JP2015141869A - Power supply system - Google Patents

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全広 山下
Masahiro Yamashita
全広 山下
祥行 勝間
Yoshiyuki Katsuma
祥行 勝間
貴弘 松村
Takahiro Matsumura
貴弘 松村
前田 健作
Kensaku Maeda
健作 前田
北村 幸太
Kota Kitamura
幸太 北村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a portable power supply system and a measurement and observation system that can be continuously driven for a long period of time without being influenced by weather and environment.SOLUTION: A power supply system is configured of a fuel cell 4, a secondary battery 11, and power output means 10 outputting power from these batteries. The fuel cell can charge the secondary battery. The power output means is at least constituted of a DC/DC converter and a DC/AC inverter and outputs power directly, or via the DC/DC converter or the DC/AC inverter. These components are housed in at least one or more housings. A housing 1 at least housing the fuel cell has: one or more air suction ports 2 for taking in air to be supplied to the fuel cell; and an air exhaust port 6 discharging a discharge gas from the fuel cell. At least at a part of the housing, a heat insulation material whose thermal conductivity at 25°C is 0.06 W/m K or less is provided. A fan 7 for cooling the fuel cell or for air circulation in the housing is provided in the housing.

Description

本発明は、天候や周囲環境に左右されず、メンテナンスすることなく長時間の連続駆動が可能な電源システムおよびその筐体である。例えば、温度による路面凍結の監視、地滑り、地震などの監視、周辺環境や状態の監視に必要な計測又は観測システムに用いることができる。 The present invention is a power supply system that can be driven continuously for a long time without being affected by the weather and the surrounding environment without maintenance, and a housing thereof. For example, it can be used for measurement or observation systems necessary for monitoring road surface freezing due to temperature, monitoring of landslides, earthquakes, etc., and monitoring of the surrounding environment and conditions.

これまで、電源システム、特に屋外で独立電源として使用する電源システムの例として二次電池を用いたものが多数提案されている。例えば、可搬式のリチウムイオン電池は多数市販されているが、長期間連続的に使用するためには、二次電池の容量を増やすしかない。特に屋外で計測又は観測システムに使用する例としてCO計測(特許文献1)、温度などの環境計測(特許文献2)、災害の検知(特許文献3)などが挙げられるが、二次電池は一度放電すると充電する必要があるという問題がある。また電池容量に比例して重くなるため、可搬性に乏しいという問題もあった。 Up to now, many power supply systems, particularly those using secondary batteries have been proposed as examples of power supply systems used as an independent power supply outdoors. For example, many portable lithium ion batteries are commercially available, but in order to use them continuously for a long period of time, there is no choice but to increase the capacity of the secondary battery. In particular, CO 2 measurement (Patent Document 1), environmental measurement such as temperature (Patent Document 2), disaster detection (Patent Document 3), etc. can be cited as examples of use in an outdoor measurement or observation system. There is a problem that it is necessary to charge once discharged. Moreover, since it becomes heavy in proportion to battery capacity, there also existed a problem that it was poor in portability.

また、二次電池に電気エネルギーを補給するために、風力発電装置や太陽光発電を組み合わせることも多数提案されているが、自然エネルギーを利用した発電システムであるため、安定的な電源確保が困難であった。 Many proposals have been made to combine wind power generators and solar power generation to replenish secondary batteries with electrical energy, but it is a power generation system that uses natural energy, making it difficult to secure a stable power supply. Met.

そのような問題を解決するために、長期間の電源供給を目的として、例えばリチウムイオン電池とダイレクトメタノール型燃料電池を組み合わせた電源(特許文献4、特許文献5)が紹介されているが、要素技術の検討であり、実際に屋外で電源システムとして使用するところまで検討されたものではなかった。   In order to solve such a problem, for the purpose of supplying power for a long period of time, for example, a power source (Patent Document 4 and Patent Document 5) combining a lithium ion battery and a direct methanol fuel cell has been introduced. It was a study of technology, and it was not considered to be actually used as a power supply system outdoors.

特開2012―83294号公報JP 2012-83294 A 特開2009―89605号公報JP 2009-89605 A 特開2001―283348号公報JP 2001-283348 A 特許第4564940号公報Japanese Patent No. 4564940 特許第4583010号公報Japanese Patent No. 4583010

商用電源に接続されていなくても使用可能で、二次電池の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減し、かつ天候や周囲の環境に左右されることなく長期に連続駆動が可能な、例えば計測又は観測システムに用いることが可能な屋外にも設置できる電源システム、並びに計測又は観測システムを提供する。   It can be used without being connected to a commercial power supply, greatly reduces the frequency of maintenance such as replacement of secondary batteries, and can be continuously driven for a long time without being affected by the weather or surrounding environment. Provided are a power supply system that can be used outdoors for a measurement or observation system, and a measurement or observation system.

上記課題を解決するために、本発明は、次に示す電源システム並びに計測又は監視システムを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following power supply system and measurement or monitoring system.

(1)少なくとも、出力が5〜300Wの範囲である燃料電池と二次電池を含む電源システムであって、該燃料電池は該二次電池を充電可能であり、かつ該燃料電池及び該二次電池から外部への電力供給手段を有し、該手段は、直接、DC/DCコンバーター、及びDC/ACインバーターからなる群より選ばれる1種以上の手段で、該電源システムを構成する燃料電池及び二次電池は、少なくとも1個以上の筐体に収納されており、該筐体は、少なくとも燃料電池が収納される筐体に、燃料電池に供給する空気を取り入れるための1箇所以上の吸気口と、燃料電池からの排ガスを排出する排気口を有すると共に、該筐体の少なくとも一部に、25℃における熱伝導率が0.06W/m・K以下である保温素材を備え、かつ該筐体には、燃料電池及び/又は筐体に設置されたファンによる空冷或いは筐体内の空気循環機構が備えられていることを特徴とする電源システムである。
(2)また前記保温素材は、JIS K6911規格にて規定するA法にて、不燃性、或いは自己消化性、のいずれかに分類される素材であることを特徴とする、(1)に記載の電源システムである。
(3)また前記吸気口は、該電源システムの動作状況に合わせて開閉可能であることを特徴とする(1)乃至(2)のいずれかに記載の電源システムである。
(4)また前記燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池、メタノール改質型燃料電池、又は固体水素利用型燃料電池のいずれかであることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の電源システムである。
(5)一度の燃料交換にて、0.6kWh〜90kWhの電力量を供給可能であることを特徴とする(4)に記載の電源システムである。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の電源システムから供給された電力を用いて作動する計測又は観測システムである。
(1) A power supply system including at least a fuel cell and a secondary battery whose output is in the range of 5 to 300 W, the fuel cell being able to charge the secondary battery, and the fuel cell and the secondary battery A means for supplying electric power from the battery to the outside, and the means is one or more means selected from the group consisting of a DC / DC converter and a DC / AC inverter, and a fuel cell constituting the power supply system; The secondary battery is housed in at least one housing, and the housing has at least one intake port for taking in air supplied to the fuel cell into at least the housing in which the fuel cell is housed. And an exhaust port for discharging exhaust gas from the fuel cell, and at least a part of the casing is provided with a heat insulating material having a thermal conductivity at 25 ° C. of 0.06 W / m · K or less, and the casing A fuel cell and / or housing The power supply system is provided with an air cooling mechanism using a fan installed in the housing or an air circulation mechanism in the housing.
(2) Further, the heat insulating material is a material classified as either non-combustible or self-digestible according to the A method prescribed in JIS K6911 standard. Power system.
(3) The power supply system according to any one of (1) to (2), wherein the intake port can be opened and closed in accordance with an operation state of the power supply system.
(4) The fuel cell may be any one of a direct methanol fuel cell, a methanol reforming fuel cell, or a solid hydrogen-utilizing fuel cell. It is a power supply system of description.
(5) The power supply system according to (4), wherein a power amount of 0.6 kWh to 90 kWh can be supplied by a single fuel change.
(6) A measurement or observation system that operates using the power supplied from the power supply system according to any one of (1) to (5).

本発明の電源システムは、屋外で電源として使用する際に長期に連続駆動が可能であるため、商用電源に接続されていなくても使用可能で、二次電池や燃料の交換などのメンテナンスの頻度を大幅に低減した状態で電源を確保できる。それゆえ計測又は観測システムとした際の安定性を向上することができる。また可搬型にすることも可能であるという特徴を持つ。 Since the power supply system of the present invention can be continuously driven for a long time when used as a power supply outdoors, it can be used without being connected to a commercial power supply, and the frequency of maintenance such as replacement of a secondary battery or fuel is also possible. It is possible to secure a power supply in a state where the power consumption is greatly reduced. Therefore, the stability in the measurement or observation system can be improved. Moreover, it has the characteristic that it can also be made portable.

本発明の電源システムの構成例である。It is a structural example of the power supply system of this invention. 本発明の電源システムの構成例である。It is a structural example of the power supply system of this invention. 本発明の燃料電池の模式図である。It is a schematic diagram of the fuel cell of this invention. 本発明の電源システムにおける計測または観測システムへの電気的接続に関する例である。It is an example regarding the electrical connection to the measurement or observation system in the power supply system of this invention.

電源として商用電源が幅広く利用されているが、場所によっては商用電源の使用が困難という問題がある。そのような商用電源への接続が困難である場合に、電力供給手段として独立電源が求められるが、例えば二次電池によるものは、特に可搬タイプの場合、持ち運べる重量に制限があるため、供給できる電力は僅かである。一方、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーを利用した電源と二次電池を組み合わせた電源システムはすでに提案されているが、太陽電池や風力発電は、積雪や降雨などの天候不順、及び周囲環境によって日照時間が減少、或いは風の強弱などにより、発電量もそれに応じて変動してしまう問題があり、両者を組み合わせた電源システムは、安定性に問題があった。   Commercial power is widely used as a power source, but there is a problem that it is difficult to use the commercial power in some places. When it is difficult to connect to such a commercial power source, an independent power source is required as a power supply means. Little power is available. On the other hand, a power supply system that combines a secondary battery with a power source using natural energy such as solar cells and wind power generation has already been proposed, but solar cells and wind power generation are not suitable for bad weather such as snow and rain, and the surrounding environment. As a result, there is a problem that the amount of power generation fluctuates accordingly due to a decrease in sunshine hours or the strength of the wind, and the power supply system combining the two has a problem in stability.

また、その他の独立電源として、例えば燃料電池と蓄電池を組み合わせた電源も検討されているが、要素技術を検討したものであり、特に天候や気温の変化が大きな過酷な使用環境下での使用を考えて検討されている例はほとんどない。例えば冬季の高山、北海道などでは、気温がマイナス30〜40℃となることもある一方、温暖な地域にて夏場に40℃を超えることも珍しくない。 As another independent power source, for example, a power source that combines a fuel cell and a storage battery is also being studied, but elemental technology has been studied, especially for use in harsh usage environments where changes in weather and temperature are large. There are few examples that have been considered. For example, in Takayama in winter, Hokkaido, etc., the temperature may be minus 30 to 40 ° C., but it is not uncommon to exceed 40 ° C. in the summer in a warm area.

本発明における電源システムは、実際に過酷な屋外での使用を踏まえた燃料電池と二次電池を組み合わせた電源システムに関するものであり、また電源システムを備えた計測及び観測システムである。 The power supply system in the present invention relates to a power supply system in which a fuel cell and a secondary battery are combined based on actually severe outdoor use, and is a measurement and observation system provided with the power supply system.

本発明は、少なくとも、出力が5〜300Wの範囲である燃料電池と二次電池を含む構成からなる電源システムであり、かつ該燃料電池は該二次電池を充電可能であり、かつ該燃料電池と該二次電池は電気的に並列に接続されてなり、かつ該燃料電池及び該二次電池から外部への電力供給手段を有し、該手段は、直接、DC/DCコンバーター、DC/ACインバーターからなる群より選ばれる1種以上の手段で、該電源システムを構成する燃料電池及び二次電池は、少なくとも1個以上の筐体に収納されており、該筐体は、少なくとも燃料電池が収納される筐体に、燃料電池に供給する空気を取り入れるための1箇所以上の吸気口と、燃料電池からの排ガスを排出する排気口を有すると共に、該筐体の少なくとも一部に、25℃における熱伝導率が0.06W/m・K以下である保温素材を備え、かつ該筐体には、燃料電池及び/又は筐体に設置されたファンによる空冷或いは筐体内の空気循環機構が備えられていることを特徴とする電源システムである。 The present invention is a power supply system including a configuration including at least a fuel cell and a secondary battery whose output is in the range of 5 to 300 W, and the fuel cell is capable of charging the secondary battery, and the fuel cell. And the secondary battery are electrically connected in parallel and have means for supplying power from the fuel cell and the secondary battery to the outside, the means being directly connected to a DC / DC converter, DC / AC The fuel cell and the secondary battery constituting the power supply system are housed in at least one casing by one or more means selected from the group consisting of inverters, and the casing includes at least the fuel cell. The housing to be housed has one or more intake ports for taking in air to be supplied to the fuel cell, and an exhaust port for exhausting exhaust gas from the fuel cell. Heat transfer in A heat insulating material having a conductivity of 0.06 W / m · K or less is provided, and the case is provided with a fuel cell and / or an air cooling mechanism by a fan installed in the case or an air circulation mechanism in the case. It is the power supply system characterized by having.

燃料電池は、電解質としてプロトン伝導性のイオン交換膜を用い、その表面に触媒電極微粒子とガス拡散電極が直接接合されており、このイオン交換膜−電極接合体のアノード側に水素ガスやメタノールなど化石燃料を供給し、カソード側に酸素を含むガス、例えば酸素や空気を供給することで、触媒作用により電気と熱を取り出せる化学反応を使った発電システムである。化学反応による発電のため、内燃機関と異なり、カルノーサイクルに支配されない、高効率発電が可能である。内燃機関による発電の場合、騒音がうるさく、また排ガスに一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの有害物質が多量に混入する可能性があるので、電源システムには適さない。 A fuel cell uses a proton-conducting ion exchange membrane as an electrolyte, and catalyst electrode fine particles and a gas diffusion electrode are directly joined to the surface thereof, and hydrogen gas, methanol, etc. are provided on the anode side of the ion exchange membrane-electrode assembly. This is a power generation system that uses a chemical reaction that can extract electricity and heat by catalysis by supplying fossil fuel and supplying oxygen-containing gas such as oxygen or air to the cathode side. Due to the chemical power generation, unlike the internal combustion engine, high-efficiency power generation that is not controlled by the Carnot cycle is possible. In the case of power generation by an internal combustion engine, noise is noisy and there is a possibility that a large amount of harmful substances such as carbon monoxide, nitrogen oxides and sulfur oxides are mixed in the exhaust gas, which is not suitable for the power supply system.

燃料電池の一般的な概念図を図3に示し、これを元に説明すると、少なくとも燃料電池は、前述のイオン交換膜−電極接合体と、アノードに接する面に燃料を供給するための燃料流路と、カソードに接する面に酸化剤を供給するための酸化剤流路とを形成したセパレータと、を有する単セル、或いは複数の単セルを積層したスタック(24)と、単セル或いはスタックの燃料入り口に液体燃料を供給する燃料供給機構(25)と、単セル或いはスタックの酸化剤入り口に主に空気からなる酸化剤を供給する酸化剤供給機構(26)と、単セル或いはスタックから排出される排ガスを外部に排出する機構(28)、さらに単セル或いはスタックから生じる直流電流(29)を制御機構(27)を介し、外部に出力(30)する機構と、これらを収納する収納機構(31)とからなり、また、温度も含めてこれら機構を制御する機構を有するものである。燃料電池を表現する際、前記単セルやスタックを燃料電池として示すことも多いが、本発明における燃料電池とは、図3の概念図に示される燃料電池への燃料や酸化剤の供給や制御を含む機構や温度制御が含まれた燃料電池システムのことである。ここで燃料供給機構には、燃料タンクからの燃料供給を含み、燃料タンク自体は、前記収容機構内部にあっても外部にあっても好ましいものである。 A general conceptual diagram of a fuel cell is shown in FIG. 3 and will be described based on this. At least the fuel cell has a fuel flow for supplying fuel to the surface in contact with the aforementioned ion exchange membrane-electrode assembly and the anode. A single cell, or a stack (24) in which a plurality of single cells are stacked, and a single cell or stack A fuel supply mechanism (25) for supplying liquid fuel to the fuel inlet, an oxidant supply mechanism (26) for supplying an oxidizer mainly composed of air to the oxidant inlet of the single cell or stack, and an exhaust from the single cell or stack A mechanism (28) for discharging exhaust gas to be discharged to the outside, a mechanism for outputting (30) a direct current (29) generated from a single cell or stack to the outside via a control mechanism (27), and Becomes because the pay housing mechanism (31), also those having a mechanism for controlling the mechanism temperatures including. When expressing a fuel cell, the single cell or stack is often shown as a fuel cell, but the fuel cell in the present invention is the supply and control of fuel and oxidant to the fuel cell shown in the conceptual diagram of FIG. A fuel cell system including a mechanism including temperature control and temperature control. Here, the fuel supply mechanism includes fuel supply from the fuel tank, and the fuel tank itself is preferable whether it is inside or outside the housing mechanism.

本発明においては、前記燃料電池は二次電池と電気的に接続され、燃料電池で発電した電力を二次電池に充電できることを特徴とする。 In the present invention, the fuel cell is electrically connected to a secondary battery, and the secondary battery can be charged with electric power generated by the fuel cell.

燃料電池の出力としては、5Wから300Wの範囲が好ましく、さらに好ましくは20W〜250Wの範囲であり、さらに好ましくは25W〜200Wの範囲である。出力が5Wに満たない場合、電力供給量が不足する可能性がある。一方300Wを越える場合は、消費燃料が多く、かつ重量も増加するので、屋外で使用する電源システムには向かない傾向にある。 The output of the fuel cell is preferably in the range of 5 W to 300 W, more preferably in the range of 20 W to 250 W, and still more preferably in the range of 25 W to 200 W. When the output is less than 5 W, the power supply amount may be insufficient. On the other hand, when the power exceeds 300 W, the fuel consumption increases and the weight also increases, so that it tends not to be suitable for a power supply system used outdoors.

本発明においては、燃料電池の起動には電力を使用するため、電気的に接続した二次電池から、燃料電池の起動時に二次電池に蓄えられた電力を使用できる構成が好ましい。また燃料電池起動後は、燃料電池から二次電池に電力供給して充電することが可能となる構成が好ましい。その場合、燃料電池は二次電池の状態を常にモニタリングすることで、二次電池の充電状態を監視し、二次電池の充電状態が常に任意に設定した範囲内となるよう、燃料電池の起動停止を行うことが好ましい構成である。 In the present invention, since electric power is used for starting the fuel cell, it is preferable that the electric power stored in the secondary battery at the time of starting the fuel cell can be used from the electrically connected secondary battery. Further, it is preferable that the fuel cell can be charged by supplying power from the fuel cell to the secondary battery after the fuel cell is started. In that case, the fuel cell always monitors the state of the secondary battery to monitor the state of charge of the secondary battery and start the fuel cell so that the state of charge of the secondary battery is always within the arbitrarily set range. It is a preferred configuration to stop.

二次電池のみからなる可搬型電源システムでは、二次電池の容量がなくなると全く使えなくなる問題があったが、燃料電池と接続することで、二次電池への充電が可能となり、一定の範囲の充電状態に二次電池を管理できるため、長期間電力を供給することができ、可搬型電源システムの動作時間を長くすることができ、ひいてはより安定性の高いシステムを提供することができる。 In portable power systems consisting only of secondary batteries, there was a problem that they could not be used at all when the capacity of the secondary battery was exhausted. Since the secondary battery can be managed in the state of charge, power can be supplied for a long period of time, the operation time of the portable power supply system can be lengthened, and as a result, a more stable system can be provided.

燃料電池と連結する二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池、などが好適な例として挙げられる。特に好ましくは、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池あるいはリチウムイオン電池である。鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池は信頼性の高い電池であり、本発明の屋外用の電源システムにおいて信頼性の高いものを提供することに有効である。リチウムイオン電池は小型化が可能なため、持ち運びに優れるといったメリットを提供することができる。また、二次電池としては、繰返し充放電に耐久性があるものが好ましく、温度特性も考慮すると、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池が好ましく、特に本発明に好ましい二次電池は鉛蓄電池、中でもディープサイクルタイプの鉛蓄電池である。 Preferred examples of the secondary battery connected to the fuel cell include a lead storage battery, a nickel hydride battery, a nickel cadmium battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and a vanadium battery. Particularly preferred are lead storage batteries, nickel cadmium batteries, and lithium ion batteries. Lead storage batteries and nickel cadmium batteries are highly reliable batteries, and are effective in providing highly reliable batteries for the outdoor power supply system of the present invention. Since a lithium ion battery can be reduced in size, it can provide a merit that it is easy to carry. In addition, as the secondary battery, those having durability against repeated charge and discharge are preferable, and in consideration of temperature characteristics, a lead storage battery and a nickel cadmium battery are preferable, and the secondary battery particularly preferable for the present invention is a lead storage battery, particularly a deep cycle. This is a type of lead acid battery.

前記二次電池の容量としては、用途に応じて適宜選択可能であるが、20時間率容量として5Ah〜250Ahのものを使用することが好ましい傾向にある。特に好ましくは、10Ah〜150Ahである。5Ah以下であると、電池の容量が不足する傾向にあり、250Ahを越えると重くなりすぎる傾向にある。一例として、45Wの場合10Ah〜100Ah、110Wの場合50Ah〜200Ah、が一つの目安である。燃料電池の出力に対して二次電池の容量が小さすぎると直ぐに充電が完了し、燃料電池の起動停止の頻度が高くなるため好ましくなく、大きすぎると満充電に至らず必要以上に燃料を消費する傾向にある。 The capacity of the secondary battery can be appropriately selected according to the application, but it tends to be preferable to use a battery with a 20 hour rate capacity of 5 Ah to 250 Ah. Particularly preferred is 10 Ah to 150 Ah. If it is 5 Ah or less, the battery capacity tends to be insufficient, and if it exceeds 250 Ah, it tends to be too heavy. As an example, 10 Ah to 100 Ah in the case of 45 W and 50 Ah to 200 Ah in the case of 110 W are one standard. If the capacity of the secondary battery is too small relative to the output of the fuel cell, charging will be completed immediately, and the frequency of starting and stopping the fuel cell will increase. Tend to.

従って燃料電池を二次電池と組合せ、二次電池を電力バッファとして用い、二次電池の充電状態の変化や稼動条件の変化をモニタリングしながら、燃料電池を運転することは本発明の電源システムとして好ましい様態である。例えば二次電池の電圧が降下して下限設定値A以下になった場合に前記燃料電池による発電によって二次電池への充電を行い、また前記二次電池の電圧が上昇して上限設定値B以上になった場合に前記燃料電池による発電を停止し二次電池への充電を停止する機構を有することで、二次電池を常に設定範囲の充電状態を保つことが可能となり、かつ、不必要に燃料電池を動かす必要がなくなるため、必要最小限の燃料消費で運転することが可能となる。そのため燃料を有効に使うことが可能となり、長時間電気を供給することができる。よって常時安定的に、信頼性の高い電源として動作させることが可能である。 Therefore, combining the fuel cell with the secondary battery, using the secondary battery as a power buffer, and operating the fuel cell while monitoring changes in the charging state and operating conditions of the secondary battery is a power system of the present invention. This is a preferred mode. For example, when the voltage of the secondary battery drops and becomes lower than the lower limit set value A, the secondary battery is charged by power generation by the fuel cell, and the voltage of the secondary battery rises to increase the upper limit set value B. By having a mechanism that stops the power generation by the fuel cell and stops charging the secondary battery when it becomes above, it becomes possible to always keep the secondary battery in the set range charged state, and is unnecessary Therefore, it is possible to operate with the minimum amount of fuel consumption. Therefore, fuel can be used effectively, and electricity can be supplied for a long time. Therefore, it is possible to operate as a highly reliable power source stably at all times.

また前記下限設定値A及び上限設定値Bがいずれも変更可能であることで、二次電池の状態に適した運転が可能となる。鉛蓄電池における目安としては、−20℃の場合、下限設定値Aは10.5〜13.0V、上限設置値Bは13.5〜14.7Vの範囲である。また20℃の場合、下限設定値Aは、10.5〜12.3V、上限設定値Bは、13.0V〜14.3Vの範囲である。 In addition, since both the lower limit set value A and the upper limit set value B can be changed, an operation suitable for the state of the secondary battery is possible. As a guideline for a lead storage battery, in the case of −20 ° C., the lower limit set value A is in the range of 10.5 to 13.0V, and the upper limit installation value B is in the range of 13.5 to 14.7V. In the case of 20 ° C., the lower limit set value A is in the range of 10.5 to 12.3V, and the upper limit set value B is in the range of 13.0V to 14.3V.

また、燃料電池及び二次電池から外部への電力供給手段を有し、その手段は、直接或いはDC/DCインバーター或いはDC/ACインバーターの少なくとも一つ以上の手段を介して外部に電気を供給する仕組みであることが必要である。DC/DCインバーター或いはDC/ACインバーターの種類は任意のものを選ぶことができる。好ましいDC/DCインバーター或いはDC/ACインバーターは、出力10W〜350Wの範囲のDC/DCインバーター或いはDC/ACインバーターである。出力が10W未満であると電源として出力が足りない傾向にあり、350Wを越えるようなDC/DCインバーター或いはDC/ACインバーターは、待機電力が大きく、燃料消費速度が速く、かつ筐体内部への放熱も大きいため好ましくない。なおDC/ACインバーターのAC出力としては正弦波のでるものが特に好ましい傾向にあるが、制限されるものではない。例えば図4に構成の模式図を示すが、燃料電池(32)のプラス極およびマイナス極は、それぞれ二次電池(33)のプラス極とマイナス極に電線を通じて接続されており、またそれぞれが、外部への電力供給手段(34)に接続されており、各種計測または監視システム(35)に接続されている構成は好ましい形態である。 Further, it has power supply means to the outside from the fuel cell and the secondary battery, and the means supplies electricity to the outside directly or through at least one means of a DC / DC inverter or a DC / AC inverter. It needs to be a mechanism. Any type of DC / DC inverter or DC / AC inverter can be selected. A preferred DC / DC inverter or DC / AC inverter is a DC / DC inverter or DC / AC inverter with an output in the range of 10 W to 350 W. If the output is less than 10 W, the output tends to be insufficient as a power source. A DC / DC inverter or DC / AC inverter exceeding 350 W has a large standby power, a high fuel consumption speed, and a high power consumption. Since heat dissipation is also large, it is not preferable. Note that a sine wave output tends to be particularly preferable as the AC output of the DC / AC inverter, but it is not limited. For example, FIG. 4 shows a schematic diagram of the configuration. The positive electrode and the negative electrode of the fuel cell (32) are connected to the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery (33) through electric wires, respectively. The configuration connected to the external power supply means (34) and connected to the various measurement or monitoring systems (35) is a preferred mode.

本発明において燃料電池および二次電池は一つ以上の筐体に収納されていることを特徴とする。電源システムを屋外で使う場合には、風雨等の環境にさらされるため、筐体内に設置することが好ましい。なお、筐体は設置場所による制限を減らすため、運搬を容易にする目的で、筐体は運搬補助機構を持つことが好ましい。なお重量の制限を減らすために、二つ以上の筐体に分けて運搬できるようにすることは好ましい構成である。各筐体の重量は特に制限を受けるものではないが、山間部などへの運搬を考慮すると各100kg以下であることが好ましい。重量が100kgを越える場合、電源システムとして持ち運びが困難となる傾向にある。より好ましくは40kg以下であり、さらに好ましくは25kg以下である。 In the present invention, the fuel cell and the secondary battery are housed in one or more casings. When the power supply system is used outdoors, it is preferably installed in a housing because it is exposed to an environment such as wind and rain. Note that the housing preferably has a transportation assist mechanism for the purpose of facilitating transportation in order to reduce restrictions on the installation location. In order to reduce the weight limit, it is a preferable configuration that the vehicle can be transported in two or more cases. The weight of each housing is not particularly limited, but is preferably 100 kg or less in consideration of transportation to a mountainous area or the like. When the weight exceeds 100 kg, it tends to be difficult to carry as a power supply system. More preferably, it is 40 kg or less, More preferably, it is 25 kg or less.

運搬補助機構の例としては、筐体には取っ手のように手で保持したり、あるいは例えばリュックのように肩や背中に提げることが可能なよう輪っか状など持ち運びが簡易となる何らかの凹凸構造を有するなどは持つことが好ましい例である。また、キャリーケースのよう車輪や、収納式の持ち手があっても良い。また台車等の運搬用器具への固定を補助する構成であっても良い。 As an example of the transport assist mechanism, the casing has some uneven structure that is easy to carry, such as a ring shape that can be held by hand like a handle or can be hung on the shoulder or back like a backpack. It is a preferable example to have. Moreover, there may be a wheel like a carry case or a retractable handle. Moreover, the structure which assists fixation to tools for conveyance, such as a trolley | bogie, may be sufficient.

寒冷地や高温環境においても、良好に動作する電源システムを構築するためには、外部から受ける温度の影響を最小限に抑える設計が必要である。その目的で、本発明の電源システムにおいては、燃料電池が収納される筐体には、少なくとも燃料電池に供給する空気を取り入れるための1箇所以上の吸気口有すると共に、筐体の少なくとも一部に、25℃における熱伝導率が0.06W/m・K以下である保温素材を備え、かつ該筐体には、燃料電池及び/或いは筐体に設置されたファンによる空冷或いは筐体内空気循環機構が備えられている。 In order to construct a power supply system that operates well even in cold regions and high-temperature environments, a design that minimizes the influence of external temperature is required. For this purpose, in the power supply system of the present invention, the housing in which the fuel cell is housed has at least one intake port for taking in air supplied to the fuel cell, and at least a part of the housing. , Provided with a heat insulating material having a thermal conductivity of 0.06 W / m · K or less at 25 ° C., and the casing is air-cooled by a fuel cell and / or a fan installed in the casing or an air circulation mechanism in the casing Is provided.

前述のように燃料電池は発電時に電気と熱を発生する反応であり、寒冷地での使用に際しては、発生する熱を筐体内温度の保温に利用することができる。この場合、筐体には、燃料電池反応を促進するために必要な空気取り入れ口となる吸気口を有し、かつ発生した熱を筐体内部に留めるために、筐体の一部には、熱伝導率が0.06W/m・K以下の保温素材を備えており、保温されていることが好ましい。より好ましい熱伝導率は0.04W/m・K以下である。熱伝導率が0.06W/m・Kよりも大きいと保温が十分でなく、外気の影響を受けやすくなる傾向にある。また保温素材は、筐体表面積の50%以上をカバーすることが好ましく、より好ましくは80%以上である。50%未満の場合、保温性が低下する傾向にあり、外気の影響を受けやすくなるため、好ましいとはいえない。一方、夏場の高温環境下においても太陽光の影響で筐体内が高温となるため、同様に保温素材でカバーされていることが好ましい。この場合も同様に保温素材の熱伝導率は0.06W/m・K以下であることが好ましく、より好ましくは0.04W/m・K以下である。また筐体における被覆率も50%以上が好ましく、最適には80%以上である。このように保温素材により、幅広い環境下で良好に動作可能な電源システムとすることができる。また保温素材の厚みとしては、0.3cm〜10cmの範囲にあることが好ましい。厚みが0.3cm未満であると、筐体内部の温度が低下しやすい傾向にあり、一方10cmよりも厚いと電源システムとしての大きくなるため、可搬性が低下する傾向にある。より好ましくは0・8cm〜5cmである。 As described above, the fuel cell is a reaction that generates electricity and heat during power generation. When used in a cold region, the generated heat can be used to keep the temperature inside the casing. In this case, the housing has an air inlet serving as an air intake necessary for promoting the fuel cell reaction, and in order to keep the generated heat inside the housing, It is preferable that a thermal insulation material having a thermal conductivity of 0.06 W / m · K or less is provided and kept thermal. A more preferable thermal conductivity is 0.04 W / m · K or less. When the thermal conductivity is larger than 0.06 W / m · K, the heat insulation is not sufficient, and it tends to be easily affected by the outside air. Further, the heat insulating material preferably covers 50% or more of the surface area of the housing, and more preferably 80% or more. If it is less than 50%, the heat retaining property tends to be lowered, and it is easily affected by the outside air. On the other hand, since the inside of the housing becomes hot under the influence of sunlight even in a high temperature environment in summer, it is preferably covered with a heat insulating material in the same manner. In this case as well, the thermal conductivity of the heat retaining material is preferably 0.06 W / m · K or less, more preferably 0.04 W / m · K or less. Further, the coverage in the housing is preferably 50% or more, and optimally 80% or more. As described above, the heat insulating material can provide a power supply system that can operate satisfactorily in a wide range of environments. The thickness of the heat retaining material is preferably in the range of 0.3 cm to 10 cm. If the thickness is less than 0.3 cm, the temperature inside the housing tends to decrease, whereas if it is thicker than 10 cm, the power supply system becomes large, and portability tends to decrease. More preferably, it is 0.8 cm-5 cm.

燃料電池反応によって発生する熱は、極寒地などで使用する場合は、熱を筐体内に留めるために、燃料電池及び/或いは筐体に設置したファンにより、筐体内で空気を循環することが好ましい。それにより、筐体内温度をより均一に保つことが可能となり、燃料電池を含む筐体内部の機器を守ることも可能である。 The heat generated by the fuel cell reaction is preferably circulated in the housing by a fuel cell and / or a fan installed in the housing in order to keep the heat in the housing when used in an extremely cold region. . As a result, the temperature inside the casing can be kept more uniform, and the equipment inside the casing including the fuel cell can be protected.

一方、高温環境下で使用する場合は、燃料電池及び/或いは筐体に設置したファンにより、熱を外部に逃がすなど、空冷することが好ましい。外気温により、筐体内で空気を循環する機構と空冷する機構を切り替える運転方法は、好ましい手法であり、例えば温度センサーと連動させることで自動的に切り替える方式や、季節・設置場所によって手動で切り替える方式も好ましいものである。 On the other hand, when used in a high-temperature environment, it is preferable to cool by air, for example, to release heat to the outside by a fan installed in the fuel cell and / or the housing. An operation method that switches between a mechanism that circulates air in the housing and a mechanism that cools air according to the outside air temperature is a preferable method. For example, it can be switched automatically by linking with a temperature sensor, or manually depending on the season and installation location. The system is also preferable.

保温素材としては、グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、ポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームは好ましい例である。 As the heat retaining material, glass wool, rock wool, cellulose fiber, polystyrene foam, urethane foam, polyethylene foam, and phenol foam are preferable examples.

ここでグラスウールとは、ガラス成分を高温で溶解し、細かい繊維状にした素材であり、高温多湿な状況でも劣化しにくく、吸音性にも優れる傾向がある。ロックウールとは、玄武岩、鉄鋼スラグなどを溶かし細い繊維状に加工したものであり、繊維の隙間に大量の動きにくい空気を含むことにより保温性を発揮する。セルロースファイバーは、パルプ類を綿状に粉砕し、品質改良剤を添加したもので、繊維の中にある空気泡により保温性を発揮する。また、木質繊維のため素材そのものが湿気を吸収・放出することから結露が起きにくいという特徴もある。スチレンフォームは、ポリスチレン樹脂に発泡剤と難燃剤を加えてビーズ状にしたものを蒸気で発泡させる、或いはポリスチレン樹脂、発泡剤、難燃剤を混ぜ合わせ、発泡しながら押し出して成形したものである。細かい気泡から構成される。軽量、水に強い、などの特徴もある。ウレタンフォームは、ポリイソシアネートとポリオールを主原料に、発泡剤や難燃剤などを混ぜて生成するもので、気泡に含まれる極めて小さなガスにより保温する。ポリエチレンフォームは、主な原料としてポリエチレン樹脂を用い、発泡剤を加えて発泡させたもので、柔軟性が高く、防水性もあるといった特徴がある。フェノールフォームは、フェノール樹脂に発泡剤、硬化剤などを加えて形成したもので、経年劣化しにくいといった特徴もある。特に好ましくは、ポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームであり、軽量であるため、電源システムの取扱が容易になる。 Here, glass wool is a material in which a glass component is melted at a high temperature to form a fine fiber, is not easily deteriorated even in a high temperature and high humidity condition, and tends to be excellent in sound absorption. Rock wool is made by melting basalt, steel slag, etc. into thin fibers, and exerts heat retaining properties by containing a large amount of air that does not move easily in the gaps between the fibers. Cellulose fiber is obtained by pulverizing pulp into cotton and adding a quality improver, and exhibits heat retention by air bubbles in the fiber. Another feature is that the material itself absorbs and releases moisture because it is made of wood fiber, so that condensation is unlikely to occur. Styrene foam is formed by adding a foaming agent and a flame retardant to polystyrene resin to form beads, and foaming with steam, or mixing polystyrene resin, foaming agent and flame retardant, and extruding while foaming. Consists of fine bubbles. It also has features such as light weight and water resistance. Urethane foam is produced by mixing polyisocyanate and polyol as main raw materials with a foaming agent, a flame retardant, etc., and retains heat with an extremely small gas contained in bubbles. Polyethylene foam is made of a polyethylene resin as a main raw material and foamed by adding a foaming agent, and is characterized by high flexibility and waterproofness. Phenol foam is formed by adding a foaming agent, a curing agent, and the like to a phenol resin, and has a feature that it hardly deteriorates over time. Particularly preferred are polystyrene foam, urethane foam, polyethylene foam, and phenol foam, and they are lightweight, so that the power supply system can be handled easily.

また、前記保温素材はJIS K6911規格にて規定するA法にて、不燃性、自己消化性、のいずれかに分類される素材であることが好ましい。燃料として用いる水素ガス或いはメタノールに起因する火災(例えば山火事からの延焼)等を抑制できる効果を持たせることができる。 Further, it is preferable that the heat retaining material is a material classified into any one of nonflammability and self-digestibility according to the A method defined in JIS K6911 standard. It is possible to have an effect of suppressing a fire caused by hydrogen gas or methanol used as fuel (for example, fire spread from forest fire).

不燃性とは、継続して燃焼しない性質であり、JIS K6911にて規定するA法では、長さ127mm、幅及び厚み12.7mmの試験片に30秒間炎を当て、炎を取り去った後に試験片の燃焼が180秒以内に消え、かつ燃焼した長さが25mm以下の場合に不燃性を持つと定められる。自己消化性とは炎にさらされる間は燃えるが、炎から話せば消化する性質で、JIS K6911にて規定するA法では、炎を取り去った後に試験片の燃焼が180秒以内に消え、かつ燃焼した長さが25mm以上100mm以下の場合に自己消化性を持つと定める。 Nonflammability is a property that does not continue to burn. According to Method A defined in JIS K6911, a test piece having a length of 127 mm, a width and a thickness of 12.7 mm is applied to a test piece for 30 seconds, and the test piece is removed after removing the flame. It is determined to have nonflammability when the combustion of the gas disappears within 180 seconds and the burned length is 25 mm or less. Self-extinguishing is a property that burns while exposed to flame, but digests when speaking from the flame. According to method A stipulated in JIS K6911, the test piece burns off within 180 seconds after the flame is removed, and It is defined as having self-digestibility when the burned length is 25 mm or more and 100 mm or less.

保温の効果を高める目的で、筐体に設置された吸気口は、電源システムの動作状況に合わせて開閉可能であることも好ましい。冬季に燃料電池が停止している際は閉じることによって、外気の筐体内への浸入を抑えることが可能であるため保温効果が高い。また夏期、燃料電池及び/或いは筐体に設置したファンにより筐体内部を換気する際は、開けることによって換気を効率的に行うこともできる。開閉を自動的に行わせるために、例えば、燃料電池あるいはファンが動作時などに、筐体内部の気圧が未動作時よりも低下する際のみ外気を吸い込む開閉弁を使用するのは好ましい例である。 For the purpose of enhancing the effect of heat insulation, it is also preferable that the intake port installed in the housing can be opened and closed in accordance with the operation status of the power supply system. When the fuel cell is stopped in the winter, it is possible to suppress the intrusion of outside air into the housing by closing the fuel cell. Further, in the summer, when the inside of the casing is ventilated by the fuel cell and / or the fan installed in the casing, the ventilation can be efficiently performed by opening the casing. In order to automatically open and close, it is a preferable example to use an on-off valve that sucks in outside air only when the pressure inside the housing is lower than when the fuel cell or fan is operating, for example, when it is not operating. is there.

例えば、下記のような開閉状態は好ましい一例である。
燃料電池 ファン 吸気口
ON ON(換気) 開
OFF ON(換気) 開
ON OFF 開
OFF OFF 閉
ON ON(循環) 開
OFF ON(循環) 閉
For example, the following open / closed state is a preferred example.
Fuel cell fan Inlet
ON ON (Ventilation) Open
OFF ON (Ventilation) Open
ON OFF Open
OFF OFF Close
ON ON (circulation) Open
OFF ON (Circulation) Closed

本発明における燃料電池としては、限定されるものではないが、特に燃料にはメタノールを用いることが好ましい。積雪時の寒冷な環境でも凍結せず、取扱性に優れることに加え、高エネルギー密度のため、長期間駆動する場合良好な燃料といえる。従って燃料電池としては、ダイレクトメタノール型燃料電池、或いはメタノール改質型燃料電池が好ましい。ここでいうダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノール或いは希釈したメタノールを燃料電池に供給することで動作する燃料電池であり、メタノール改質型燃料電池は、メタノールを一旦改質器を経由させることで少なくとも水素を取り出し、その水素を燃料電池に供給することで動作する燃料電池のことである。また、固体水素利用型燃料電池も好ましい例である。固体水素利用型燃料電池とは、アルミニウム、水素化アルミニウム、水素化カルシウムなどと水分との化学反応で水素を発生し、その水素を燃料として動作させる燃料電池のことである。固体燃料のため、保管が容易であり、必要に応じて水を加えることで燃料を発生できるメリットがある。 The fuel cell in the present invention is not limited, but it is particularly preferable to use methanol as the fuel. In addition to being freezing even in a cold environment during snowfall, it is excellent in handleability, and because of its high energy density, it can be said to be a good fuel when driven for a long time. Therefore, a direct methanol fuel cell or a methanol reformed fuel cell is preferable as the fuel cell. The direct methanol fuel cell referred to here is a fuel cell that operates by supplying methanol or diluted methanol to the fuel cell, and the methanol reformed fuel cell is configured to at least pass methanol once through a reformer. It is a fuel cell that operates by taking out hydrogen and supplying the hydrogen to the fuel cell. A solid hydrogen-based fuel cell is also a preferred example. The solid hydrogen-based fuel cell is a fuel cell that generates hydrogen by a chemical reaction between aluminum, aluminum hydride, calcium hydride, and the like and moisture and operates using the hydrogen as fuel. Since it is a solid fuel, it is easy to store, and there is a merit that fuel can be generated by adding water as required.

発電可能な電力は、いずれも燃料量に比例するため、運転したい期間に併せて燃料タンクの大きさを変えることができる。燃料としてメタノールを用いる場合、燃料タンク内の燃料は50〜99.5%の範囲の濃度のメタノール水溶液であることが好ましい。例えば濃度50%である場合、備蓄量などに規制がないため取り扱いに優れるという長所がある。一方で高濃度になるほど長時間使用可能となる長所がある。より好ましくは90%〜99.5%の範囲である。 Since the power that can be generated is proportional to the amount of fuel, the size of the fuel tank can be changed according to the period of operation. When methanol is used as the fuel, the fuel in the fuel tank is preferably an aqueous methanol solution having a concentration in the range of 50 to 99.5%. For example, when the concentration is 50%, there is an advantage that it is excellent in handling because there is no restriction on the amount of stockpile. On the other hand, there is an advantage that it can be used for a longer time as the concentration becomes higher. More preferably, it is in the range of 90% to 99.5%.

特にダイレクトメタノール型燃料電池としては、前記高濃度燃料を取り込んだ後、燃料電池本体にて、希釈後、燃料電池スタックに希釈メタノールが供給される構成が好ましい。高濃度のメタノールが燃料電池スタックに流れ込むと、出力低下に繋がる可能性があるため、希釈メタノールの濃度は、0.3%〜10%の範囲であることが特に好ましい。 In particular, the direct methanol fuel cell preferably has a configuration in which diluted methanol is supplied to the fuel cell stack after the high-concentration fuel is taken in and then diluted in the fuel cell body. If high-concentration methanol flows into the fuel cell stack, it may lead to a decrease in output, so the concentration of diluted methanol is particularly preferably in the range of 0.3% to 10%.

また燃料量としては、1回の燃料交換にて、0.6kWh〜90kWhの電力量を供給可能であることが好ましい。電源システムの効率によるが、メタノールとして1L〜80Lが目安である。1回の燃料交換にて供給可能な電力量が0.6kWhよりも小さいと、燃料交換頻度が高く、メンテナンスが煩雑となる傾向にあり、90kWhよりも大きいと燃料が重く交換が難しくなる傾向にある。 Further, as the fuel amount, it is preferable that an electric power amount of 0.6 kWh to 90 kWh can be supplied by one fuel change. Depending on the efficiency of the power supply system, 1 L to 80 L is a standard for methanol. If the amount of power that can be supplied in a single fuel change is less than 0.6 kWh, the frequency of fuel change tends to be high and maintenance tends to be complicated, and if it exceeds 90 kWh, the fuel tends to be heavy and difficult to change. is there.

また、前記二次電池に対し、自然エネルギーによる充電機構も有することは好ましい構成である。太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置との組み合わせにより、さらにメンテナンス頻度を低減することができ、さらに長期間の連続駆動が可能になる。特に好ましい組合せは太陽光発電装置である。 In addition, it is preferable that the secondary battery also has a charging mechanism using natural energy. The combination with the solar power generation device, the wind power generation device, and the hydroelectric power generation device can further reduce the maintenance frequency, and enables continuous driving for a longer period. A particularly preferred combination is a solar power generator.

また本発明の電源システムから供給された電力を用いて計測又は観測システムを作動することができる。該計測又は観測システムを構成する機器としては、任意に選ぶことが可能であるが、例えば、雨量計、地震計、温湿度計、地すべりセンサー、濃度計、監視カメラ、赤外線センサー、気圧計、風速計、水位センサー、圧力センサー、変位センサー、風速センサー、地下探査、放射性物質濃度センサー、放射線量センサー、照明、位置センサー、コンピューター、携帯電話等の無線通信機器、などがある。また、画像・音声・データの記録装置など、その他機器と併せて使用することは有用であり、データを、無線通信機器によって送信し、別の場所で遠隔モニタリングすることができる。 In addition, the measurement or observation system can be operated using the power supplied from the power supply system of the present invention. The equipment constituting the measurement or observation system can be arbitrarily selected. For example, a rain gauge, seismometer, temperature / humidity meter, landslide sensor, concentration meter, monitoring camera, infrared sensor, barometer, wind speed Meters, water level sensors, pressure sensors, displacement sensors, wind speed sensors, underground exploration, radioactive substance concentration sensors, radiation dose sensors, lighting, position sensors, computers, wireless communication devices such as mobile phones, etc. In addition, it is useful to be used in combination with other devices such as an image / sound / data recording device, and data can be transmitted by a wireless communication device and remotely monitored at another location.

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
燃料電池として、SFC Energy社製EFOY Pro900(出力38W、ダイレクトメタノール型燃料電池)を用い、12V−24Ahディープサイクル鉛蓄電池と接続した。また鉛蓄電池は10W−DC/DCコンバーターに接続し、12Vの直流電源として使用可能な構成とした。燃料としては1Lタンクに入れた99%メタノールを用い、これらを厚さ2cmの熱伝導率が0.024の硬質ウレタンフォームを隙間が無いように貼り付け保温した厚さ3mmのジュラルミン(熱伝導率164W/m・K)製の筐体内(内部:幅60cm×奥行き75cm×高さ65cm)に収納した。筐体側面に直径3.5cmの吸気口を作製すると共に、雨が内部に侵入しないようルーバーを取り付けた。また、燃料電池からの排ガスはEFOY付属の排気チューブから筐体外に直接排気できるよう、別途筺体側面にあけた直径1.8cmの排気口を通して排出した(EFOY排気チューブ:直径2cm(スポンジ製のため、1.8cmの排気口に通る))。また燃料電池付属のファンにより、ファン動作時は筺体内部で空気が循環する構成とした。本実施例の硬質ウレタンフォームは、JIS K6911規格にて規定するA法にて、自己消火性のものを使用した。このようにして実施例1の電源システムを作製した。
Example 1
As a fuel cell, EFOY Pro900 (output 38 W, direct methanol fuel cell) manufactured by SFC Energy was used and connected to a 12V-24Ah deep cycle lead acid battery. The lead-acid battery was connected to a 10 W-DC / DC converter so that it could be used as a 12 V DC power supply. The fuel used was 99% methanol in a 1 liter tank, and these were 2cm thick hard urethane foam with a thermal conductivity of 0.024 attached and kept warm so that there was no gap. Duralumin with a thickness of 3mm (thermal conductivity 164W / m · K) (inside: width 60 cm × depth 75 cm × height 65 cm). An air inlet having a diameter of 3.5 cm was prepared on the side of the housing, and a louver was attached so that rain did not enter the inside. In addition, the exhaust gas from the fuel cell was exhausted through an exhaust port with a diameter of 1.8 cm separately opened on the side of the housing so that it can be exhausted directly from the exhaust tube attached to the EFOY (EFOY exhaust tube: 2 cm in diameter (because it is made of sponge) , Pass through the 1.8 cm outlet))). In addition, the fan attached to the fuel cell is configured to circulate air inside the housing when the fan is operating. As the rigid urethane foam of this example, a self-extinguishing material was used according to the A method defined in JIS K6911 standard. Thus, the power supply system of Example 1 was produced.

試験的に、本発明の電源システムを−20℃に温調された恒温ブースに設置し、消費電力5Wの監視カメラに接続し、24時間動作させた。24時間駆動時の燃料消費量は、140gであった。1Lのメタノールで約0.85kWhの電力を供給することができる。 As a test, the power supply system of the present invention was installed in a constant temperature booth adjusted to −20 ° C., connected to a monitoring camera with power consumption of 5 W, and operated for 24 hours. The amount of fuel consumed during 24-hour driving was 140 g. One liter of methanol can supply about 0.85 kWh of power.

(実施例2)
実施例1の電源システムにおいて、筺体の吸気口に燃料電池の動作と連動して開閉する逆止弁を取り付けた。燃料電池が空気を必要とするときは、外気を取り入れるが、停止時は外気が流入しない構成とした。実施例1に従う試験を行ったところ、24時間駆動時の燃料消費量は、123gであった。また1Lのメタノールで約0.98kWhの電力を供給することができる。
(Example 2)
In the power supply system of Example 1, a check valve that opens and closes in conjunction with the operation of the fuel cell was attached to the intake port of the housing. When the fuel cell needs air, outside air is taken in, but the outside air does not flow when stopped. When the test according to Example 1 was performed, the amount of fuel consumed during 24-hour driving was 123 g. Moreover, about 0.98 kWh of electric power can be supplied with 1 L of methanol.

(比較例1)
実施例1の電源システムにおいて、硬質ウレタンフォームを外すことで比較例1の電源システムを作製した。実施例1に従う試験を行ったところ、24時間駆動時の燃料消費量は、204gであった。本電源システムで使用したEFOYは、凍結防止機能が備わっており、燃料電池の温度が氷点下とならないよう、燃料電池温度が低下すると自動的に発電し、発電時の熱により温度を一定以上に保つ機能が備わっている。実施例1、2よりも燃料消費量が増大したのは、電源システム内部の温度が低く、凍結防止機能が頻繁に動作したためだと考えられる。また1Lのメタノールで約0.58kWhの電力供給量となり、実施例1、2に比較し大幅に少ない結果であった。
(Comparative Example 1)
In the power supply system of Example 1, the power supply system of Comparative Example 1 was produced by removing the rigid urethane foam. When the test according to Example 1 was performed, the amount of fuel consumed during 24-hour driving was 204 g. The EFOY used in this power supply system has an anti-freezing function, and automatically generates power when the fuel cell temperature decreases so that the temperature of the fuel cell does not drop below freezing point. It has a function. It is considered that the amount of fuel consumption increased compared to Examples 1 and 2 because the temperature inside the power supply system was low and the freeze prevention function was frequently operated. In addition, the power supply amount was about 0.58 kWh with 1 liter of methanol, which was significantly less than in Examples 1 and 2.

(実施例3)
実施例1の電源システムにおいて、硬質ウレタンフォームに変えて、熱伝導率0.04W/m・Kの難燃剤入りの発泡スチレンフォーム(自己消火性)を用い、同様の試験を行った。24時間駆動時の燃料消費量は、152gであった。1Lのメタノールで約0.77kWhの電力を供給することができ、良好であった。
(Example 3)
In the power supply system of Example 1, a similar test was performed using a foamed styrene foam (self-extinguishing) containing a flame retardant having a thermal conductivity of 0.04 W / m · K instead of the rigid urethane foam. The amount of fuel consumed during 24-hour driving was 152 g. The power of about 0.77 kWh could be supplied with 1 L of methanol, which was good.

(実施例4)
実施例1の電源システムにおいて、5Lのメタノールタンクを用い、かつ筐体後面に、換気用ファン(消費電力5W)を取り付けた実施例3の電源システムを構築した。換気用ファンの出口には、雨が内部に侵入しないようルーバーを取り付けた。また換気用ファンは筐体内部に別途取り付けた温度センサーと連動させ、センサーの検知温度が40℃を超える場合起動し、筺体内を換気冷却する構成とした。換気用ファン及び温度センサーの電源は筺体内のバッテリーとした。
Example 4
In the power supply system of Example 1, the power supply system of Example 3 in which a 5 L methanol tank was used and a ventilation fan (power consumption 5 W) was attached to the rear surface of the casing was constructed. A louver was installed at the outlet of the ventilation fan to prevent rain from entering inside. In addition, the ventilation fan is linked with a temperature sensor separately installed inside the housing, and is activated when the temperature detected by the sensor exceeds 40 ° C., thereby cooling the enclosure. The ventilation fan and temperature sensor were powered by a battery inside the enclosure.

実施例3の電源システムを、試験的に、東洋紡総合研究所(滋賀県大津市)の屋外に2013年8月1日から同年8月7日まで設置し、消費電力35Wの照明に接続し、連続動作させた。燃料電池は常時駆動しながら期間中照明を連続駆動可能であることを確認した。 As a test, the power supply system of Example 3 was installed outdoors from Toyobo Research Institute (Otsu City, Shiga Prefecture) from August 1, 2013 to August 7, 2013, and connected to lighting with a power consumption of 35 W. It was operated continuously. It was confirmed that the fuel cell can be continuously driven during the period while being always driven.

(比較例2)
実施例3の電源システムにて、比較例1同様、硬質ウレタンフォームを取り除いた状態で実施例3記載の試験を行った。結果、燃料電池は夜間動作したが、昼間の直射日光の影響により筺体内部温度が上昇し停止したため、照明を連続動作させることができなかった。
(Comparative Example 2)
In the power supply system of Example 3, as in Comparative Example 1, the test described in Example 3 was performed with the rigid urethane foam removed. As a result, the fuel cell operated at night, but the internal temperature of the enclosure rose due to the influence of direct sunlight in the daytime and stopped, so the lighting could not be operated continuously.

本発明によると、厳冬期や真夏といった過酷な屋外環境でも、良好に動作する燃料電池を用いた発電システムを提供できる。そのため、計測、観測がこれまで困難であった地域における計測、観測が可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a power generation system using a fuel cell that operates well even in harsh outdoor environments such as severe winter and midsummer. Therefore, measurement and observation in an area where measurement and observation were difficult until now becomes possible.

1 少なくとも燃料電池を収納する筐体
2 筐体に設けられた燃料電池に供給する空気の取り入れ口
3 燃料電池を動作するための燃料が入った容器
4 二次電池に充電する機能を少なくとも有する燃料電池
5 燃料電池からの排ガスを筐体の外部に導く配管
6 燃料電池からの排ガスを筐体の外部に排出する排気口
7 筐体内部の空気循環用ファン
8 二次電池及び電源システムから外部への電力供給手段を収納する筐体
9 燃料電池と二次電池を電気的に接続する配線
10 電源システムから外部への電力供給手段
11 二次電池
12 燃料電池と燃料が入った容器を接続する配管
13 筐体に設けられた燃料電池に供給する空気の取り入れ口
14 燃料電池を収納する筐体
15 燃料電池を動作するための燃料が入った容器
16 二次電池に充電する機能を少なくとも有する燃料電池
17 ファン
18 筐体内部の空気をファンから筐体外部に排出するためのダクト
19 電源システムから外部への電力供給手段を有する燃料電池と二次電池を電気的に接続する配線
20 二次電池
21 燃料電池からの排ガスを筐体外部に導く配管
22 燃料電池からの排ガスを筐体外部に排出するための排気口
23 燃料電池と燃料が入った容器を接続する配管
24 単セル、或いは複数の単セルを積層したスタック
25 単セル或いはスタックの燃料入り口に液体燃料を供給する燃料供給機構
26 単セル或いはスタックの酸化剤入り口に主に空気からなる酸化剤を供給する酸化剤供給機構
27 単セル或いはスタックから生じる直流電流の制御機構
28 単セル或いはスタックから排出される排ガスを外部に排出する機構
29 単セル或いはスタックから生じる直流電流
30 二次電池に電力を供給するための機構
31 収納機構
32 燃料電池
33 二次電池
34 外部への電力供給手段
35 各種計測または監視システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing | casing at least containing a fuel cell 2 Intake port of the air supplied to the fuel cell provided in the housing | casing 4 The container with the fuel for operating a fuel cell 4 Fuel which has a function which charges a secondary battery at least Battery 5 Piping for guiding the exhaust gas from the fuel cell to the outside of the housing 6 Exhaust port for exhausting the exhaust gas from the fuel cell to the outside of the housing 7 Air circulation fan inside the housing 8 From the secondary battery and power supply system to the outside A housing for housing the power supply means 9 Wiring for electrically connecting the fuel cell and the secondary battery 10 Power supply means 11 from the power supply system to the outside 11 Secondary battery 12 Piping for connecting the fuel cell and the container containing the fuel 13 Intake port for air supplied to the fuel cell provided in the casing 14 Housing 15 for storing the fuel cell Container 16 containing fuel for operating the fuel cell Less function for charging the secondary battery At least fuel cell 17 Fan 18 Duct for discharging air inside the casing from the fan to the outside of the casing 19 Wiring for electrically connecting the fuel cell having the power supply means from the power supply system to the outside and the secondary battery 20 Secondary battery 21 Piping for guiding exhaust gas from the fuel cell to the outside of the housing 22 Exhaust port for discharging the exhaust gas from the fuel cell to the outside of the housing 23 Piping for connecting the fuel cell and the container containing the fuel 24 Single cell Alternatively, a stack 25 in which a plurality of single cells are stacked 25 A fuel supply mechanism 26 that supplies liquid fuel to a fuel inlet of a single cell or stack 26 An oxidant supply that supplies an oxidizer mainly composed of air to an oxidant inlet of a single cell or stack Mechanism 27 Control mechanism for direct current generated from a single cell or stack 28 Mechanism 29 for discharging exhaust gas discharged from a single cell or stack to the outside DC current 30 generated from a single cell or a stack 30 Mechanism 31 for supplying power to a secondary battery Storage mechanism 32 Fuel cell 33 Secondary battery 34 Power supply means 35 to the outside Various measurement or monitoring systems

Claims (6)

少なくとも、出力が5〜300Wの範囲である燃料電池と二次電池を含む電源システムであって、該燃料電池は該二次電池を充電可能であり、かつ該燃料電池及び該二次電池から外部への電力供給手段を有し、該手段は、直接、DC/DCコンバーター、及びDC/ACインバーターからなる群より選ばれる1種以上の手段で、該電源システムを構成する燃料電池及び二次電池は、少なくとも1個以上の筐体に収納されており、該筐体は、少なくとも燃料電池が収納される筐体に、燃料電池に供給する空気を取り入れるための1箇所以上の吸気口と、燃料電池からの排ガスを排出する排気口を有すると共に、該筐体の少なくとも一部に、25℃における熱伝導率が0.06W/m・K以下である保温素材を備え、かつ該筐体には、燃料電池及び/又は筐体に設置されたファンによる空冷或いは筐体内の空気循環機構が備えられていることを特徴とする電源システム。 A power supply system including at least a fuel cell and a secondary battery whose output is in the range of 5 to 300 W, wherein the fuel cell is capable of charging the secondary battery, and is external to the fuel cell and the secondary battery. The fuel cell and the secondary battery constituting the power supply system are one or more means selected from the group consisting of a DC / DC converter and a DC / AC inverter. Is housed in at least one housing, and the housing has at least one intake port for taking in air to be supplied to the fuel cell, at least in the housing in which the fuel cell is housed, and the fuel. It has an exhaust port for exhausting exhaust gas from the battery, and at least a part of the casing is provided with a heat insulating material having a thermal conductivity at 25 ° C. of 0.06 W / m · K or less, and the casing Installed in fuel cell and / or casing A power supply system provided with an air cooling mechanism using a fan or an air circulation mechanism in a housing. 前記保温素材は、JIS K6911規格にて規定するA法にて、不燃性、或いは自己消化性、のいずれかに分類される素材であることを特徴とする、請求項1に記載の電源システム。 2. The power supply system according to claim 1, wherein the heat insulating material is a material classified as either non-flammable or self-digestible according to A method defined in JIS K6911 standard. 前記吸気口は、該電源システムの動作状況に合わせて開閉可能であることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1, wherein the intake port can be opened and closed in accordance with an operation state of the power supply system. 前記燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池、メタノール改質型燃料電池、又は固体水素利用型燃料電池のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電源システム。 4. The power supply system according to claim 1, wherein the fuel cell is any one of a direct methanol fuel cell, a methanol reforming fuel cell, and a solid hydrogen utilizing fuel cell. 一度の燃料交換にて、0.6kWh〜90kWhの電力量を供給可能であることを特徴とする請求項4に記載の電源システム。 5. The power supply system according to claim 4, wherein a power amount of 0.6 kWh to 90 kWh can be supplied by one fuel change. 請求項1〜5のいずれかに記載の電源システムから供給された電力を用いて作動する計測又は観測システム。   The measurement or observation system which operate | moves using the electric power supplied from the power supply system in any one of Claims 1-5.
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