JP2012138241A - Power facility with regeneration type fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を用いた再生型燃料電池装置を備えた電源設備に関し、特に、飛行船等の電源設備に適した再生型燃料電池装置を備えた電源設備に関する。 The present invention relates to a power supply facility provided with a regenerative fuel cell device using a fuel cell, and more particularly to a power supply facility provided with a regenerative fuel cell device suitable for power supply facilities such as an airship.
成層圏プラットフォームに用いられる飛行船など、長期間にわたって滞空する飛行船では、飛行、姿勢制御、その他の制御に必要な電力を確保する工夫が必要である。電力を得るための電源設備として、太陽電池パネルを用いた設備が考えられているが、太陽電池パネルは、太陽光を受けることができる昼間しか発電をすることができないため、夜間に発電できるように燃料電池を併用することが考えられている。 In an airship that stays for a long period of time, such as an airship used for a stratosphere platform, it is necessary to devise measures to secure electric power necessary for flight, attitude control, and other controls. As a power source facility for obtaining power, facilities using solar cell panels are considered, but since solar cell panels can only generate power during the daytime when they can receive sunlight, they can generate power at night. It is considered to use a fuel cell together.
このように太陽電池パネルを利用する電力源と燃料電池とを併用する電源設備として、例えば、本出願人が先に出願した発明がある。この発明では、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して、太陽電池パネルで発電される電力が蓄電バスラインに供給される状態、および出力バスラインに供給される状態、のいずれかに供給状態を切換える電源制御装置を設けている。また、この電源制御装置が、太陽電池パネルの電力を優先的に負荷装置へ供給し、太陽電池パネルの電力だけでは不足が生じる場合は、その不足分の電力を燃料電池から供給し、太陽電池パネルの電力に余剰電力がある場合には、その余剰電力を再生器に供給するようにしている(特許文献1参照)。 As an example of the power supply equipment that uses both the power source using the solar cell panel and the fuel cell, there is an invention previously filed by the present applicant. In the present invention, using the characteristic that the generated voltage value varies depending on the temperature of the solar cell panel, the state where the electric power generated by the solar cell panel is supplied to the storage bus line, and the state where the electric power is supplied to the output bus line, A power supply control device for switching the supply state is provided for either of them. In addition, when the power supply control device preferentially supplies the power of the solar cell panel to the load device and shortage occurs only with the power of the solar cell panel, the shortage of power is supplied from the fuel cell. When there is surplus power in the panel power, the surplus power is supplied to the regenerator (see Patent Document 1).
なお、他の先行技術として、燃料電池スタックの所定位置に集電板を挿入し、燃料電池スタックの端部に設けられた集電板と所定位置に挿入した集電板との間から燃料電池スタックの発電電力の一部を取出し、取出された電力を低電圧で作動する負荷に供給するようにした燃料電池システムがある(例えば、特許文献2参照)。 As another prior art, a current collector plate is inserted into a predetermined position of the fuel cell stack, and the fuel cell is inserted between the current collector plate provided at the end of the fuel cell stack and the current collector plate inserted into the predetermined position. There is a fuel cell system in which a part of the generated power of the stack is taken out and supplied to a load that operates at a low voltage (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、上記飛行船では、外気温度の変化や太陽電池パネルへの太陽光の照射状況が変化することに起因して太陽電池セルの温度が変化して電流−電圧特性(以下、単に「I−V特性」ともいう)が変化し、その結果、太陽電池パネルと再生機が効率よく運転できるそれぞれのI−V特性に差が生じ、太陽電池パネルから再生機に送る電力の一部が使用できなくなる。 However, in the above airship, the temperature of the solar battery cell changes due to the change in the outside air temperature and the change in the solar irradiation condition on the solar battery panel, and the current-voltage characteristics (hereinafter simply referred to as “IV”). As a result, there is a difference in the IV characteristics that allow the solar panel and the regenerator to operate efficiently, and part of the power sent from the solar panel to the regenerator cannot be used. .
その対策としては、太陽電池特性を発電状況に応じて再生器特性に合わせるか、再生器特性を太陽電池特性に合わせるか、あるいはその両方を調整するかのいずれかが考えられる。これらの対策の具体的な方法として、例えば、DC/DCコンバータ等のコンディショナを各太陽電池パネルや再生機とバスとの接続の間に挿入することにより調整する方法などが考えられる。しかし、このような対策は、重量の増加や設備費用の大幅な上昇を招くため、上記飛行船のような構成において採用するのは難しい。 As a countermeasure, it is conceivable that the solar cell characteristics are matched with the regenerator characteristics according to the power generation situation, the regenerator characteristics are matched with the solar cell characteristics, or both are adjusted. As a specific method of these measures, for example, a method of adjusting by inserting a conditioner such as a DC / DC converter between the connection between each solar cell panel or the regenerator and the bus can be considered. However, since such measures cause an increase in weight and a significant increase in equipment costs, it is difficult to adopt in such a configuration as the above airship.
なお、上記特許文献1,2では、上記したような再生器のI−V特性と太陽電池の最大効率点とが一致しないことによって効率が悪化することや、その対策について何ら記載されていない。
In
そこで、本発明は、太陽電池パネルの電力ロスを低減させて発電電力利用効率向上を図ることができる再生型燃料電池装置を備えた電源設備を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the power supply equipment provided with the reproduction | regeneration type fuel cell apparatus which can aim at the power generation efficiency improvement by reducing the power loss of a solar cell panel.
上記目的を達成するために、本発明は、太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、前記太陽電池装置および前記再生器が接続された蓄電バスラインと、前記太陽電池装置と前記燃料電池および電力供給系出力部が接続された出力バスラインと、前記太陽電池装置で発電される電力が前記蓄電バスラインに供給される状態、および前記太陽電池装置で発電される電力が前記出力バスラインに供給される状態、のいずれかに供給状態を切換える電源制御装置とを有する再生型燃料電池装置を備え、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記再生器の電流−電圧特性を前記太陽電池装置の最大効率点に近づけるように調整する調整機構を備えていることを特徴とする。この明細書および特許請求の範囲の書類中における「最大効率点」は、太陽電池装置の出力電力が最大となる運転状態における電流−電圧値をいう。 In order to achieve the above object, the present invention provides a solar cell device including a solar cell panel, a regenerative fuel cell device including a fuel cell and a regenerator, and a power storage bus to which the solar cell device and the regenerator are connected. A line, an output bus line to which the solar cell device, the fuel cell and the power supply system output unit are connected, a state in which electric power generated by the solar cell device is supplied to the power storage bus line, and the solar cell A regenerative fuel cell device having a power supply control device that switches a supply state to any one of a state in which power generated by the device is supplied to the output bus line, and a change in current-voltage characteristics of the solar cell device And an adjustment mechanism for adjusting the current-voltage characteristics of the regenerator so as to approach the maximum efficiency point of the solar cell device. The “maximum efficiency point” in the specification and claims refers to a current-voltage value in an operating state in which the output power of the solar cell device is maximum.
これにより、成層圏飛行船等の電源システムにおける再生型燃料電池装置を備えた電源設備において、太陽電池装置の電流−電圧特性が変化したとしても、その変化に応じて再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置の最大効率点に近づけるように調整機構で調整するので、太陽電池の発電電力の電力ロスを低減させて効率良く再生型燃料電池装置を備えた電源設備を運用することができる。 As a result, even if the current-voltage characteristic of the solar cell device changes in a power supply facility equipped with a regenerative fuel cell device in a power supply system such as a stratosphere airship, the current-voltage characteristic of the regenerator is Since the adjustment mechanism is adjusted so as to approach the maximum efficiency point of the battery device, the power loss of the generated power of the solar cell can be reduced and the power supply facility equipped with the regenerative fuel cell device can be operated efficiently.
また、前記再生器は、電圧特性を変化させる複数のセルを具備した可変容量型再生器を有し、前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記可変容量型再生器のセル接続数を調整するように構成されていてもよい。 The regenerator includes a variable capacity regenerator having a plurality of cells that change voltage characteristics, and the adjustment mechanism is configured to change the variable capacity according to a change in current-voltage characteristics of the solar cell device. The cell regenerator may be configured to adjust the number of connected cells.
このようにすれば、太陽電池装置の電流−電圧特性変化に応じて可変容量型再生器のセル接続数で再生器の容量を調整して、再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置の最大効率点に近づけるように調整することができる。 In this way, the capacity of the regenerator is adjusted by the number of cell connections of the variable capacity regenerator according to the change in the current-voltage characteristic of the solar cell device, and the current-voltage characteristic of the regenerator is adjusted to the maximum of the solar cell device. Adjustments can be made to approach the efficiency point.
また、前記再生器は、複数個の固定容量型再生器を有し、前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記固定容量型再生器の接続数を調整するように構成されていてもよい。 The regenerator has a plurality of fixed capacity regenerators, and the adjustment mechanism adjusts the number of connections of the fixed capacity regenerators according to changes in current-voltage characteristics of the solar cell device. It may be configured to.
このようにすれば、太陽電池装置の電流−電圧特性変化に応じて固定容量型再生器の接続数で再生器の容量を調整して、再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置の最大効率点に近づけるように調整することができる。 In this way, the capacity of the regenerator is adjusted by the number of fixed capacity regenerators connected according to the change in the current-voltage characteristics of the solar cell device, and the current-voltage characteristics of the regenerator are adjusted to the maximum efficiency of the solar cell device. It can be adjusted to approach the point.
また、前記再生器は、電圧特性を変化させる複数のセルを具備した可変容量型再生器と、複数個の固定容量型再生器とを有し、前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記可変容量型再生器のセル接続数と、前記固定容量型再生器の接続数とを調整するように構成されていてもよい。 The regenerator includes a variable capacity regenerator having a plurality of cells that change voltage characteristics, and a plurality of fixed capacity regenerators. The number of cell connections of the variable capacity regenerator and the number of connections of the fixed capacity regenerator may be adjusted according to a change in voltage characteristics.
このようにすれば、太陽電池装置の電流−電圧特性変化に応じて可変容量型再生器のセル接続数による容量調整と固定容量型再生器の接続数による容量調整とで、再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置の最大効率点に近づけるように容量調整することができ、太陽電池装置の電流−電圧特性変化に応じて再生器の電圧特性をより細かく調整して太陽電池の電力ロスを更に抑えることができる。なお、この明細書および特許請求の範囲の書類中では、上記したような再生器の容量調整によってI−V特性を調整する方法を「再生器可変容量方法」ともいう。 In this way, the capacity adjustment by the number of connected cells of the variable capacity regenerator and the capacity adjustment by the number of connections of the fixed capacity regenerator according to the current-voltage characteristic change of the solar cell device, the current of the regenerator − Capacitance can be adjusted to bring the voltage characteristics closer to the maximum efficiency point of the solar cell device, and the voltage characteristics of the regenerator can be finely adjusted according to changes in the current-voltage characteristics of the solar cell device to reduce the power loss of the solar cell device. It can be further suppressed. In the specification and claims, the method of adjusting the IV characteristics by adjusting the capacity of the regenerator as described above is also referred to as “regenerator variable capacity method”.
一方、本発明の飛行船は、前記いずれかの再生型燃料電池装置を備えた電源設備を具備させた飛行船であって、前記太陽電池パネルを外皮上部の機軸に沿って配設していることを特徴とする。 On the other hand, the airship of the present invention is an airship equipped with a power supply facility equipped with any one of the above-described regenerative fuel cell devices, wherein the solar cell panel is disposed along the axis of the upper skin. Features.
これにより、成層圏飛行船等の電源システムにおける再生型燃料電池装置を備えた電源設備を、太陽電池装置の電流−電圧特性が変化したとしても、その変化に応じて再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置の最大効率点に近づけて効率良く運用することができる。 As a result, even if the current-voltage characteristic of the solar cell device changes in the power supply facility equipped with the regenerative fuel cell device in the power supply system such as a stratosphere airship, the current-voltage characteristic of the regenerator is changed to the solar power according to the change. It can be operated efficiently close to the maximum efficiency point of the battery device.
本発明によれば、再生器の電流−電圧特性を、太陽電池の最大効率点に近づけるように細かく調整できるので、再生型燃料電池装置を備えた電源設備における太陽電池の発電電力の利用効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, since the current-voltage characteristics of the regenerator can be finely adjusted so as to approach the maximum efficiency point of the solar cell, the utilization efficiency of the generated power of the solar cell in the power supply facility equipped with the regenerative fuel cell device can be improved. It becomes possible to improve.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、成層圏プラットフォームに用いられる飛行船に具備させる再生型燃料電池装置を備えた電源設備を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a power supply facility including a regenerative fuel cell device provided in an airship used for a stratospheric platform will be described as an example.
図1に示すように、この電源設備1は、太陽電池パネル3を備える太陽電池装置2と、燃料電池5および再生器6を備える再生型燃料電池装置4とを有している。上記太陽電池パネル3は、複数に分割されたパネルグループからなっており、例えば、飛行船の機体を構成する外皮の上部に設けられる。
As shown in FIG. 1, the
また、上記電源設備1は、太陽電池パネル3を備えた太陽電池装置2、再生型燃料電池装置4および自己の負荷装置に接続される電力供給系出力部10を電気的に接続するハウジング15と、ハウジング15内の接続関係を制御する電源制御装置13とを有する。ハウジング15は、上記太陽電池装置2および再生器6が接続された蓄電バスライン11と、上記太陽電池装置2と燃料電池5および電力供給系出力部10が接続された出力バスライン12と、上記太陽電池装置2で発電される電力が上記蓄電バスライン11に供給される状態、および上記太陽電池装置2で発電される電力が上記出力バスライン12に供給される状態、のいずれかに供給状態を切換える電源制御装置13とを有している。上記電力供給系出力部10としては、飛行船を推進する推進装置、ならびに飛行船に備えられる通信や観測等を行うための機器を含む電力供給系出力先であり、出力バスライン12から電力が供給される。
The
また、ハウジング15には、地上などに設けられた外部電源と電気的に接続される外部電源入力部16が設けられている。各バスライン11,12は、外部電源接続開閉手段17,18を介して外部電源入力部接続コネクタ16と接続されている。これらの外部電源接続開閉手段17,18が閉じられ、外部電源入力部16が地上の外部電源に接続されると、外部電源入力部16から電力が各バスライン11,12に供給される。
In addition, the
上記再生型燃料電池装置4は、上記燃料電池5で燃料を化学反応させて発電し、再生器6で燃料電池5の化学反応と逆反応によって燃料電池5による化学反応で生成される物質から燃料を生成する。この再生型燃料電池装置4としては、例えば、燃料として水素(H2)および酸素(O2)を用いるものが利用でき、水素と酸素とを取込んで化学反応させることで発電し、その化学反応によって生成される水(H2O)を排出し、この水を再生器6で電気分解して水素と酸素とを生成し、上記発電の燃料として利用できる。
The regenerative fuel cell device 4 generates power by chemically reacting fuel in the fuel cell 5 and generates a fuel from a substance generated by a chemical reaction by the fuel cell 5 by a reverse reaction and a chemical reaction of the fuel cell 5 in the
また、上記電源制御装置13は、電力供給系出力部10で必要とされる電力を、太陽電池装置2で発電される電力を優先させて、太陽電池装置2および燃料電池5から供給する。この電源制御装置13は、電力供給系出力部10で必要とされる電力を、太陽電池装置2だけで賄うことができる場合、太陽電池装置2から電力供給系出力部10に電力を供給する。太陽電池装置2だけで賄うことができない場合、太陽電池装置2で発電される電力を電力供給系出力部10に供給し、電力供給系出力部10で必要な電力の不足分を燃料電池5の電力で補うようになっている。
Further, the power
また、この電源制御装置13は、電力供給系出力部10に電力を供給しても、太陽電池装置2で発電される電力に余剰分があれば、その余剰分を再生器6に供給する。このように、電源制御装置13は、電力供給系出力部10で必要な電力と、太陽電池装置2で発電される発電電圧値とによって、太陽電池装置2で発電される電力の供給先を、電力供給系出力部10および再生器6のいずれかに振分け制御するように構成されている。
In addition, even if power is supplied to the power supply
一方、上記ハウジング15は、太陽電池装置2と各バスライン11,12とを電気的に接続する太陽電池接続ライン20を有する。太陽電池接続ライン20は、蓄電ライン21と出力ライン22とを有する。
On the other hand, the
上記蓄電ライン21は、太陽電池接続蓄電開閉手段23を介して蓄電バスライン11に接続されている。上記出力ライン22は、太陽電池装置2から出力バスライン12に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する太陽電池接続整流手段24を介して出力バスライン12に接続されている。
The
さらに、上記ハウジング15は、燃料電池5と出力バスライン12とを電気的に接続する燃料電池接続ライン25と、再生器6と蓄電バスライン11とを電気的に接続する再生器接続ライン26とを有している。上記燃料電池接続ライン25には、燃料電池接続開閉手段27と、燃料電池5から出力バスライン12に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する燃料電池接続整流手段28とが設けられている。上記燃料電池接続開閉手段27が閉じられると、燃料電池5で発電される電力は、燃料電池接続整流手段28を介して自動的に出力バスライン12に供給される。
Further, the
また、上記再生器接続ライン26には、再生器接続開閉手段29と、蓄電バスライン11から再生器6に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する再生器接続整流手段30とが設けられている。上記再生器接続開閉手段29が閉じられると、蓄電バスライン11に供給される電力は、再生器接続整流手段30を介して自動的に再生器6に供給される。
The
さらに、上記電源制御装置13は、太陽電池装置2の発電状況等をモニタする太陽電池発電状況モニタを内蔵している。この電源制御装置13は、太陽電池パネル3とデータ入力ライン31で接続されており、太陽電池発電状況モニタで太陽電池パネル3の発電状況を監視している。得られた太陽電池パネル3の発電状況に関するデータは、複数の太陽電池パネルグループの個々の作動状況を監視し、蓄電バスライン11に接続するグループを選定するために用いている。またグループ毎のヘルスチェックにも使用している。また、太陽電池発電状況モニタでは、太陽電池装置2で発電される電力の電圧値と電流値との関係であるI−V特性(I−V曲線)と、最大電力値とを求め、求めたI−V特性および最大電力値を電源制御装置13に出力している。さらに、電源制御装置13は、上記太陽電池接続ライン20とモニタ接続ライン32で接続されている。このモニタ接続ライン32には、モニタ接続開閉手段33が設けられている。この電源制御装置13は、再生型燃料電池装置4と信号ライン34で接続されている。
Further, the power
このような構成により、太陽電池装置2で発電される電力は、太陽電池接続蓄電開閉手段23が開いている太陽電池接続ライン20から分岐した出力ライン部22の太陽電池接続整流手段24を介して自動的に出力バスライン12に供給される。また、太陽電池接続蓄電開閉手段23が閉じられると、太陽電池装置2で発電される電力は蓄電ライン21に供給される。
With such a configuration, the electric power generated by the
上記電源制御装置13は、例えばコンピュータによって実現され、太陽電池発電状況モニタ(電源制御装置13に内蔵)の検出結果を含む各種情報に基づいて、各開閉手段23,27,29,33に開閉動作を制御するように構成される。
The power
このように電源制御装置13は、太陽電池パネル3と、再生型燃料電池装置4と、電力供給系出力部10と、外部電源入力部16と、電源制御装置(太陽電池発電状況モニタ)13の接続状態を制御し、電力の供給状態を制御するようになっている。また、この電源制御装置13による各機器の制御が、後述するように、太陽電池装置2の電流−電圧特性の変化に応じて、再生器6の電流−電圧特性を太陽電池装置2の最大効率点に近づけるように調整する調整機構8(図2(b) )である。この調整機構による調整としては、再生器6の定格運転時の電流−電圧特性を後述するように変化させることで、この再生器6に電力供給する太陽電池装置2の最大効率点と一致するように近づけることによって行われる。この調整機構は、電源制御装置13からの信号に基づいて再生型燃料電池装置4が調整するように構成してもよい。
As described above, the power
なお、図では、電源制御装置13から各開閉手段23,27,29,33への信号配線の記載を省略している。また、上記ハウジング15に設けられる各開閉手段23,27,29,33は、開閉動作によってラインの導通および遮断状態を切換える手段であり、例えば継電器によってそれぞれ実現される。ハウジング15に設けられる各整流手段24,28,30は、例えばダイオードによってそれぞれ実現される。
In the figure, the signal wiring from the power
以上のような電源設備1によれば、夜間の太陽電池装置2による発電が不可能な状況下では、燃料電池5で発電される電力を電力供給系出力部10に供給するように制御しているが、昼間の太陽電池装置2による発電が可能な状況下では、太陽電池装置2で発電される電力を、機体運用のために電力供給系出力部10に供給し、太陽電池装置2で発電される電力に余剰分がある場合、再生器6に供給するように制御し、万一、太陽電池装置2で発電される電力だけでは電力が不足した場合、燃料電池5で補充するように制御する。従って、上記電源設備1は、特に長期間にわたって滞空する、例えば、成層圏プラットフォームに利用される飛行船に好適な電源設備1となる。
According to the
しかも、上記電源設備1では、軽量化をはかるためコンディショナ等の重量物を一切用いることなく、開閉手段(継電器)23,27,29,33のみにより直接各要素を断続している。これにより、電源設備1の軽量化を図ることができるので、更に上記飛行船の電源設備として好適に搭載することができる。
Moreover, in the
次に、図2(a),(b) に基づいて、本発明に係る再生型燃料電池装置を備えた電源設備における再生器の調整機構概念を説明する。図2(a) は、上記太陽電池装置2、再生型燃料電池装置4の電圧値および電流値の関係の一例を示すグラフであり、横軸は、電流値を示し、縦軸は電圧値を示している。図1に示す構成には、図1の符号を付して説明する。
Next, based on FIGS. 2 (a) and 2 (b), the concept of the adjusting mechanism of the regenerator in the power supply facility equipped with the regenerative fuel cell apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 (a) is a graph showing an example of the relationship between the voltage value and the current value of the
図2(a) に示すように、電源設備1における電圧設計では、まず、所定の日照量における太陽電池装置2の発電特性である破線40で示すI−V特性における最大発電時最高効率点(最大効率点)と、再生器6の実線41で示すI−V特性における最大効率運転時の電力の交点に、再生器6の定格運転点42が決定される。
As shown in FIG. 2 (a), in the voltage design in the
一方、太陽電池装置2は、上記したように太陽光線と受光面との成す角度によって発電電力値が変化し、太陽光線と受光面との成す受光角度が小さくなって日照量が小さくなるにつれて太陽電池装置2の発電特性が変化して、例えば、図2(a) に実線43で示すようなI−V特性になる。特に、飛行船の場合、昼間は外皮内の気体温度上昇を防ぐために、予め定める領域内で旋回等飛行して外気との対流による熱交換で外皮内の気体温度上昇を抑えるように運用するので、飛行船の太陽に対する姿勢が常時変化して太陽電池の発電状況も常時変化する。
On the other hand, as described above, the
そして、太陽電池装置2のI−V特性が実線43で示すような状態となった場合に、上記再生器6のI−V特性を実線41の状態で保つと、再生器6は太陽電池装置2のI−V特性43における運転点44での運転となってしまう。つまり、この場合には、双方のI−V特性により、電圧V1よりも高い範囲Rが有効に利用されない電流I1と電圧V1との範囲における運転となり、太陽電池装置2の発電電力のうち高い範囲R部分が利用されない効率の悪い運転となる。
When the IV characteristic of the
そこで、図2(b) に示すように、この実施形態では、上記再生器6の電圧を可変にすることで、上記太陽電池装置2のI−V特性変化に対応して再生器6のI−V特性を変化させることができるようにしている。具体的には、再生器6のセル数を増やし、それらのセルに接続できる電極端子45を多数設けることで、選択できるセル数を可変にした調整機構8を備えさせている。すなわち、再生器6を電圧可変の可変容量型再生器6とすることでI−V特性を変化させることができる調整機構8を備えさせている。
Therefore, as shown in FIG. 2B, in this embodiment, the voltage of the
そして、図2(a) に示すように、太陽電池装置2の発電電力値が低下してI−V特性が実線43のように変化した場合、再生器6の電極端子45の接続位置を調整機構8で変化させてセル数を増やすことで再生器6のI−V特性の電圧を実線46で示すように上げて、太陽電池装置2のI−V特性の実線43における最大効率点(最大発電時最高効率点)に再生器6の定格運転点47を近づける。これにより、太陽電池装置2の電流I2と電圧V2との範囲における運転となり、太陽電池装置2の発電電力のR部分を効率良く利用することができる。
Then, as shown in FIG. 2A, when the generated power value of the
この場合、再生器6の運転点44が運転点47に変化するため、電流I1−I2と電圧V1との範囲Bが利用されなくなるが、電流I2と電圧V1−V2の範囲Rに比べれば小さい範囲なので、発電電力全体では広い範囲を有効に利用することになる。
In this case, since the
このように、再生器6のI−V特性46を太陽電池装置2のI−V特性43に応じて変化させ、太陽電池装置2の最大効率点に再生器6の運転点47を近づけるように調整可能とすることで、無効となる太陽電池発電電力を有効に利用することが可能となるようにしている。
In this way, the
次に、図3(a),(b) 〜6(a),(b) に基づいて、上記電源設備1において、再生器の電流−電圧特性を太陽電池装置2の最大効率点に近づけるように調整する調整機構8の具体的な例を説明する。
Next, based on FIGS. 3 (a), (b) to 6 (a), (b), in the
図3(a),(b) に示す第1実施形態は、再生器6のセル数を可変にして電流−電圧特性を太陽電池装置2の最大効率点に近づけるように調整する調整機構8による再生器可変容量方法の例である。この例は、単スタックによる再生器可変容量方法である。図1に示す構成には、図1の符号を付して説明する。
The first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B is based on an
図3(a) に示すように、上記太陽電池装置2の電圧設計で設定したI−V特性を示す破線50は、再生器6の破線51で示すI−V特性における定格運転点52が太陽電池装置2の最大発電時最高効率点に設定されているが、太陽高度の変化等によって太陽電池装置2の発電特性が変化する。そこで、この実施形態では、図3(b) に示すように、再生器6のセル数をA〜Dの4段階で調整できるようにしている。
As shown in FIG. 3A, the
そして、太陽電池装置2の発電電力値が低下した場合、太陽電池装置2のI−V特性の変化(図示する破線53〜55)に対応して、再生器6のI−V特性を破線56〜58で示すように変化させる。
And when the electric power generation value of the
すなわち、この例では、図3(b) に示すように、可変容量型再生器6のセル数を可変とする電極端子45を多数(この例では、電極端子45をA〜Dの4位置)設けているので、太陽電池装置2のI−V特性変化による電力低下に応じて電力的に有利なセル数となるように再生器6の電極端子45の位置を選択して接続することで電圧(容量)を高くし、再生器6のI−V特性を4段階で変化させることができるようにしている。
That is, in this example, as shown in FIG. 3B, there are a large number of
これにより、図3(a) に示すように、再生器6のI−V特性を太陽電池装置2の最高効率点に近づけて、再生器6の運転点をA〜D位置とし、太陽電池装置2の発電電力を有効に利用することで再生エネルギ量を上げて効率向上を図っている。各運転点A〜Dにおける発電電力の利用範囲は上記図2(a) と同様であるため、その説明は省略する。
As a result, as shown in FIG. 3 (a), the IV characteristic of the
なお、この実施形態では、図3(b) に示す可変容量型再生器6に増設したセルの位置の電極端子45を等間隔のピッチで設けているが、電極端子45を設けるピッチは、例えば、「大」、「中」、「小」と不当間隔としてもよい。この電極端子45の不当間隔は、図3(a) に示すような太陽電池装置2の電圧低下の特性等に応じて変化させるセル数に対応して設定すればよい。また、図示する4段階は一例であり、更に細かく設定してもよい。
In this embodiment, the
図4(a),(b) に示す第2実施形態は、固定容量型再生器7を複数個設け、それらの再生器7を直列的に接続する個数を調整してI−V特性を変化させる調整機構8による再生器可変容量方法(再生器個数可変)の例である。なお、上記図1に示す構成には、図1の符号を付して説明する。
In the second embodiment shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a plurality of fixed
この実施形態の場合、図4(a) に示すように、上記太陽電池装置2のI−V特性を示す破線60が変化した場合、その太陽電池装置2のI−V特性変化による電力低下に応じて、図4(b) に示すように、電力的に有利な個数の再生器7の接続数となるように継電器61による接続数が選択される。これにより、再生器7としてのI−V特性を、再生器7の接続数に応じて電圧が高くなる特性に変化させることができる。図では、5個の接続された継電器61により、4個の再生器7が直列接続された状態となっている。この実施形態の場合、再生器7の数量は、各再生器7の端部構造や補器類の増加に伴う重量増加を抑える数量が好ましい。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 4 (a), when the
この実施形態によれば、太陽電池装置2のI−V特性が破線60から破線62〜64に示すように変化するのに応じて、再生器7の接続数を変化させることで、図4(a) に示すように再生器7のI−V特性を破線65〜68で示すように変化させることができる。図示する4段階は一例であり、更に細かく設定することもできる。
According to this embodiment, the number of connections of the
従って、この実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、再生器7の運転点をA〜Dを太陽電池装置2の最高効率点に近づけて太陽電池装置2の発電電力を有効に利用することで、再生エネルギ量を上げて効率向上を図ることができる。
Therefore, also in this embodiment, the operating point of the
図5(a),(b) に示す第3実施形態は、固定容量型再生器7を複数個設け、それらの再生器7を並列的に接続する個数を調整してI−V特性を変化させる調整機構8による再生器可変容量方法(再生器個数可変)の例である。なお、上記図1に示す構成には、図1の符号を付して説明する。
In the third embodiment shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of fixed
この実施形態の場合、図5(b) に示すように、3台の再生器7が太陽電池装置2と並列に接続されている。この例では、1台の再生器7が太陽電池装置2と接続された状態で、再生器7の定格運転点が太陽電池装置2の最大効率点となるようにしている。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 5 (b), three
そして、太陽電池装置2のI−V特性が変化して電圧が下がった場合には、再生器7の接続個数を増やすことで、再生器7の全体でのI−V特性を変化させている。すなわち、この例では、3台の再生器7を設けているため、図5(a) に破線70〜72で示すように、3段階のI−V特性を得ることができ、太陽電池装置2の発電電力値の変化に応じて、電力的に有利な再生器7の接続数となるように、継電器73で各再生器7が太陽電池装置2と接続される。この実施形態では、同一のI−V特性の再生器7を並設することでI−V特性を調整することができ、従来の再生器を使用することもできる。
Then, when the IV characteristic of the
従って、この実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、再生器7の運転点をA〜Cを太陽電池装置2の最高効率点に近づけて太陽電池装置2の発電電力を有効に利用することで、再生エネルギ量を上げて効率向上を図ることができる。
Therefore, also in this embodiment, the operating point of the
図6(a),(b) に示す第4実施形態は、上記図3(a),(b) に示す第1実施形態と、上記図5(a),(b) に示す第3実施形態とを組合わせた調整機構8による再生器可変容量法(セル数可変および再生器個数可変)の例である。なお、上記図3(a),(b) に示す構成と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
The fourth embodiment shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) includes the first embodiment shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) and the third embodiment shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). It is an example of the regenerator variable capacity method (variable number of cells and variable number of regenerators) by the
この実施形態の場合、図6(b) に示すように、セル数を増やしてそれらのセル数を選択できる電極端子45を多数設けることで容量可変にした可変容量型再生器6が1台と、固定容量型再生器7が2台設けられている。これら3台の再生器6,7は、太陽電池装置2と並列に接続されている。この例では、1台の再生器7が太陽電池装置2と接続された状態で、再生器の定格運転点が太陽電池装置2の最大効率点となるようにしている。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 6 (b), there is one
この実施形態の場合、図6(a) に示すように、上記可変容量型再生器6のセル数変更によるI−V特性の調整を太陽電池装置2の発電電力値が低い位置で行い、並設した2台の固定容量型再生器7の接続数によるI−V特性の調整を太陽電池装置2の発電電力値が高い位置で行うようにしている。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 6A, the adjustment of the IV characteristics by changing the number of cells of the
このように可変容量型再生器6と固定容量型再生器7とを備えた複合型の電源設備1によれば、太陽電池装置2の電圧設計で設定したI−V特性が破線80のときには、1台の固定容量型再生器7のみを接続し、太陽電池装置2の発電電力の低下によってI−V特性が下がると継電器81を接続してもう1台の固定容量型再生器7を太陽電池装置2に接続する。そして、更にI−V特性が下がると、可変容量型再生器6の継電器81を接続する。この可変容量型再生器6を接続した状態では、セル数の接続数を電極端子45の接続位置で調整することで、再生器6(再生器7を含む全体)のI−V特性を細かく調整することができる。
Thus, according to the composite
図6(a) の右部に2本の破線82,83で示すI−V特性が、固定容量型再生器7を1台接続したときと2台接続したときの再生器7のI−V特性であり、左部に4本の破線84〜87で示すI−V特性が可変容量型再生器6を接続したとき(継電器81(C) を接続したとき)の再生器6のI−V特性である。
The IV characteristics indicated by the two
従って、この実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、再生器6,7の運転点を太陽電池装置2の最高効率点に近づけて太陽電池装置2の発電電力を有効に利用することで、再生エネルギ量を上げて効率向上を図ることができる。
Therefore, also in this embodiment, as in the first embodiment, the operating point of the
また、この実施形態では、図6(a) に、成層圏プラットフォームに用いられる飛行船における定格電力の一例を曲線88で示している。従って、この曲線88を超える範囲の電力を余剰分として再生器6,7に供給することができる。
In this embodiment, an example of the rated power in the airship used for the stratosphere platform is shown by a
以上のように、上記再生型燃料電池装置4を備えた電源設備1によれば、再生器6(7)のI−V特性を太陽電池装置2のI−V特性の変化に応じて調整することができるので、太陽電池装置2および再生型燃料電池装置4で得られる電力を効率良く電力供給系出力部10に供給して、太陽電池装置2による発電電力の利用効率を向上させることが可能となる。
As described above, according to the
しかも、太陽電池装置2の発電電力値の変化に応じて再生器6のセル接続数または再生器7の接続数を可変にして調整する再生器可変容量法としているので、太陽電池装置2のI−V特性変化に応じて再生器6(7)の電力を調整してI−V特性を変化させるという簡単な制御で、太陽電池装置2の発電電力の利用効率を向上させた電源設備1の運転が可能となる。
Moreover, since the regenerator variable capacity method is employed in which the number of cells connected to the
従って、上記再生型燃料電池装置を備えた電源設備1によれば、成層圏プラットフォームに用いられる飛行船のように、長期間滞空して自己が使用する電力を発電しなければならない構成に、長期間にわたって飛行、姿勢制御等の電力を再生して、効率的で運転ができる電源設備1を提供することが可能となる。
Therefore, according to the
しかも、上記電源設備1によれば、コンディショナ等の重量物を用いないためシステムの軽量化を図ることができ、制御する構成もシンプル(開閉手段としての継電器のみでの制御となる)となるので、重量および設備費用の増加を抑えて負荷を小さくし、上記飛行船のように長期間滞空する構成において効率改善効果の高い電源設備1を構成することができる。
Moreover, according to the
なお、上記実施形態では、成層圏プラットフォームに用いられる飛行船等に備える電源設備1を例に説明したが、他の用途に用いられる電源設備としても利用することができ、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態における蓄電バスライン11と出力バスライン12を設ける構成も一例であり、他の構成であってもよく、上記実施形態に限定されるものではない。
Moreover, the structure which provides the electrical
さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。 Furthermore, the above-described embodiment shows an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.
本発明に係る再生型燃料電池装置を備えた電源設備は、成層圏などで自らが消費する電力を長期間自給しなければならない飛行船等に利用できる。 The power supply facility equipped with the regenerative fuel cell device according to the present invention can be used for an airship or the like that must self-supplied for a long time in the stratosphere.
1 電源設備
2 太陽電池装置
3 太陽電池パネル
4 再生型燃料電池装置
5 燃料電池
6 再生器(可変容量型)
7 再生器(固定容量型)
8 調整機構
10 電力供給系出力部
11 蓄電バスライン
12 出力バスライン
13 電源制御装置(太陽電池発電状況モニタ)
20 太陽電池接続ライン
21 蓄電ライン
22 出力ライン
34 信号ライン
40 太陽電池装置のI−V特性
41 再生器のI−V特性
42 定格運転点
43 太陽電池装置のI−V特性
46 再生器のI−V特性
50 太陽電池装置のI−V特性
51 再生器のI−V特性
52 定格運転点
53 太陽電池装置のI−V特性
56 再生器のI−V特性
60 太陽電池装置のI−V特性
65 再生器のI−V特性
62 太陽電池装置のI−V特性
66 再生器のI−V特性
70 太陽電池装置のI−V特性
80 太陽電池装置のI−V特性
82 再生器のI−V特性
1 Power supply facilities
2 Solar cell device
3 Solar panel
4 Regenerative fuel cell system
5 Fuel cell
6 Regenerator (variable capacity type)
7 Regenerator (fixed capacity type)
8
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記再生型燃料電池装置は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記再生器の電圧特性を前記太陽電池装置の最大効率点電圧に近づけるように調整する調整機構を備えていることを特徴とする再生型燃料電池装置を備えた電源設備。 A solar cell device including a solar cell panel, a regenerative fuel cell device including a fuel cell and a regenerator, a storage bus line to which the solar cell device and the regenerator are connected, the solar cell device, the fuel cell, and An output bus line to which a power supply system output unit is connected, a state where power generated by the solar cell device is supplied to the power storage bus line, and power generated by the solar cell device is supplied to the output bus line A regenerative fuel cell device having a power supply control device that switches the supply state to any of the supplied states,
The regenerative fuel cell device includes an adjustment mechanism that adjusts the voltage characteristic of the regenerator so as to approach the maximum efficiency point voltage of the solar cell device according to a change in the current-voltage characteristic of the solar cell device. A power supply facility equipped with a regenerative fuel cell device.
前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、前記可変容量型再生器のセル接続数を調整するように構成されている請求項1に記載の再生型燃料電池装置を備えた電源設備。 The regenerator has a variable capacity regenerator having a plurality of cells that change voltage characteristics,
2. The regenerative fuel cell device according to claim 1, wherein the adjustment mechanism is configured to adjust the number of connected cells of the variable capacity regenerator in accordance with a change in current-voltage characteristics of the solar cell device. Power supply equipment with.
前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、
前記固定容量型再生器の接続数を調整するように構成されている請求項1に記載の再生型燃料電池装置を備えた電源設備。 The regenerator has a plurality of fixed capacity regenerators,
According to the change of the current-voltage characteristic of the solar cell device, the adjustment mechanism
The power supply facility comprising the regenerative fuel cell device according to claim 1, configured to adjust the number of connections of the fixed capacity regenerator.
前記調整機構は、前記太陽電池装置の電流−電圧特性の変化に応じて、
前記可変容量型再生器のセル接続数と、前記固定容量型再生器の接続数とを調整するように構成されている請求項1に記載の再生型燃料電池装置を備えた電源設備。 The regenerator includes a variable capacity regenerator having a plurality of cells that change voltage characteristics, and a plurality of fixed capacity regenerators,
According to the change of the current-voltage characteristic of the solar cell device, the adjustment mechanism
The power supply facility comprising the regenerative fuel cell device according to claim 1, configured to adjust the number of cells connected to the variable capacity regenerator and the number of connections of the fixed capacity regenerator.
前記太陽電池パネルを外皮上部の機軸に沿って配設していることを特徴とする飛行船。 An airship equipped with a power supply facility comprising the regenerative fuel cell device according to any one of claims 1 to 4,
An airship characterized in that the solar cell panel is disposed along the axis of the upper skin.
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