JP2007018781A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。本発明は、特に、燃料電池に対して水電解装置が電気的に接続された燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system. The present invention particularly relates to a fuel cell system in which a water electrolysis device is electrically connected to a fuel cell.
近年、電気自動車をはじめ、家庭用電源、携帯電話、およびノートPCなどへの燃料電池の利用が実用化されつつある。燃料電池の中でも、特に、常温で作動可能な高分子電解質膜を用いた燃料電池が興味を持たれている。 In recent years, the use of fuel cells for electric vehicles, household power supplies, mobile phones, notebook PCs, and the like is being put into practical use. Among fuel cells, in particular, a fuel cell using a polymer electrolyte membrane that can operate at room temperature is of interest.
高分子電解質を用いた燃料電池は、高分子電解質の劣化および触媒である白金の溶解を防止するために、燃料電池の空気極が開回路電位に近い高電位状態となることを回避する必要がある。 In order to prevent deterioration of the polymer electrolyte and dissolution of platinum as a catalyst, it is necessary for the fuel cell using the polymer electrolyte to avoid that the air electrode of the fuel cell is in a high potential state close to an open circuit potential. is there.
下記の特許文献1に開示されている燃料電池システムでは、発電を停止する場合、空気極への酸化ガスの供給を停止した後に、燃料極への燃料ガスの供給を停止する。このように制御すると、酸化ガスを消費しつつ、燃料ガスが高分子電解質層を介して空気極まで供給されるため、空気極と燃料極の電位差が低減され、燃料電池の空気極が高電位状態となる時間を短縮することができる。
In the fuel cell system disclosed in the following
また、下記の特許文献2には、家庭用電源を利用して水を電気分解し、発生した水素ガスを燃料電池の燃料ガスとして使用する技術が開示されている。
しかしながら、上記の制御方式を有する燃料電池システムでは、燃料ガスが高分子電解質膜を透過するのに時間を要する。 However, in the fuel cell system having the above control method, it takes time for the fuel gas to permeate the polymer electrolyte membrane.
したがって、電気自動車の動力源などに使用される場合、起動停止および負荷変動が頻繁に実行されるため、実質的には燃料電池の空気極は高電位状態となり、高分子電解質の劣化および触媒である白金の溶解が顕著になるおそれがある。さらに、車両発進時の急速な負荷変動に対して、負荷応答性が低くなるという問題がある。 Therefore, when used for a power source of an electric vehicle or the like, since start and stop and load fluctuation are frequently executed, the air electrode of the fuel cell is substantially in a high potential state, and deterioration of the polymer electrolyte and catalyst are caused. There is a possibility that dissolution of certain platinum may become remarkable. Furthermore, there is a problem that the load responsiveness is lowered with respect to a rapid load change at the time of starting the vehicle.
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、燃料電池の空気極が開回路電位に近い高電位状態になることを回避するとともに、燃料電池が高負荷運転に移行する際に高い負荷応答性を得ることができる燃料電池システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Therefore, an object of the present invention is to avoid the fuel cell air electrode from being in a high potential state close to an open circuit potential, and to obtain a high load responsiveness when the fuel cell shifts to a high load operation. It is to provide a fuel cell system.
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following means.
本発明の燃料電池システムは、水素および酸素の供給を受けて電力を発生する燃料電池および蓄電池と電気的に接続された水電解装置を有し、当該燃料電池が高負荷運転から低負荷運転に移行する際に、蓄電池への蓄電とは別に余剰な電力を消費し、前記水電解装置から発生する水素および酸素を燃料電池が高負荷運転に再度移行する際に供給することにより、高い負荷応答性が得られることを特徴とする。 The fuel cell system of the present invention has a water electrolyzer that is electrically connected to a fuel cell and a storage battery that generate power by receiving supply of hydrogen and oxygen, and the fuel cell is changed from a high load operation to a low load operation. High load response is achieved by consuming surplus power separately from the power storage in the storage battery, and supplying hydrogen and oxygen generated from the water electrolysis device when the fuel cell shifts to high load operation again. It is characterized in that it can be obtained.
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池が作り出す余剰な電力が水電解装置で消費されるため、燃料電池の空気極が開回路電位に近い高電位状態になることを回避することができる。したがって、高分子電解質の劣化および触媒である白金の溶解を低減することができ、燃料電池の寿命を向上することができる。さらに、水電解装置から発生する水素および酸素を燃料電池が高負荷運転に再度移行する際に供給することにより、高い負荷応答性が得られることができる。 According to the fuel cell system of the present invention, since the surplus power generated by the fuel cell is consumed by the water electrolysis device, it can be avoided that the air electrode of the fuel cell is in a high potential state close to the open circuit potential. . Therefore, deterioration of the polymer electrolyte and dissolution of platinum as a catalyst can be reduced, and the life of the fuel cell can be improved. Furthermore, high load responsiveness can be obtained by supplying hydrogen and oxygen generated from the water electrolysis device when the fuel cell again shifts to high load operation.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明を車両駆動用モータの電源システムに適用した場合を例にとって説明する。図中、同様な部材には同じ符号を用いた。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the present invention is applied to a power supply system for a vehicle driving motor will be described as an example. In the figure, the same symbols are used for similar members.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
図1に示されるとおり、本実施の形態の燃料電池システム100は、インバータ(不図示)を介して、負荷200および補機300に接続されている。負荷200は、車両駆動用モータである。補機300は、コンプレッサ、冷却水供給ポンプ、および純水供給ポンプなどの燃料電池110を発電させるために必要な機器である。燃料電池システム100は、燃料電池110、蓄電池120、水電解装置130、検出部140、制御部150、および電力分配部160を有する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池110は、水素および酸素の供給を受けて電力を発生するものである。燃料電池110は、複数の単位セルが積層されて構成される。燃料電池110が作り出す電力が負荷200および補機300ですべて消費されず、燃料電池110が余剰な電力を作り出している場合、燃料電池110の空気極電位は上昇する。
The
蓄電池120は、燃料電池110が作り出した電力のうち余剰な電力を消費するものである。蓄電池120は、電力分配部160を介して、燃料電池110に並列に接続されている。蓄電池120は、余剰な電力の消費とは別に、回生ブレーキ使用時のエネルギー回収にも使用される。したがって、蓄電池120を燃料電池110の余剰な電力のみで満充電することは好ましくない。通常、蓄電池120の充電量には所定の上限値が設定され、蓄電池120の満充電は防止されている。
The
水電解装置130は、燃料電池110が作り出した電力のうち余剰な電力を蓄電池120とは別に消費する電気化学装置である。水電解装置130は、燃料電池110に対して、電力分配部160を介して、電気的に並列に接続されている。水電解装置130についての詳細な説明は後述する。なお、本明細書において電気的に接続するという表現は、直接に接続されている場合および他の部材(たとえば、電力分配部160)を介して接続されている場合の両方を含む。
The
検出部140は、充電量検出部140aと電位検出部140bを含む。充電量検出部140aは、蓄電池120の充電量を検出する充電量検出手段である。充電量検出部140aは、蓄電池120に取り付けられた電流センサを含む。電位検出部140bは、燃料電池110の空気極電位を検出する電位検出手段である。電位検出部140bは、燃料電池110に取り付けられた電圧センサを含む。さらに、検出部140は、燃料電池110への要求負荷を検出する負荷検出手段である負荷検出部(不図示)を含む。
The detection unit 140 includes a charge
制御部150は、検出部140からの信号を受信し、これらの信号に基づいて、蓄電池120、水電解装置130、電力分配部160、および補機300を制御する制御手段である。より具体的には、制御部150は、電力分配部160を介して、燃料電池110が作り出す電力を、蓄電池120、水電解装置130、負荷200、および補機300に分配する。なお、電力分配部160は、たとえば、一般的な電力分配器である。
次に、図2を参照しつつ、本実施の形態における燃料電池110と水電解装置130の接続関係について説明する。なお、説明の便宜上、図2において電力分配部160は省略する。
Next, the connection relationship between the
図2に示されるとおり、本実施の形態の燃料電池システム100は、水素および酸素の供給を受けて電力を発生する燃料電池110と、燃料電池110に対して電気的に接続され、燃料電池110が作り出した電力のうち余剰な電力を蓄電池120とは別に消費する水電解装置130と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
水電解装置130は、燃料電池110が作り出した余剰な電力を用いて水を電気分解し、水素および酸素ガスを発生するものである。水電解装置130は、電力分配部160を介して、燃料電池110に対して電気的に並列に接続されている。水電解装置130は、電気分解する水が供給される純水導入管133を有する。純水導入管133の一端は、水電解装置130に接続され、他端は、純水供給装置(不図示)に接続されている。
The
燃料電池システム100は、燃料電池110の燃料極に水素ガスを供給する水素供給配管(水素ガス供給ライン)111aおよび空気極に酸素を含んだ空気を供給する空気供給配管(酸素ガス供給ライン)112aを有する。水素供給配管111aの一端は、燃料電池110の燃料極に接続されている。水素供給配管111aの他端は、水素供給装置(不図示)に接続されている。同様に、空気供給配管112aの一端は、燃料電池110の空気極に接続されていて、他端は、空気供給装置(不図示)に接続されている。また、燃料電池システム100は、水素ガスを排出する水素排出配管111bおよび空気を排出する空気排出配管112bを有する。
The
さらに、燃料電池システム100は、水電解装置130で発生される水素および酸素ガスを燃料電池110に供給するガス供給配管を有する。より具体的には、燃料電池システム100は、水電解装置130が発生する水素ガスを燃料電池110に供給する電解水素供給配管131および酸素ガスを燃料電池110に供給する酸素供給配管132を有する。電解水素供給配管131の一端は、水電解装置130に接続されている。電解水素供給配管131の他端は、水素供給配管111aに接続されている。同様に、酸素供給配管132の一端は、水電解装置130に接続されていて、他端は、空気供給配管112aに接続されている。
Further, the
ガス供給配管である電解水素供給配管131には、水素ガスを貯蔵する水素バッファタンク121が設けられている。同様に、酸素供給配管132には、酸素ガスを貯蔵する酸素バッファタンク122が設けられている。さらに、電解水素供給配管131と水素供給配管111aの接続部には、水素供給停止バルブ141が設けられている。同様に、酸素供給配管132と空気供給配管112aの接続部には、酸素供給停止バルブ142が設けられている。
The electrolytic
次に、図3を参照して、本燃料電池システム100において水電解装置130を形成する電解セルの構造について説明する。本実施の形態において、水電解装置130は、固体高分子膜を電解質膜として用いてなる固体高分子型の水電解装置である。
Next, with reference to FIG. 3, the structure of the electrolysis cell which forms the
図3は、水電解装置の電解セルを説明するための断面図である。図3に示されるとおり、水電解装置130の電解セルは、電解質ユニット125が複数積層して構成される。電解質ユニット125は、固体高分子電解質膜126、個体高分子電解質膜126を挟持すべく設けられた電極板127、および固体高分子電解質膜126と電極板127の間に設けられた給電体128などからなる。なお、固体高分子電解質膜126、電極板127、および給電体128についての説明は省略する。また、電解質ユニット125の積層数は、図3に限定されない。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an electrolysis cell of a water electrolysis apparatus. As shown in FIG. 3, the electrolysis cell of the
以上のとおり構成される本実施の形態の燃料電池システム100では、燃料電池110が作り出した電力のうち余剰な電力の少なくとも一部が、水電解装置130に分配される。水電解装置130は、分配された余剰な電力を消費する。以下、図4を参照しつつ、本実施の形態の燃料電池システム100における処理を説明する。
In the
図4は、本実施の形態における燃料電池システムの電力消費処理を示すフローチャートである。なお、以下に示す電力消費処理は、車両の起動時および低負荷移行時に実行される処理である。車両の起動時とは、たとえば、車両駆動用モータがアイドリングしている状態である。起動時には、負荷200が必要とする電力が小さいにも関わらず、燃料電池110は水素および空気の供給を受けて発電を続けるため、余剰な電力が作り出される。同様に、低負荷移行時とは、たとえば、スロットル(アクセル)を戻して減速する状態であり、余剰な電力が作り出される。余剰な電力を有する燃料電池110では、空気極電位は上昇し、燃料電池110の空気極は高電位状態となる。
FIG. 4 is a flowchart showing power consumption processing of the fuel cell system in the present embodiment. In addition, the power consumption process shown below is a process performed at the time of starting of a vehicle and a low load transfer. When the vehicle is started, for example, the vehicle driving motor is idling. At the time of start-up, although the power required by the
まず、制御部150は、車両の要求負荷を算出する(ステップS101)。要求負荷は、たとえば、駆動用モータの出力である。要求負荷は、アクセル開度などに基づいて、変換テーブルなどから算出される。なお、要求負荷は、駆動用モータの出力のみに限定されず、車両に使用される補機300を除く種々の機器の出力を含む。これらの要求負荷は上記の負荷検出部によって検出される。
First, the
次に、燃料電池110の単位セルの空気極電位の予測値が所定値と比較される(ステップS102)。空気極電位の予測値は、ステップS101の処理において算出される要求負荷、燃料電池110への水素および空気の供給量から算出される燃料電池110の発電量、および現在の空気極電位などから算出される。空気極電位の予測値が所定値よりも低い場合(ステップS102:NO)、燃料電池110の空気極が高電位状態とはならないため処理を終了する。空気極電位の予測値が所定値よりも高い場合(ステップS102:YES)、ステップS103の処理に移行する。なお、上記の所定値は、燃料電池の開回路電圧(約1.23V)に基づいて、たとえば、0.8Vに設定することができる。
Next, the predicted value of the air electrode potential of the unit cell of the
次に、負荷200および補機300の要求電力と燃料電池110の発電電力が比較される(ステップS103)。要求電力が発電電力より大きい場合(ステップS103:NO)、制御部150は、負荷200および補機300にのみ電力を分配する状態を維持する(ステップS104)。言い換えれば、制御部150は、蓄電池120および水電解装置130には電力を分配しない。燃料電池110が作り出した電力は、負荷200および補機300が適正に運転される範囲内で消費されることができる。要求電力が発電電力より小さい場合(ステップS103:YES)、余剰な電力が発生するため、ステップS105の処理に移行する。負荷200および補機300の要求電力から燃料電池300の発電電力を差し引いた電力が、燃料電池110の余剰な電力に対応する。
Next, the required power of the
次に、蓄電池120の充電量と余剰な電力量とが比較される(ステップS105)。上述したとおり、蓄電池120には、満充電を防止するために、所定の上限値が設けられている。予測される蓄電池120の充電量が所定の上限値よりも小さい場合(ステップS105:NO)、制御部150は、負荷200、補機300、および蓄電池120に電力を分配する(ステップS106)。その結果、余剰な電力は、蓄電池120に分配されて消費される。蓄電池120の充電量が所定の上限値より大きくなる場合(ステップS105:YES)、制御部150は、負荷200、補機300、蓄電池120、および水電解装置130に電力を分配する(ステップS107)。具体的には、制御部150は、余剰な電力のうち当該上限値まで蓄電する電力を蓄電池120に分配し、残りの電力を水電解装置130に分配する。余剰な電力は、蓄電池120および水電解装置130の両方で消費される。
Next, the charge amount of the
次に、燃料電池110の空気極電位と所定値とが比較される(ステップS108)。燃料電池110の空気極電位が所定値(たとえば、0.8V)よりも低い場合、処理を終了する。空気極電位が所定値よりも高い場合、ステップS103以下の処理を繰り返す。
Next, the air electrode potential of the
以上のとおり、図4に示されるフローチャートでは、燃料電池110が作り出す電力のうち余剰な電力は、蓄電池120とは別に水電解装置130で消費される。したがって、車両の起動時および低負荷移行時において、燃料電池110の空気極が高電位状態になることが回避される。このとき、電解水素供給配管131および酸素供給配管132に設けられた水素供給停止バルブ141および酸素供給停止バルブ142は閉じた状態である。したがって、水電解装置130で発生される水素ガスおよび酸素ガスは、バッファタンク121,122に蓄えられ、燃料電池110には供給されない。
As described above, in the flowchart shown in FIG. 4, surplus power among the power generated by the
次に、水電解装置130で発生される水素ガスおよび酸素ガスを燃料電池110に供給する処理について述べる。以下に示すガス供給処理は、特に、車両の高負荷移行時(加速時)に実行される処理である。
Next, a process for supplying hydrogen gas and oxygen gas generated in the
図5は、本実施の形態における燃料電池システムのガス供給処理を示すフローチャートである。起動後の車両が走行を開始する高負荷移行時においては、燃料電池110は、車両発進時の急速な負荷変動に対して出力の遅れを生じる。燃料電池システム100は、高負荷移行時において、燃料電池110に高圧ガスを供給して出力を向上させ、燃料電池110の出力不足を抑制するものである。言い換えれば、本実施の形態の燃料電池システム100は、燃料電池110の負荷変動に対応してバルブ141,142の開閉を行う機能をさらに有する。
FIG. 5 is a flowchart showing a gas supply process of the fuel cell system in the present embodiment. At the time of high load transition where the vehicle after starting starts running, the
まず、制御部150は、要求負荷を検出する(ステップS201)。次に、制御部150は、検出された負荷が低負荷から高負荷へ移行するものであるか否かを判断する(ステップS202)。より具体的には、たとえば、制御部150は、負荷の変動量が所定値よりも大きい場合に、負荷が低負荷から高負荷へ移行すると判断する。前記所定値は、モータおよび車両の走行特性などによって適宜に選択されることができる。低負荷から高負荷への移行の場合(ステップS202:YES)、ステップS204の処理に移行する。低負荷から高負荷へ移行しない場合(ステップS202:NO)、運転を停止するか否かを判断する(ステップS203)。運転を停止しない場合(ステップS203:NO)、ステップS201以下の処理を繰り返す。運転を停止する場合(ステップS203:YES)、処理を終了する。
First, the
次に、制御部150は、水電解装置130で発生する水素および酸素ガスを供給するため供給停止バルブ141,142を開く(ステップS204)。その結果、高圧の水素および酸素ガスが燃料電池110に供給されて、通常のガス供給時と比べて、燃料電池110の瞬間的な出力は向上する。
Next, the
次に、制御部150は、要求負荷への移行が完了したかどうかを判断する(ステップS205)。要求負荷への移行が完了したとは、たとえば、車両が所望の速度まで到達した場合である。要求負荷への移行が完了した場合(ステップS205:YES)、ステップS206の処理に移行する。要求負荷への移行が完了しない場合(ステップS205:NO)、要求負荷への移行が完了するまで供給停止バルブ141,142が開いた状態を維持する。
Next, the
最後に、制御部150は、供給停止バルブ141,142を閉じて(ステップS206)、処理を終了する。
Finally, the
以上のとおり、図5に示されるフローチャートでは、電解水素供給配管131および酸素供給配管132に蓄えられる水素および酸素ガスが高圧下で燃料電池110に供給されるため、燃料電池110の瞬間的な出力が向上する。したがって、車両の発進時において、燃料電池110の出力不足が抑制される。すなわち、本実施の形態の燃料電池システム100は、燃料電池110が高負荷運転から低負荷運転に移行する際に、蓄電池120への蓄電とは別に余剰な電力を消費し、水電解装置130から発生する水素および酸素を燃料電池110が高負荷運転に再度移行する際に供給することにより、高い負荷応答性が得られる。
As described above, in the flowchart shown in FIG. 5, since the hydrogen and oxygen gas stored in the electrolytic
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。 As described above, the described embodiment has the following effects.
本発明の燃料電池システムは、燃料電池が作り出した電力のうち余剰な電力を蓄電池とは別に消費する水電解装置を有する。したがって、燃料電池の空気極が高電位状態になることが回避され、燃料電池の電解質膜の劣化および白金の溶解が低減される。その結果、燃料電池の寿命を向上させることができる。 The fuel cell system of the present invention includes a water electrolysis device that consumes surplus power out of the power generated by the fuel cell separately from the storage battery. Therefore, it is avoided that the air electrode of the fuel cell is in a high potential state, and the deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell and the dissolution of platinum are reduced. As a result, the life of the fuel cell can be improved.
燃料電池の空気極電位を検出する電位検出手段と、水電解装置に対し余剰な電力の少なくとも一部を分配して、当該燃料電池の空気極電位を所定値以下に制御する制御手段と、を有する。したがって、燃料電池の空気極電位に基づいて、余剰な電力を消費することができる。 A potential detecting means for detecting the air electrode potential of the fuel cell; and a control means for distributing at least a part of surplus power to the water electrolysis device and controlling the air electrode potential of the fuel cell to a predetermined value or less. Have. Therefore, surplus power can be consumed based on the air electrode potential of the fuel cell.
制御手段は、余剰な電力を蓄電池に分配し、さらに、蓄電池の充電量が所定の上限値より大きくなる場合に、余剰な電力のうち上限値まで蓄電する電力を蓄電池に分配し、残りの電力を水電解装置に分配する。したがって、蓄電池および補機に必要以上に大きな電力を与えて、空気極電位を下げる場合と異なり、蓄電池および補機を効率のよい最適運転条件で稼動させることができる。 The control means distributes the surplus power to the storage battery, and further distributes the power stored in the surplus power up to the upper limit value to the storage battery when the charge amount of the storage battery becomes larger than the predetermined upper limit value. Is distributed to the water electrolyzer. Therefore, unlike the case where the storage battery and the auxiliary machine are given more electric power than necessary to lower the air electrode potential, the storage battery and the auxiliary machine can be operated under efficient and optimal operating conditions.
水電解装置は、燃料電池が作り出した余剰な電力を用いて水を電気分解し、水素および酸素ガスを発生する。したがって、余剰な電力を消費するとともに、電気分解によって発生した水素および酸素を再び燃料電池に供給して再利用することができ、燃料電池システムの効率を向上させることができる。また、水電解装置は、工業的に広く使用されており、効率よく水素および酸素ガスを発生させることができる。 The water electrolysis apparatus electrolyzes water using surplus power generated by the fuel cell to generate hydrogen and oxygen gas. Accordingly, surplus electric power is consumed, and hydrogen and oxygen generated by electrolysis can be supplied again to the fuel cell and reused, thereby improving the efficiency of the fuel cell system. Moreover, the water electrolysis apparatus is widely used industrially, and can generate hydrogen and oxygen gas efficiently.
水電解装置は、固体高分子型の水電解装置である。したがって、小型の水電解装置が使用され、燃料電池システムを小型化することができる。また、燃料電池に使用される純水などを流用することができる。 The water electrolysis apparatus is a solid polymer type water electrolysis apparatus. Therefore, a small water electrolysis device is used, and the fuel cell system can be miniaturized. Moreover, the pure water etc. which are used for a fuel cell can be diverted.
水電解装置で発生される水素および酸素ガスを燃料電池に供給するガス供給配管を有する。したがって、車両のアイドルング時に水電解装置で発生されたガスを貯蔵し、必要に応じて、高圧な水素および酸素ガスを燃料電池に供給することができる。すなわち、水電解装置から発生する水素および酸素を燃料電池が高負荷運転に再度移行する際に供給することにより、高い負荷応答性が得られることができる。その結果、車両発進時の急激な負荷変動に対する燃料電池の出力の遅れが防止され、車両を安定して加速することができる。 A gas supply pipe is provided for supplying hydrogen and oxygen gas generated in the water electrolysis apparatus to the fuel cell. Therefore, the gas generated by the water electrolysis device when the vehicle is idle can be stored, and high-pressure hydrogen and oxygen gas can be supplied to the fuel cell as necessary. That is, high load responsiveness can be obtained by supplying hydrogen and oxygen generated from the water electrolysis device when the fuel cell again shifts to high load operation. As a result, a delay in the output of the fuel cell with respect to a sudden load change at the start of the vehicle is prevented, and the vehicle can be accelerated stably.
水素および酸素ガスを貯蔵するバッファタンクを有する。したがって、水電解装置から燃料電池までの電解水素および酸素供給配管中の水素および酸素ガスの圧力が過大になることを防止することができる。 It has a buffer tank for storing hydrogen and oxygen gas. Therefore, it is possible to prevent the electrolytic hydrogen from the water electrolysis device to the fuel cell and the hydrogen and oxygen gas in the oxygen supply pipe from being excessively pressurized.
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、水電解装置が発生する水素および酸素ガスをバッファタンクに貯蔵する場合について述べた。本実施の形態では、特別なバッファタンクを設けることなく、水電解装置が発生する水素および酸素ガスを水素および酸素供給配管内に貯蔵する場合について述べる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the case where the hydrogen and oxygen gas generated by the water electrolysis apparatus is stored in the buffer tank has been described. In the present embodiment, a case will be described in which hydrogen and oxygen gas generated by the water electrolysis device are stored in the hydrogen and oxygen supply pipe without providing a special buffer tank.
図6は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池と水電解装置の接続関係を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a connection relationship between the fuel cell and the water electrolysis apparatus in the second embodiment of the present invention.
図6に示されるとおり、本実施の形態の燃料電池システム100は、ガス供給配管に設けられ、ガス供給配管の圧力を調整する圧力調整バルブ151,152を有する。より具体的には、ガス供給配管は、第1の電解水素供給配管131a、第2の電解水素供給配管131b、第1の酸素供給配管132a、および第2の酸素供給配管132bから構成される。
As shown in FIG. 6, the
第1の電解水素供給配管131aの一端は水電解装置130に接続されていて、他端は水素供給配管111aに接続されている。第1の電解水素供給配管131aと水素供給配管111aの接続部には、第1の供給停止バルブ141が設けられている。第1の電解水素供給配管131aには、第2の供給停止バルブ171が設けられている。また、第2の電解水素供給配管131bの一端は、第2の供給停止バルブ171よりも上流側(すなわち、水電解装置130側)で、第1の電解水素供給配管131aに接続されている。第2の電解水素供給配管131bの他端は、第1の電解水素供給配管131aよりも上流側(すなわち、水素供給装置側)で、水素供給配管111aに接続されている。第2の電解水素供給配管131bには、上流側(すなわち、水電解装置130側)より圧力調整バルブ151および逆止弁161が設けられている。なお、供給されるガスが酸素であることを除いては、ガス供給配管の構成は同様であるため、第1および第2の酸素供給配管132a,132bに関する説明は省略する。
One end of the first electrolytic
以上のとおり構成される本実施の形態の燃料電池システム100では、電解水素および酸素供給配管131a,132a中の圧力が過大になることが防止される。より具体的には、水電解装置130から発生する水素および酸素を燃料電池110に供給するガス供給配管内が所定の圧力以上となった場合に、圧力調整バルブ151,152が開いて過剰な圧力となるのを防ぐ。さらに、本実施の形態の燃料電池システム100では、圧力調整バルブ151,152を介して、電解水素および酸素供給配管131b,132bに供給される水素および酸素ガスは、供給を停止している水素供給配管111aおよび空気供給配管112aに蓄積されることができる。
In the
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。 As described above, the described embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
本発明の燃料電池システムは、ガス供給配管に設けられ、当該ガス供給配管内の圧力を調整する圧力調整バルブを有する。したがって、電解水素および酸素供給配管中の圧力が過大になることを防止することができる。また、水電解装置で発生される水素および酸素ガスを、供給を停止している水素供給配管および空気供給配管に蓄積することができる。 The fuel cell system of the present invention includes a pressure adjusting valve that is provided in a gas supply pipe and adjusts the pressure in the gas supply pipe. Therefore, it is possible to prevent the pressure in the electrolytic hydrogen and oxygen supply piping from becoming excessive. Further, hydrogen and oxygen gas generated in the water electrolysis apparatus can be accumulated in the hydrogen supply pipe and the air supply pipe that are not supplied.
(第3の実施の形態)
本実施の形態は、本燃料電池システムにおいて、燃料電池に対して複数の水電解装置を接続した実施の形態である。
(Third embodiment)
This embodiment is an embodiment in which a plurality of water electrolysis devices are connected to a fuel cell in the present fuel cell system.
図7は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図7に示されるとおり、燃料電池システム100は、複数の水電解装置130a,130bを有し、複数の水電解装置130a,130bは、発生させようとする水素および酸素ガスの量に応じて使い分けられることができる。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the
より具体的には、燃料電池システム100は、複数の水電解装置130a,130bを有しており、発生させようとする水素および酸素ガスの量に応じて、電力を分配する水電解装置130a,130bを切り替えることができる。
More specifically, the
本実施の形態において、燃料電池システム100は、第1の水電解装置130aおよび第2の水電解装置130bを有する。本実施の形態において、たとえば、第1の水電解装置130aの水電解能力は、第2の水電解装置130bの水電解能力よりも高い。水電解能力は、消費する電力あたりに発生させる水素および酸素ガスの量を示す。
In the present embodiment, the
以上のとおり構成される本実施の形態の燃料電池システム100では、ガス供給配管(バッファタンク121,122を含む)に貯蔵することができるガスの量に応じて、第1の水電解装置130aと第2の水電解装置130bが切り替えられる。ガス供給配管131,132に貯蔵することができるガスの量が少ない場合、水電解能力の低い第2の水電解装置130bにのみ余剰な電力が供給される。ガス供給配管に貯蔵することができるガスの量が多い場合、水電解能力の高い第1の水電解装置130aに余剰な電力が供給されることができる。
In the
また、本実施の形態と異なり、燃料電池システム100は、発生させようとする水素および酸素ガスの量に応じて、電力を分配する水電解装置の個数を変更することもできる。より具体的には、たとえば、本実施の形態において、第1および第2の水電解装置130a,130bの水電解能力は同等であってもよい。この場合、第1および第2の水電解装置130a,130bの両方、または、一方のみに余剰な電力を供給することによって、発生させる水素および酸素ガスの量を調整させることができる。
Further, unlike the present embodiment, the
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第1および第2の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。 As described above, the described embodiment has the following effects in addition to the effects of the first and second embodiments.
本発明の燃料電池システムは、複数の水電解装置を有し、複数の水電解装置は、発生させようとする水素および酸素ガスの量に応じて使い分けられる。したがって、ガス供給配管内の圧力が増大することを防止することができる。 The fuel cell system of the present invention has a plurality of water electrolysis devices, and the plurality of water electrolysis devices are selectively used according to the amounts of hydrogen and oxygen gas to be generated. Therefore, it is possible to prevent the pressure in the gas supply pipe from increasing.
以上のとおり、第1〜第3の実施の形態において、本発明の燃料電池システムを説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。 As described above, the fuel cell system of the present invention has been described in the first to third embodiments. However, it goes without saying that the present invention can be appropriately added, modified, and omitted by those skilled in the art within the scope of the technical idea.
たとえば、制御部は、余剰な電力を蓄電池に分配し、さらに、蓄電池の充電量が所定の上限値より大きくなる場合に、当該余剰な電力のうち当該上限値まで蓄電する電力を蓄電池に分配し、残りの電力を水電解装置に分配する。しかしながら、蓄電池の充電量が所定の上限値より大きくなると予測される場合、余剰な電力のすべてを水電解装置に分配してもよい。 For example, the control unit distributes surplus power to the storage battery, and further distributes, to the storage battery, power that is stored up to the upper limit value among the surplus power when the charge amount of the storage battery becomes larger than a predetermined upper limit value. Distribute the remaining power to the water electrolyzer. However, when it is predicted that the charge amount of the storage battery will be larger than the predetermined upper limit value, all of the surplus power may be distributed to the water electrolysis device.
また、本発明の燃料電池システムでは、フィードフォワード制御による処理を実行して、燃料電離の空気極電位を予測している。しかしながら、燃料電池の空気極電位が所定値を越えた場合、あるいは、余剰な電力が蓄電池の所定の上限値を超えた場合に処理を実行するフィードバック制御に基づく処理を実行してもよい。 Further, in the fuel cell system of the present invention, processing by feedforward control is executed to predict the air electrode potential of fuel ionization. However, processing based on feedback control may be executed when the air electrode potential of the fuel cell exceeds a predetermined value, or when surplus power exceeds a predetermined upper limit value of the storage battery.
100 燃料電池システム、
110 燃料電池、
120 蓄電池、
121,122 バッファタンク、
130 水電解装置、
131 電解水素供給配管、
132 酸素供給配管、
140 検出部、
150 制御部、
151,152 圧力調整バルブ、
160 電力分配部、
200 負荷、
300 補機。
100 fuel cell system,
110 Fuel cell,
120 storage battery,
121, 122 buffer tank,
130 water electrolyzer,
131 Electrolytic hydrogen supply piping,
132 oxygen supply piping,
140 detector,
150 control unit,
151,152 pressure regulating valve,
160 power distribution unit,
200 load,
300 Auxiliary equipment.
Claims (8)
前記複数の水電解装置は、発生させようとする水素および酸素ガスの量に応じて使い分けられることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system has a plurality of water electrolysis devices,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the plurality of water electrolysis apparatuses are selectively used according to the amounts of hydrogen and oxygen gas to be generated.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100802748B1 (en) | 2006-11-21 | 2008-02-12 | 현대자동차주식회사 | Supply system of hydrogen and oxygen for activation of fuel cell |
JP2009164086A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | Discharge system for inspection of fuel cell |
WO2011093124A1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-04 | パナソニック電工株式会社 | Water treatment device |
JP2012138241A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Power facility with regeneration type fuel cell device |
KR101209747B1 (en) | 2010-12-08 | 2012-12-07 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system for vehicle |
JP2016110861A (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-20 | エスペック株式会社 | Fuel cell evaluation device |
CN105803477A (en) * | 2016-05-17 | 2016-07-27 | 廖若琛 | Multifunctional device capable of generating oxygen, hyperpure activated water and hydrogen-rich water at same time and application method of multifunctional device |
KR101753253B1 (en) * | 2015-11-03 | 2017-07-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | Hybrid energy management system |
-
2005
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100802748B1 (en) | 2006-11-21 | 2008-02-12 | 현대자동차주식회사 | Supply system of hydrogen and oxygen for activation of fuel cell |
JP2009164086A (en) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | Discharge system for inspection of fuel cell |
WO2011093124A1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-04 | パナソニック電工株式会社 | Water treatment device |
KR101209747B1 (en) | 2010-12-08 | 2012-12-07 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system for vehicle |
JP2012138241A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Power facility with regeneration type fuel cell device |
JP2016110861A (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-20 | エスペック株式会社 | Fuel cell evaluation device |
KR101753253B1 (en) * | 2015-11-03 | 2017-07-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | Hybrid energy management system |
CN105803477A (en) * | 2016-05-17 | 2016-07-27 | 廖若琛 | Multifunctional device capable of generating oxygen, hyperpure activated water and hydrogen-rich water at same time and application method of multifunctional device |
CN105803477B (en) * | 2016-05-17 | 2019-01-29 | 廖若琛 | A kind of multi-function device and its application method that can generate oxygen, ultrapure active water and hydrogen-rich water simultaneously |
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