 26 connected to the power generation system. The control device 9 receives power supply from the battery 8 when the power supply system is started, and receives power supply from the fuel cell main body 7 after the fuel cell enters a power generation state.

【0039】1−1−8.起動装置 起動装置10Aは、電源システムの起動時に、バッテリ
ー8からの電力により、運転者からの指令を制御装置9
に出し、空気供給ブロワー11A及び液体燃料供給ポン
プ11Bの起動と、空気供給装置用燃焼バーナー5及び
改質器バーナー2bの点火を行う機能を有する。
1-1-8. Starting device The starting device 10A receives a command from the driver by the power from the battery 8 when the power supply system is started.
And has a function of activating the air supply blower 11A and the liquid fuel supply pump 11B, and igniting the combustion burner 5 for the air supply device and the reformer burner 2b.

【0040】1−1−9.電源切替装置 電源切替装置10Bは、水素吸蔵合金タンク3からの水
素及び空気供給装置6からの空気の供給を受けて、燃料
電池本体7が発電状態に到達した後に、予めプログラム
された制御装置の指令によって、電源をバッテリー8か
ら、燃料電池本体7に切り替える機能を有する。
1-1-9. Power supply switching device The power supply switching device 10B receives the supply of hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 3 and the air from the air supply device 6 and, after the fuel cell main body 7 reaches the power generation state, operates the control device that is programmed in advance. It has a function of switching the power supply from the battery 8 to the fuel cell main body 7 according to a command.

【0041】1−1−10.負荷装置 負荷装置26は、燃料電池本体7からの電力の供給を受
けて、駆動力を発生する。例えば、本実施の形態の電源
システムを搭載した電気自動車においては、負荷装置2
6のモータによって車軸を回転させ、車両を走行させ
る。この負荷装置26は、運転者の負荷指令に従って制
御装置9が指令を出し、指令どおりの運転をするよう
に、制御装置9と信号のやり取りをしている。
1-1-10. Load Device The load device 26 receives a supply of electric power from the fuel cell main body 7 and generates a driving force. For example, in an electric vehicle equipped with the power supply system of the present embodiment, the load device 2
The axle is rotated by the motor of No. 6 to drive the vehicle. The load device 26 exchanges signals with the control device 9 so that the control device 9 issues a command in accordance with the load command of the driver and operates according to the command.

【0042】1−2.作用 以上のような本実施の形態の作用は、以下の通りであ
る。すなわち、運転者が起動装置10Aを“ON”にす
ると、バッテリー8に蓄電されている電力が、図示しな
い電気配線を介して制御装置9に供給され、制御装置9
が作動状態となる。制御装置9は、運転者若しくはプロ
グラムより受けた指令に応じて、指令信号線27,28
を介して空気供給ブロワー11A、液体燃料供給ポンプ
11Bに指令を伝えて作動させるとともに、流量調整弁
15,17,24,25Aを“開”とする。すると、空
気供給装置用燃焼バーナー5が、図示しない点火装置の
点火によって燃焼を開始する。
1-2. Operation The operation of the present embodiment as described above is as follows. That is, when the driver turns on the activation device 10A, the electric power stored in the battery 8 is supplied to the control device 9 via electric wiring (not shown), and the control device 9
Is activated. The control device 9 controls the command signal lines 27 and 28 according to the command received from the driver or the program.
A command is transmitted to the air supply blower 11A and the liquid fuel supply pump 11B via the air supply blower 11A to operate them, and the flow control valves 15, 17, 24, and 25A are opened. Then, the combustion burner 5 for the air supply device starts combustion by ignition of an ignition device (not shown).

【0043】空気供給装置用燃焼バーナー5の燃焼排ガ
スは、配管を介して空気供給装置6のタービン6a側を
経由して、水素吸蔵合金タンク3の温度調節装置4Aに
供給され、水素吸蔵合金を加熱し、系外に排出される。
水素吸蔵合金が水素を脱着する温度(通常は、100℃
以上)に加熱されると、水素吸蔵合金タンク3に吸蔵さ
れていた水素が排出され、当該水素が、燃料電池本体7
のアノード7aに供給される。同時に、空気供給装置6
は、空気供給装置用燃焼バーナー5の高温排ガスによっ
てタービン6aが作動し、同軸の送風部6bが回転す
る。すると、空気供給装置6は大気中から空気を吸引
し、この空気を、配管を介して燃料電池本体7のカソー
ド7bに供給する。
The combustion exhaust gas of the combustion burner 5 for the air supply device is supplied to the temperature control device 4A of the hydrogen storage alloy tank 3 via the pipe via the turbine 6a side of the air supply device 6, and the hydrogen storage alloy is removed. It is heated and discharged out of the system.
Temperature at which the hydrogen storage alloy desorbs hydrogen (usually 100 ° C
Is heated, the hydrogen occluded in the hydrogen storage alloy tank 3 is discharged, and the hydrogen is released into the fuel cell main body 7.
Is supplied to the anode 7a. At the same time, the air supply device 6
The turbine 6a is operated by the high-temperature exhaust gas from the combustion burner 5 for the air supply device, and the coaxial blower 6b rotates. Then, the air supply device 6 sucks air from the atmosphere and supplies the air to the cathode 7b of the fuel cell main body 7 via the pipe.

【0044】このように、水素と空気の供給を受けて、
燃料電池本体7は発電状態になるので、その時点で(例
えば、起動から約0.5分後)、制御装置9の予めプロ
グラムされた指令により、電源切替装置10Bが作動
し、電源がバッテリー8から燃料電池本体7に切り替わ
り、燃料電池本体7による電源システムの自律運転状態
に入る。
Thus, receiving the supply of hydrogen and air,
Since the fuel cell main body 7 is in the power generation state, at that time (for example, about 0.5 minutes after the start-up), the power supply switching device 10B is operated by a pre-programmed command of the control device 9, and the power supply is changed to the battery 8 Is switched to the fuel cell main body 7, and the power supply system by the fuel cell main body 7 enters an autonomous operation state.

【0045】より具体的には、図4及び図5に示すよう
に、ほぼ起動と同時(数十秒)に、水素吸蔵合金タンク
3からの水素と空気供給装置6からの空気が燃料電池本
体7に供給され、発電状態に達する。なお、図中61
は、水素吸蔵合金タンク3からの水素放出量の割合を示
す。従って、図4及び図5の64に示すように、ほぼ起
動と同時に100%負荷運転が可能となる。その後、図
6の62に示すように、改質器2aの出力が、約15分
後に正常状態に達し、100%負荷運転が可能な水素量
を製造できる状態となる。その時点で、図5の63に示
すように、水素吸蔵合金タンク3からの水素を、水素製
造装置2からの水素リッチな改質ガスに切り替えること
により、液体燃料タンク1からの液体燃料による運伝状
態に入る。なお、図5における61と62に示すよう
に、改質器2aの出力が得られる数分後から、その出力
に従って一部を切り替えることによって、水素供給源を
徐々に交替していく制御とすることも可能である。
More specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, almost simultaneously with the start-up (several tens of seconds), the hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 3 and the air from the air supply device 6 are supplied to the fuel cell main body. 7 to reach the power generation state. In the figure, 61
Indicates the ratio of the amount of hydrogen released from the hydrogen storage alloy tank 3. Therefore, as shown at 64 in FIGS. 4 and 5, 100% load operation can be performed almost simultaneously with startup. Thereafter, as shown at 62 in FIG. 6, the output of the reformer 2a reaches a normal state after about 15 minutes, and is in a state where a hydrogen amount capable of operating at 100% load can be produced. At that time, as shown at 63 in FIG. 5, the hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 3 is switched to the hydrogen-rich reformed gas from the hydrogen production device 2, so that the operation by the liquid fuel from the liquid fuel tank 1 is performed. Enter the transmission state. In addition, as shown by 61 and 62 in FIG. 5, a few minutes after the output of the reformer 2a is obtained, a part of the output is switched according to the output to gradually change the hydrogen supply source. It is also possible.

【0046】これと並行して、制御装置9の指令を受け
て、流量調整弁20,21,25Bが“開”となり、空
気供給装置6からの空気は、燃料電池本体7への供給配
管から分岐されている配管を介して、水素製造装置2の
改質器バーナー2b及び空気供給装置用燃焼バーナー5
に供給される。従って、バッテリー8の容量は、従来の
自動車に利用されている程度の小容量で済む。なお、必
要により、バッテリー8は、燃料電池本体7から受電
し、充電することができる。
In parallel with this, in response to a command from the control device 9, the flow control valves 20, 21, 25 B are opened, and the air from the air supply device 6 flows from the supply pipe to the fuel cell body 7. The reformer burner 2b of the hydrogen production device 2 and the combustion burner 5 for the air supply device are connected via the branched pipe.
Supplied to Therefore, the capacity of the battery 8 is small enough to be used in a conventional automobile. If necessary, the battery 8 can receive power from the fuel cell main body 7 and be charged.

【0047】燃料電池本体7は、発電状態になってから
も、目標の運転温度になるまでは、水素吸蔵合金タンク
3の加熱源である空気供給装置用燃焼バーナー5の排ガ
ス及び改質器バーナー2bの排ガスの少なくとも一方に
より、熱交換器14Bにおいて加熱することができる。
また、起動時若しくは寒冷地における停止中の保温時
に、冷却水を加熱して運転温度まで昇温したり、凍結温
度以上に保温することができる。また、目標以上の温度
に到達した場合、熱交換器14Aによってラジエーター
で冷却し、目標温度に制御することができる。
Even after the fuel cell body 7 is in the power generation state, the exhaust gas of the combustion burner 5 for the air supply device, which is the heating source of the hydrogen storage alloy tank 3, and the reformer burner until the target operating temperature is reached. The heat can be heated in the heat exchanger 14B by at least one of the exhaust gas of 2b.
Further, at the time of starting or at the time of keeping the temperature in a cold region during a stop, it is possible to heat the cooling water to raise the temperature to the operating temperature or to keep the temperature above the freezing temperature. When the temperature reaches the target temperature or higher, the temperature can be cooled by the radiator by the heat exchanger 14A and controlled to the target temperature.

【0048】なお、燃料電池本体7のアノード排ガス
を、水素製造装置2の改質器バーナー2bの燃料として
加熱源にすることにより、エネルギー効率の向上を図れ
る。また、流量調整弁16を開き、水素吸蔵合金タンク
3の温度調節を行うこともできる。
By using the anode exhaust gas of the fuel cell body 7 as a heating source as fuel for the reformer burner 2b of the hydrogen production apparatus 2, energy efficiency can be improved. Also, the temperature of the hydrogen storage alloy tank 3 can be adjusted by opening the flow control valve 16.

【0049】次に、電源システムの運転を停止する時
は、上記と逆の操作を行う。すなわち、制御装置9は、
運転者の停止指令を受けると、指令信号線27,28を
介して、各機器に指令を出す。その指令により各構成機
器が、燃料電池本体7への水素、空気及び冷却水の供給
を停止するので、発電が停止する。
Next, when stopping the operation of the power supply system, the reverse operation is performed. That is, the control device 9
When a driver's stop command is received, a command is issued to each device via command signal lines 27 and 28. Each component stops the supply of hydrogen, air, and cooling water to the fuel cell body 7 according to the command, so that the power generation stops.

【0050】但し、水素吸蔵合金タンク3の水素吸蔵量
をモニターしておき、その吸蔵量が不足している場合に
は、水素製造装置2を運転継続して、必要な分の水素を
水素吸蔵合金タンク3に充填する。また、電気自動車等
の電源として運転中に、水素製造装置2を実際の負荷よ
り大きい出力で運転して、その余剰分を、水素吸蔵合金
タンク3への充填に利用することもできる。なお、上記
のように、水素製造装置2から供給される水素を、水素
吸蔵合金に吸蔵させる時には、燃料電池本体7の冷却水
を利用して吸蔵温度領域に冷却することができる。
However, the amount of hydrogen storage in the hydrogen storage alloy tank 3 is monitored, and if the amount of storage is insufficient, the operation of the hydrogen producing apparatus 2 is continued to store the required amount of hydrogen. The alloy tank 3 is filled. Further, during operation as a power source of an electric vehicle or the like, the hydrogen production apparatus 2 can be operated with an output larger than the actual load, and the surplus can be used for filling the hydrogen storage alloy tank 3. As described above, when the hydrogen supplied from the hydrogen production device 2 is stored in the hydrogen storage alloy, the hydrogen can be cooled to the storage temperature region by using the cooling water of the fuel cell body 7.

【0051】1−3.効果 以上のような本実施の形態の効果は、以下の通りであ
る。すなわち、起動時には水素吸蔵合金タンク3からの
水素供給を受け、その後、水素製造装置2からの水素供
給に切り替えることにより、ほぼ起動と同時点から10
0%負荷運転を実現し、これを継続して維持することが
できる。従って、例えば、約50リットルの液体燃料タ
ンク1の場合に、1充填で運転できる時間も、従来の5
0リットルガソリンタンクと同等の時間とすることがで
き、自動車用電源ならば、500km以上の走行距離が
達成可能となる。
1-3. Effects The effects of the present embodiment as described above are as follows. That is, at the time of start-up, the supply of hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 3 is received, and thereafter, the supply of hydrogen is switched to the supply of hydrogen from the hydrogen production device 2, so that the hydrogen supply is started at about 10
0% load operation can be realized and maintained continuously. Therefore, for example, in the case of a liquid fuel tank 1 of about 50 liters, the time that can be operated with one charge is 5 times as long as the conventional one.
The time can be equivalent to that of a 0 liter gasoline tank, and a traveling distance of 500 km or more can be achieved with an automobile power supply.

【0052】また、図5中の61及び62に示したよう
に、改質器2aの出力が得られる数分後から切り替えを
開始する制御を行うと、水素吸蔵合金の容量を小さくす
ることができる。従って、例えば、上記のような自動車
用電源の場合には、水素吸蔵合金タンク3の重量は50
kg以下で十分の容量となる。
Further, as shown at 61 and 62 in FIG. 5, when control is performed to start switching after several minutes from when the output of the reformer 2a is obtained, the capacity of the hydrogen storage alloy can be reduced. it can. Therefore, for example, in the case of the above-described power supply for an automobile, the weight of the hydrogen storage alloy tank 3 is 50
A sufficient capacity is obtained with less than kg.

【0053】また、上述のように、バッテリー8の容量
も小さくて済み、水素吸蔵合金タンク3を取り外すこと
なく、運転中に自動充填を行うことができるので、従来
のガソリン自動車等と同等の操作で運転できるシステム
を構成することができる。例えば、従来の通常の小容量
バッテリー8で、上記の50kg程度の水素吸蔵合金タ
ンク3を用いた場合でも、1 分以下の起動時間で発電が
可能となる。
Further, as described above, the capacity of the battery 8 is small, and automatic filling can be performed during operation without removing the hydrogen storage alloy tank 3, so that the same operation as that of a conventional gasoline vehicle or the like can be performed. And a system that can be operated with the system. For example, even when the conventional ordinary small-capacity battery 8 uses the above-mentioned hydrogen storage alloy tank 3 of about 50 kg, power can be generated in a startup time of 1 minute or less.

【0054】また、改質器2aをはじめとする各構成機
器に、複雑な構造のものを使用しないので、長期的にみ
た信頼性が向上する。
Further, since each component such as the reformer 2a does not have a complicated structure, reliability in a long term is improved.

【0055】また、空気供給装置用燃焼バーナー5が、
空気供給装置6を作動させる手段、水素吸蔵合金タンク
を加熱する手段、熱交換器14Bを加熱する手段を兼用
し、改質器バーナー2bによっても熱交換器14Bの加
熱が可能であり、改質器バーナー2bにはアノード排ガ
スが供給可能なので、排熱を効率良く活用することがで
きる。
Further, the combustion burner 5 for the air supply device is
The means for operating the air supply device 6, the means for heating the hydrogen storage alloy tank, and the means for heating the heat exchanger 14B can also be used, and the heat exchanger 14B can be heated by the reformer burner 2b. Since the anode exhaust gas can be supplied to the container burner 2b, the exhaust heat can be efficiently used.

【0056】さらに、水素吸蔵合金タンク3内の水素吸
蔵量を、上述のような充填作業によって、常に起動する
ための必要量以上にしておくことが可能となるので、水
素ガス欠乏を起こすことなくいつでも起動できる。
Further, the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage alloy tank 3 can be kept at a level higher than the required amount for starting up by the filling operation as described above, so that hydrogen gas deficiency does not occur. Can be started at any time.

【0057】(2)第2の実施の形態 2−1.構成 本発明の他の一つの実施の形態を、図2を参照して以下
に説明する。すなわち、本実施の形態は、基本的には、
図1で示した第1の実施の形態と同様であるが、第1の
実施の形態における水素吸蔵合金タンク3が、熱源とし
て空気供給装置用燃焼バーナー5からの排ガスを用いる
温度調節装置4Aではなく、液体燃料タンク1から供給
される液体燃料を、空気供給ブロワー11Aからの空気
供給を受けて燃焼させるバーナー付きの温度調節装置4
Bを備えたものである点が異なる。また、空気供給装置
6からの排ガスを、電池冷却水の熱交換器14Bに直接
供給可能に設けられるとともに、温度調節装置4Bのバ
ーナー排ガスも、熱交換器14Bに供給可能に設けられ
ている。
(2) Second embodiment 2-1. Configuration Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. That is, in the present embodiment, basically,
Although it is the same as the first embodiment shown in FIG. 1, the hydrogen storage alloy tank 3 according to the first embodiment is different from the first embodiment in the temperature control device 4A using the exhaust gas from the air supply device combustion burner 5 as a heat source. Temperature control device 4 with a burner for burning the liquid fuel supplied from the liquid fuel tank 1 by receiving the air supply from the air supply blower 11A.
B is different. Further, the exhaust gas from the air supply device 6 is provided so as to be directly supplied to the heat exchanger 14B of the battery cooling water, and the burner exhaust gas of the temperature control device 4B is also provided so as to be supplied to the heat exchanger 14B.

【0058】2−2.作用効果 以上のような本実施の形態の作用効果は、基本的には第
1の実施の形態と同様であるが、水素吸蔵合金タンク3
の温度調節装置4Bが、空気供給ブロワー11Aから供
給される空気と液体燃料供給ポンプ11Bから供給され
る液体燃料を受けて、バーナーで燃焼することにより水
素吸蔵合金タンク3を加熱して、水素を供給することが
できる。このため、目標の加熱温度まですばやく上昇さ
せることができるとともに、安定した温度管理を実現で
きる。
2-2. Operation and Effect The operation and effect of the present embodiment as described above are basically the same as those of the first embodiment.
Receives the air supplied from the air supply blower 11A and the liquid fuel supplied from the liquid fuel supply pump 11B, and heats the hydrogen storage alloy tank 3 by burning it with a burner to remove hydrogen. Can be supplied. Therefore, the temperature can be quickly raised to the target heating temperature, and stable temperature management can be realized.

【0059】また、空気供給装置用燃焼バーナー5の排
ガスを使って、熱交換器14Bにおいて冷却水を加熱す
ることができる。さらに、水素製造装置2の改質器バー
ナー2bの排ガス、水素吸蔵合金タンク3の温度調節装
置4Bのバーナー排ガスを、燃料電池本体7の加熱源と
して併用することもできる。このように、加熱源を多様
化させることによって、加熱温度の管理を安定化させる
ことができる。
Further, the cooling water can be heated in the heat exchanger 14B by using the exhaust gas of the combustion burner 5 for the air supply device. Furthermore, the exhaust gas from the reformer burner 2b of the hydrogen production device 2 and the burner exhaust gas from the temperature control device 4B of the hydrogen storage alloy tank 3 can be used together as a heating source for the fuel cell body 7. Thus, by diversifying the heating sources, the management of the heating temperature can be stabilized.

【0060】(3)第3の実施の形態 3−1.構成 本発明の他の一つの実施の形態を、図3を参照して以下
に説明する。すなわち、本実施の形態は、基本的には図
1に示した第1の実施の形態と同様であるが、空気供給
装置6を省略して、空気供給装置用燃焼バーナー5の高
温排ガスを、水素吸蔵合金タンク3の温度調節装置4に
直接供給する構成とした点が異なる。
(3) Third Embodiment 3-1. Configuration Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. That is, the present embodiment is basically the same as the first embodiment shown in FIG. 1, but omits the air supply device 6 and removes the high-temperature exhaust gas from the combustion burner 5 for the air supply device. The difference is that the hydrogen storage alloy tank 3 is directly supplied to the temperature controller 4.

【0061】3−2.作用効果 以上のような本実施の形態によれば、第1の実施の形態
と同等の作用効果を得ることができるとともに、空気供
給装置6の省略により、システムの簡略化、コスト及び
設置スペースの低減等を図ることができる。
3-2. Operation and Effect According to the present embodiment as described above, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and the omission of the air supply device 6 simplifies the system, reduces the cost and the installation space. Reduction can be achieved.

【0062】(4)第4の実施の形態 4−1.構成 本発明の他の一つの実施の形態を説明する。すなわち、
本実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態におけ
る空気供給装置用燃焼バーナー5を、水素製造装置2に
おける改質器バーナー2bに置き換えて、水素吸蔵合金
タンク3の温度調節装置4Aに、改質器バーナー2bか
らの排ガスを供給可能に設けたものである。
(4) Fourth Embodiment 4-1. Configuration Another embodiment of the present invention will be described. That is,
In the present embodiment, the temperature control device of the hydrogen storage alloy tank 3 is replaced by replacing the combustion burner 5 for the air supply device in the first embodiment shown in FIG. 4A is provided so that the exhaust gas from the reformer burner 2b can be supplied.

【0063】4−2.作用効果 以上のような本実施の形態によれば、第1の実施形態と
同等の効果を得ることができるとともに、空気供給装置
用燃焼バーナー5を省略することができるので、システ
ムの簡略化、コスト及び設置スペースの低減等を図るこ
とができる。
4-2. According to the present embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the combustion burner 5 for the air supply device can be omitted. Cost and installation space can be reduced.

【0064】(5)その他の実施の形態 本発明は上記のような実施の形態に限定されるものでは
ない。例えば、燃料電池本体、バッテリー及び各種タン
クの容量、流量調整弁や配管の数、種類、大きさ等は適
宜変更可能である。また、制御装置は、所定のプログラ
ムで動作するコンピュータによって実現することもでき
るが、専用の回路によって実現することも可能である。
また、上記の実施の形態に示したような運転手順の通り
にコンピュータを作動させるためのプログラムを記録し
た磁気記録媒体、光学記録媒体、その他のあらゆる記録
媒体も構成可能である。
(5) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the capacities of the fuel cell body, the battery and the various tanks, and the number, type, size, and the like of the flow control valves and pipes can be appropriately changed. Further, the control device can be realized by a computer operated by a predetermined program, but can also be realized by a dedicated circuit.
Further, a magnetic recording medium, an optical recording medium, or any other recording medium in which a program for operating a computer according to the operating procedure as described in the above embodiment is recorded can be configured.

【0065】そして、本発明に使用する燃料電池本体と
しては、固体高分子電解質型燃料電池が最も適している
が、必ずしもこれには限定されず、他の種類の燃料電
池、例えば、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池であっ
てもよい。さらに、本発明の燃料電池電源システムは、
可搬電源、電気自動車用電源、家庭用電源、ビル用電源
ばかりでなく、これ以外のあらゆる電源としても適用可
能である。
As the fuel cell body used in the present invention, a solid polymer electrolyte type fuel cell is most suitable, but is not necessarily limited thereto, and other types of fuel cells, for example, a phosphoric acid type Alternatively, a molten carbonate fuel cell may be used. Further, the fuel cell power supply system of the present invention
The present invention can be applied not only to a portable power source, an electric vehicle power source, a household power source, and a building power source but also to any other power source.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、複
雑な機器を用いることなく、起動時間の短縮化が可能で
あり、少ない燃料供給でも長い運転時間を確保できる燃
料電池電源システム及びその運転方法を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, the fuel cell power supply system and the fuel cell power supply system capable of shortening the start-up time without using complicated equipment and securing a long operation time even with a small amount of fuel supply. A driving method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の燃料電池電源システムの第1の形態の
形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a fuel cell power supply system according to the present invention.

【図2】本発明の燃料電池電源システムの第2の形態の
形態を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the fuel cell power supply system of the present invention.

【図3】本発明の燃料電池電源システムの第3の形態の
形態を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the fuel cell power supply system of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態における水素吸蔵合金タン
クの水素放出量の変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change in the amount of hydrogen released from the hydrogen storage alloy tank according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態における水素供給源の切替
タイミングを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing switching timing of a hydrogen supply source according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態における改質器の出力の変
化を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a change in the output of the reformer according to the embodiment of the present invention.

【図7】従来の燃料電池電源システムの一例を示すブロ
ック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional fuel cell power supply system.

【図8】従来の燃料電池電源システムの他の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing another example of a conventional fuel cell power supply system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…液体燃料タンク 2…水素製造装置 3…水素吸蔵合金タンク 5…空気供給装置用燃焼バーナー 6…空気供給装置 7…燃料電池本体 8…バッテリー 9…制御装置 10A…起動装置 10B…電源切替装置 11A…空気供給ブロワー 11B…液体燃料供給ポンプ 12…電池冷却水循環ポンプ 13…水タンク 14A,14B…熱交換器 15〜25B…自動切替弁 26…負荷 27〜28…指令信号線 29,30…電気配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid fuel tank 2 ... Hydrogen production device 3 ... Hydrogen storage alloy tank 5 ... Combustion burner for air supply device 6 ... Air supply device 7 ... Fuel cell body 8 ... Battery 9 ... Control device 10A ... Start device 10B ... Power supply switching device 11A ... air supply blower 11B ... liquid fuel supply pump 12 ... battery cooling water circulation pump 13 ... water tank 14A, 14B ... heat exchanger 15-25B ... automatic switching valve 26 ... load 27-28 ... command signal line 29, 30 ... electricity wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三好 倫三 東京都港区芝一丁目5番9号 住友不動産 芝ビル2号館 東芝テクノコンサルティ ング株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA14 BA16 BC11 CC06 DD03 MM01 MM09 MM26 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Rinzo Miyoshi 1-5-9 Shiba, Minato-ku, Tokyo Sumitomo Realty & Development Shiba Building No. 2 Toshiba Techno Consulting Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA14 BA16 BC11 CC06 DD03 MM01 MM09 MM26

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池本体と、改質器によって原燃料
を水素リッチガスに転化して前記燃料電池本体へ供給す
る水素製造手段と、前記燃料電池本体へ供給する水素ガ
スを貯蔵する水素貯蔵手段と、前記燃料電池本体へ空気
を供給する空気供給手段とを備えた燃料電池電源システ
ムにおいて、 前記水素貯蔵手段が、温度に応じて水素を着脱可能な水
素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金タンクであり、 前記水素吸蔵合金タンクを直接に若しくは排ガスによっ
て加熱する燃焼バーナーが設けられていることを特徴と
する燃料電池電源システム。
1. A fuel cell main body, a hydrogen producing means for converting raw fuel into a hydrogen-rich gas by a reformer and supplying the same to the fuel cell main body, and a hydrogen storage means for storing the hydrogen gas supplied to the fuel cell main body And a fuel cell power supply system comprising: an air supply means for supplying air to the fuel cell body, wherein the hydrogen storage means is a hydrogen storage alloy tank having a hydrogen storage alloy capable of attaching and detaching hydrogen according to temperature. A fuel cell power supply system, comprising: a combustion burner for heating the hydrogen storage alloy tank directly or by exhaust gas.
【請求項2】 前記空気供給手段は、前記燃焼バーナー
からの排ガスによって回転するタービンと、前記タービ
ンに連動して前記燃料電池本体へ空気を送り出す送風部
とを有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池電
源システム。
2. The air supply means includes a turbine that rotates by exhaust gas from the combustion burner, and a blower that sends air to the fuel cell main body in conjunction with the turbine. A fuel cell power supply system as described.
【請求項3】 前記燃焼バーナーは、その排ガスによっ
て前記改質器を加熱可能となるように、前記改質器に接
続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記
載の燃料電池電源システム。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the combustion burner is connected to the reformer such that the exhaust gas can heat the reformer. Power system.
【請求項4】 前記燃料電池本体には、冷却水によって
冷却を行う電池冷却部が設けられ、 前記電池冷却部に冷却水を供給する冷却水供給手段が接
続され、 前記水素吸蔵合金タンクには、前記冷却水によって冷却
可能となるように、前記冷却水供給手段が接続されてい
ることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の燃料電
池電源システム。
4. The fuel cell main body is provided with a battery cooling unit for cooling with cooling water, cooling water supply means for supplying cooling water to the battery cooling unit is connected, and the hydrogen storage alloy tank is 3. The fuel cell power supply system according to claim 1, wherein said cooling water supply means is connected so as to be cooled by said cooling water.
【請求項5】 前記冷却部には、冷却水を加熱する加熱
手段が接続され、 前記燃焼バーナーは、その排ガスが前記加熱手段の熱源
となるように、前記加熱手段に接続されていることを特
徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池
電源システム。
5. A heating unit for heating cooling water is connected to the cooling unit, and the combustion burner is connected to the heating unit so that the exhaust gas serves as a heat source of the heating unit. The fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記冷却部には、冷却水を加熱する加熱
手段が接続され、 前記改質器には、改質に必要な熱を直接供給する改質器
バーナーが設けられ、 前記改質器バーナーは、その排ガスが前記加熱手段の熱
源となるように、前記加熱手段に接続されていることを
特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電
池電源システム。
6. The cooling unit is connected to heating means for heating cooling water, and the reformer is provided with a reformer burner for directly supplying heat required for reforming. The fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the burner is connected to the heating means so that the exhaust gas serves as a heat source of the heating means.
【請求項7】 前記改質器には、前記燃料電池本体にお
ける排ガスが供給可能に設けられていることを特徴とす
る請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池電源シ
ステム。
7. The fuel cell power supply system according to claim 1, wherein the reformer is provided so as to be able to supply exhaust gas from the fuel cell body.
【請求項8】 前記改質器には、改質に必要な熱を直接
供給する改質器バーナーが設けられ、 前記空気供給手段は、前記燃焼バーナーへ空気を供給す
る小容量空気供給ブロワーと、前記改質器バーナー及び
前記燃料電池本体へ空気を供給する大容量空気供給ブロ
ワーとを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれ
か1項に記載の燃料電池電源システム。
8. The reformer is provided with a reformer burner for directly supplying heat required for reforming, and the air supply means includes a small-capacity air supply blower for supplying air to the combustion burner. The fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a large-capacity air supply blower that supplies air to the reformer burner and the fuel cell body.
【請求項9】 起動時にシステムを構成する機器の電源
となるバッテリーが設けられ、 前記電源を、前記バッテリー及び前記燃料電池本体のい
ずれか一方に切り替える切替装置が設けられていること
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料
電池電源システム。
9. A battery, which is a power source of a device constituting the system at the time of startup, is provided, and a switching device for switching the power source to one of the battery and the fuel cell main body is provided. The fuel cell power supply system according to claim 1.
【請求項10】 燃焼バーナーを用いて、水素吸蔵合金
タンクを加熱して水素を燃料電池本体に供給するととも
に、空気供給手段から前記燃料電池本体に空気を供給す
ることによって発電を開始し、 改質器を備えた水素製造手段において、原燃料の改質を
開始し、 前記改質器が、前記燃料電池本体において発電可能な水
素リッチガスを供給できる段階に到達した後、前記燃料
電池本体の水素供給源を、前記水素製造手段に切り替え
ることを特徴とする燃料電池電源システムの運転方法。
10. A combustion burner is used to heat the hydrogen storage alloy tank to supply hydrogen to the fuel cell main body, and to start power generation by supplying air from the air supply means to the fuel cell main body. In the hydrogen production means provided with a reformer, the reforming of the raw fuel is started, and after the reformer reaches a stage capable of supplying a hydrogen-rich gas capable of generating power in the fuel cell body, the hydrogen in the fuel cell body is An operation method of a fuel cell power supply system, wherein a supply source is switched to the hydrogen production means.
【請求項11】 起動時に、システムを構成する機器の
電源としてバッテリーを用い、 前記水素吸蔵合金タンクからの水素によって前記燃料電
池本体が発電状態となった後、システムの電源を前記バ
ッテリーから前記燃料電池本体に切り替えることを特徴
とする請求項10記載の燃料電池電源システムの運転方
法。
11. When starting up, a battery is used as a power source of a device constituting the system, and after the fuel cell main body is brought into a power generation state by hydrogen from the hydrogen storage alloy tank, the system is powered from the battery by the fuel. The method for operating a fuel cell power supply system according to claim 10, wherein the operation mode is switched to a battery main body.
【請求項12】 前記改質器を停止する前に、前記改質
器からの水素リッチガスを水素吸蔵合金タンク内に供給
することを特徴とする請求項10又は請求項11記載の
燃料電池電源システムの運転方法。
12. The fuel cell power supply system according to claim 10, wherein a hydrogen-rich gas from the reformer is supplied into a hydrogen storage alloy tank before stopping the reformer. Driving method.
【請求項13】 前記改質器を余剰に運転し、その余剰
運転によって生じた水素リッチガスを前記水吸蔵合金タ
ンクに供給することを特徴とする請求項10〜12のい
ずれか1項に記載の燃料電池電源システムの運転方法。
13. The method according to claim 10, wherein the reformer is operated in excess, and the hydrogen-rich gas generated by the excess operation is supplied to the water storage alloy tank. How to operate the fuel cell power supply system.
JP26180299A 1999-09-16 1999-09-16 Fuel cell power supply system and its operating method Pending JP2001085040A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26180299A JP2001085040A (en) 1999-09-16 1999-09-16 Fuel cell power supply system and its operating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26180299A JP2001085040A (en) 1999-09-16 1999-09-16 Fuel cell power supply system and its operating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001085040A true JP2001085040A (en) 2001-03-30

Family

ID=17366925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP26180299A Pending JP2001085040A (en) 1999-09-16 1999-09-16 Fuel cell power supply system and its operating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001085040A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329517A (en) * 2001-05-01 2002-11-15 Honda Motor Co Ltd Warm-up device for reforming device used in fuel cell system
WO2002087730A3 (en) * 2001-04-30 2003-04-10 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
JP2003163025A (en) * 2001-11-28 2003-06-06 Tokyo Gas Co Ltd Hydrogen production and storage system
JP2003168463A (en) * 2001-11-29 2003-06-13 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2003272682A (en) * 2002-03-14 2003-09-26 Nissan Motor Co Ltd Fuel reform type fuel cell system
US6630012B2 (en) 2001-04-30 2003-10-07 Battelle Memorial Institute Method for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
JP2004079424A (en) * 2002-08-21 2004-03-11 Osaka Gas Co Ltd Fuel cell facility
JP2011044390A (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Kobe Steel Ltd Operation method of fuel cell system
JP2012504301A (en) * 2008-09-30 2012-02-16 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Air supply device for fuel cell stack, fuel cell system, and operation method of air supply device
JP2013200988A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Seiko Instruments Inc Fuel cell device
JPWO2012132259A1 (en) * 2011-03-31 2014-07-24 パナソニック株式会社 Fuel cell system and operation method thereof

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6974496B2 (en) 2001-04-30 2005-12-13 Battelle Memorial Institute Apparatus for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
WO2002087730A3 (en) * 2001-04-30 2003-04-10 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
US6630012B2 (en) 2001-04-30 2003-10-07 Battelle Memorial Institute Method for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
US6746515B2 (en) 2001-04-30 2004-06-08 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
JP2002329517A (en) * 2001-05-01 2002-11-15 Honda Motor Co Ltd Warm-up device for reforming device used in fuel cell system
JP2003163025A (en) * 2001-11-28 2003-06-06 Tokyo Gas Co Ltd Hydrogen production and storage system
JP2003168463A (en) * 2001-11-29 2003-06-13 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2003272682A (en) * 2002-03-14 2003-09-26 Nissan Motor Co Ltd Fuel reform type fuel cell system
JP2004079424A (en) * 2002-08-21 2004-03-11 Osaka Gas Co Ltd Fuel cell facility
JP2012504301A (en) * 2008-09-30 2012-02-16 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Air supply device for fuel cell stack, fuel cell system, and operation method of air supply device
JP2011044390A (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Kobe Steel Ltd Operation method of fuel cell system
JPWO2012132259A1 (en) * 2011-03-31 2014-07-24 パナソニック株式会社 Fuel cell system and operation method thereof
JP2013200988A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Seiko Instruments Inc Fuel cell device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101901926B (en) Solid electrolyte type fuel cell
JP4836950B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2007312597A (en) Energy generating system for home consumption
JP3242547B2 (en) In-vehicle fuel cell power generator
JP2004311218A (en) Warming-up device of fuel cell system
JP2001243961A (en) Fuel cell system
CN103647096A (en) Solid electrolyte fuel cell
JP3032461B2 (en) Solid polymer fuel cell power generator, method of operating the same, and reformer
JP2001085040A (en) Fuel cell power supply system and its operating method
JP2001143736A (en) Power supply system
US20070042233A1 (en) Systems and methods for initiating auxiliary fuel cell system operation
GB2268322A (en) A hydrocarbon fuelled fuel cell power system
JP2001229951A (en) Fuel-cell system for moving object
KR101418422B1 (en) System for independent start-up of fuel cell for ship
JP2002203584A (en) Fuel cell system
JPS61232569A (en) Fuel cell power generating system
JP3956208B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP2008021558A (en) Performance recovery method of fuel cell system, fuel cell system, and outside unit for performance recovery
US8153319B2 (en) System and method for purging condensate from an electrochemical cell stack prior to operation
JPH09161832A (en) Fuel cell generating device, and its operation method and operation control method
JP2003234116A (en) Control method and control device of fuel cell
US20090246568A1 (en) System for the generation of electric power on-board a motor vehicle which is equipped with a fuel cell and associated method
EP1816695B1 (en) Combined heat and power plant
JP2004192820A (en) Fuel cell automobile
JP2002134149A (en) Fuel cell power generation system