JP2008202142A - 水素発生装置、燃料電池発電システム、水素発生量の調節方法及びこれらを行うプログラムが記録された記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素発生装置は、水素イオンを含んだ電解質水溶液が入っている電解槽と、前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され電子を発生する第1電極と、前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され前記電子を受けて水素を発生する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に連結されているスイッチと、前記第2電極からの水素発生量を測定する流量測定器と、設定値の入力を受け、前記流量測定器から測定された前記水素発生量と前記設定値とを比較して前記スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部とを備えることを特徴とする。
【選択図】図5
Description
燃料極110:H2→2H++2e−
空気極130:1/2O2+2H++2e−→H20
全体反応:H2+1/2O2→H20
前記燃料電池の出力を測定し、前記負荷の要求電力の入力を受ける段階と、前記出力と前記要求電力とを比較する段階と、前記出力が前記要求電力より大きい場合にはスイッチ制御信号のデューティ比を減少させ、前記出力が前記要求電力より小さい場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、また前記出力が前記要求電力と同一である場合は前記スイッチ制御信号のデューティ比を維持する段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて一週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、とを含む。
前記充電池の現在電圧を測定する段階と、前記現在電圧と前記充電池の完充電圧とを比較する段階と、前記現在電圧が前記完充電圧より小さいとスイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、その以外の場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を最小化させる段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、とを含む。
第1電極220:Mg→Mg2++2e−
第2電極230:2H2O +2e−→H2+2(OH)−
全体反応:Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
第1電極220:マグネシウム(Mg)
第2電極230:ステンレススチール(Stainless Steel)
電極間の距離:3mm
電解質の種類及び濃度:30wt%KCl
電極の使用個数:マグネシウム3ea、ステンレススチール3ea
電極の連結方式:直列連結
電解質水溶液の体積:60ml(excessive condition)
電極の大きさ:24mm×85mm×1mm
110 燃料極
120 膜
130 空気極
200 水素発生装置
210 電解槽
215 電解質水溶液
220 第1電極
230 第2電極
240 制御部
510 流量測定器
520、610、710 スイッチ制御部
530 スイッチ
620 負荷
700 充電池
Claims (24)
- 電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され電子を発生する第1電極と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され前記の電子を受けて水素を発生する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に連結されているスイッチと、
前記第2電極からの水素発生量を測定する流量測定器と、
設定値が入力され、前記流量測定器から測定された前記水素発生量と前記設定値とを比較して前記スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部と
を備える水素発生装置。 - 前記スイッチ制御部が、入力装置を用いて使用者からまたは前記水素発生装置に結合されている燃料電池から必要とする水素量に対応する前記設定値の入力を受けることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。
- 前記第1電極が、前記第2電極より相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。
- 前記流量測定部が、前記水素発生量を流量(flowrate)単位で測定することを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。
- 前記スイッチ制御部は前記スイッチをオンオフするスイッチ制御信号を生成して出力し、
前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のデューティ比(duty ratio)を変化させ一周期内での前記スイッチのオンオフの比率を決定することを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のオンオフ周波数を変化させ前記水素発生量の微細変動を制御することを特徴とする請求項5に記載の水素発生装置。
- 前記スイッチ制御部が、前記設定値と測定された前記水素発生量とを比較して前記水素発生量が前記設定値より小さい場合には前記デューティ比を増加させ、前記水素発生量が前記設定値より大きい場合には前記デューティ比を減少させ、前記水素発生量が前記設定値と同一である場合は前記デューティ比を維持することを特徴とする請求項5に記載の水素発生装置。
- 前記設定値が、上限設定値と下限設定値とを含み、
前記スイッチ制御部が、前記設定値と測定された前記水素発生量とを比較して前記水素発生量が前記下限設定値より小さい場合には前記デューティ比を増加させ、前記水素発生量が前記上限設定値より大きい場合には前記デューティ比を減少させ、前記水素発生量が前記下限設定値と前記上限設定値との間である場合は前記デューティ比を維持することを特徴とする請求項5に記載の水素発生装置。 - 電極の間に連結されているスイッチのオンオフを制御して水素発生量を調節する水素発生装置と、
前記水素発生装置から生成された水素の供給を受けて前記水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換し直流電流を生産する燃料電池と、
前記電気エネルギーの供給を受けて、予め設定されている動作を行う負荷(load)と
を備える燃料電池発電システム。 - 前記水素発生装置が、
水素イオンを含む電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され電子を発生する第1電極と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され前記電子を受けて水素を発生する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に連結されているスイッチと、
前記負荷から要求電力の入力を受け、前記燃料電池の出力を測定し、前記要求電力と前記出力とを比較して前記スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部と
を備える請求項9に記載の燃料電池発電システム。 - 前記第1電極が、前記第2電極より相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池発電システム。
- 前記スイッチ制御部は前記スイッチをオンオフするスイッチ制御信号を生成して出力し、
前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のデューティ比を変化させて一周期内での前記スイッチのオンオフの比率を決定することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池発電システム。 - 前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のオンオフ周波数を変化させ前記水素発生量の微細変動を制御することを特徴とする請求項12に記載の燃料電池発電システム。
- 前記スイッチ制御部が、前記要求電力と前記出力とを比較して、前記出力が前記要求電力より大きい場合には前記デューティ比を減少させ、前記出力が前記要求電力より小さい場合には前記デューティ比を増加させ、前記出力が前記要求電力と同一である場合は前記デューティ比を維持することを特徴とする請求項12に記載の燃料電池発電システム。
- 前記燃料電池と前記負荷との間に結合され、前記燃料電池から前記電気エネルギーの供給を受けて充電し、前記負荷が必要とする場合には前記充電された前記電気エネルギーを提供する充電池をさらに備える請求項9に記載の燃料電池発電システム。
- 前記水素発生装置が、
電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され電子を発生する第1電極と、
前記電解槽内に位置し、前記電解質水溶液に浸され前記電子を受けて水素を発生する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に連結されているスイッチと、
前記充電池の現在電圧を測定し、前記充電池の完充電圧と比較して前記スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部と
を備える請求項15に記載の燃料電池発電システム。 - 前記第1電極が、前記第2電極より相対的にイオン化傾向が大きい金属からなることを特徴とする請求項16に記載の燃料電池発電システム。
- 前記スイッチ制御部は前記スイッチをオンオフするスイッチ制御信号を生成して出力し、
前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のデューティ比を変化させて一周期内で前記スイッチのオンオフの比率を決定することを特徴とする請求項16に記載の燃料電池発電システム。 - 前記スイッチ制御部が、前記スイッチ制御信号のオンオフ周波数を変化させ前記水素発生量の微細変動を制御することを特徴とする請求項18に記載の燃料電池発電システム。
- 前記スイッチ制御部が、前記現在電圧と前記完充電圧とを比較して前記現在電圧が前記完充電圧より小さい場合には前記デューティ比を増加させ、前記現在電圧が前記完充電圧より大きいかまたは同一である場合には前記デューティ比を最小化することを特徴とする請求項18に記載の燃料電池発電システム。
- 電極の間に連結されているスイッチのオンオフを制御し水素発生量を調節する水素発生装置の水素発生量の調節方法において、
設定値が入力される段階と、
測定された水素発生量と前記設定値とを比較する段階と、
前記水素発生量が前記設定値より小さい場合にはスイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、前記水素発生量が前記設定値より大きい場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を減少させ、前記水素発生量が前記設定値と同一である場合は前記スイッチ制御信号のデューティ比を維持する段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて一週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、と
を含む水素発生量の調節方法。 - 電極の間に連結されているスイッチのオンオフを制御し水素発生量を調節する水素発生装置の水素発生量の調節方法において、
上限設定値と下限設定値とが入力される段階と、
測定された水素発生量と前記上限設定値及び前記下限設定値とを比較する段階と、
前記水素発生量が前記下限設定値より小さい場合にはスイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、前記水素発生量が前記上限設定値より大きい場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を減少させ、前記水素発生量が前記下限設定値と前記上限設定値との間にある場合は前記スイッチ制御信号のデューティ比を維持する段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて一週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、と
を含む水素発生量の調節方法。 - 負荷に電気エネルギーを提供する燃料電池に連結され、電極の間に位置しているスイッチのオンオフを制御して前記燃料電池に供給する水素発生量を調節する水素発生装置の水素発生量の調節方法において、
前記燃料電池の出力を測定し、前記負荷の要求電力が入力される段階と、
前記出力と前記要求電力とを比較する段階と、
前記出力が前記要求電力より大きい場合にはスイッチ制御信号のデューティ比を減少させ、前記出力が前記要求電力より小さい場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、前記出力が前記要求電力と同一である場合は前記スイッチ制御信号のデューティ比を維持する段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて一週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、と
を含む水素発生量の調節方法。 - 充電池に電気エネルギーを充電する燃料電池に連結され、電極の間に連結されているスイッチのオンオフを制御し前記燃料電池に供給する水素発生量を調節する水素発生装置の水素発生量の調節方法において、
前記充電池の現在電圧を測定する段階と、
前記現在電圧と前記充電池の完充電圧とを比較する段階と、
前記現在電圧が前記完充電圧より小さい場合にはスイッチ制御信号のデューティ比を増加させ、その他の場合には前記スイッチ制御信号のデューティ比を最小化する段階であって、ここで、前記スイッチ制御信号は前記デューティ比に応じて一週期内での前記スイッチのオンオフを制御する段階、と
を含む水素発生量の調節方法。
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