JP2016219273A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力供給システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply system.
従来、ガス配管に取り付けられる電子機器としては、ガスメータや無線機、遮断弁などがある。これら電子機器は、例えば、電池を搭載したり、電源線を介して電源供給が行われていた。 Conventionally, there are a gas meter, a radio device, a shut-off valve, and the like as electronic devices attached to a gas pipe. For example, these electronic devices are mounted with a battery or supplied with power via a power line.
ところで、水素ガスと13Aガスとの混合ガスをガス配管で需要家に供給する都市ガス供給方法が提案されている(特許文献1、2)。特許文献1、2の都市ガス供給方法では、一部の需要家において、混合ガス中の水素ガスを分離して、燃料電池で発電することも提案されている。
By the way, the city gas supply method which supplies the mixed gas of hydrogen gas and 13A gas to a consumer by gas piping is proposed (
そこで、この燃料電池で発電した電力を使って上記電子機器の電力を賄うことが考えられる。しかしながら、無線機などは消費電力が大きいため、燃料電池を用いた発電システム自体が大きくなってしまう。また、頻繁に通信しないため利用効率が非常に低い、という問題があった。 Therefore, it is conceivable to cover the power of the electronic device using the power generated by the fuel cell. However, since the power consumption of a wireless device or the like is large, the power generation system using the fuel cell itself becomes large. In addition, there is a problem that utilization efficiency is very low because communication is not frequently performed.
詳しく説明すると、燃料電池の出力電圧は概ね0.7Vであり、無線機で必要な電源は3V、120mAである。このため、燃料電池の出力電圧0.7VをDC/DCコンバータなどの電圧変換回路により3Vまで昇圧して、無線機に供給する必要がある。図5に、燃料電池の出力電圧に対する変換効率を示す。同図に示すように、燃料電池の出力電圧が0.7Vのときの効率は約50%である。 More specifically, the output voltage of the fuel cell is approximately 0.7 V, and the power source required for the radio is 3 V and 120 mA. For this reason, it is necessary to boost the output voltage of the fuel cell 0.7V to 3V by a voltage conversion circuit such as a DC / DC converter and supply the boosted voltage to the radio. FIG. 5 shows the conversion efficiency with respect to the output voltage of the fuel cell. As shown in the figure, the efficiency when the output voltage of the fuel cell is 0.7 V is about 50%.
このため、燃料電池の発電電流は1.1A以上必要となる。このため、大きな発電電流を供給できる大きな燃料電池を用いる必要がある。しかしながら、無線機はこのような電流が必要になるのは1日のうちごくわずか(5分程度)であり、数アンペアの能力の電源系では大がかりすぎると考えられる。 For this reason, the generated current of the fuel cell is required to be 1.1 A or more. For this reason, it is necessary to use a large fuel cell capable of supplying a large generated current. However, it is considered that a radio device requires such a current only in a day (about 5 minutes) and is too large for a power supply system having a capacity of several amperes.
そこで、本発明は、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる電力供給システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply system that can supply power to an electronic device such as a radio with a small fuel cell.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、燃料電池がガス配管を流れる水素ガスから発電した電力を昇圧して電子機器に供給する昇圧回路を備えた電力供給システムにおいて、前記燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記電子機器に供給する蓄電装置を備えたことを特徴とする電力供給システムに存する。
The invention according to
請求項2記載の発明は、前記昇圧回路が、前記燃料電池が発電した電力を昇圧して、前記蓄電装置に供給する第1昇圧回路と、前記燃料電池が蓄電した電力を昇圧して、前記電子機器に供給する第2昇圧回路と、を有することを特徴とする請求項1に記載の電力供給システムに存する。
According to a second aspect of the present invention, the booster circuit boosts the power generated by the fuel cell and supplies the power to the power storage device, boosts the power stored by the fuel cell, and The power supply system according to
請求項3記載の発明は、前記蓄電装置への充電電流を制限する電流制限回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力供給システムに存する。 A third aspect of the invention resides in the power supply system according to the first or second aspect, further comprising a current limiting circuit for limiting a charging current to the power storage device.
以上説明したように請求項1記載の発明によれば、蓄電装置が、燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を電子機器に供給する。これにより、蓄電装置が蓄電した電力を電子機器に供給するため、燃料電池としては大電流を供給できる大きなものを用いる必要がなく、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the power storage device stores the power generated by the fuel cell, and supplies the stored power to the electronic device. As a result, in order to supply the electric power stored in the power storage device to the electronic device, it is not necessary to use a large fuel cell that can supply a large current, and a small fuel cell can supply electric power to an electronic device such as a radio device. I can cover it.
請求項2記載の発明によれば、蓄電装置の前段と後段とにそれぞれ昇圧回路を設けることにより、昇圧回路で大きな電流を必要とせず、より一層、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。 According to the second aspect of the present invention, the booster circuit is provided in each of the front stage and the rear stage of the power storage device, so that a large current is not required in the booster circuit. Can be used to supply electricity.
請求項3記載の発明によれば、電流制限回路が蓄電装置への充電電流を制限するので、より一層、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since the current limiting circuit limits the charging current to the power storage device, it is possible to supply power to electronic devices such as radios with a smaller fuel cell.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態における本発明の電力供給システムについて図1及び図2を参照して説明する。図1は、本発明の電力供給システムを組み込んだガス供給システムの一実施形態を示す図である。図2は、第1実施形態における図1に示すガス供給システムを示すブロック図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the power supply system of the present invention in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a gas supply system incorporating the power supply system of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the gas supply system shown in FIG. 1 in the first embodiment.
ガス供給システム1は、都市ガス製造工場2と、都市ガス製造工場2により製造されたガスを需要家に供給するためのガス供給管3と、需要家で消費されるガスを計量する電子機器としてのガスメータ4と、ガス供給管3を流れるガスから水素ガスを分離する水素分離装置5と、分離した水素ガスにより発電する燃料電池6と、燃料電池6により発電した電力を昇圧してガスメータ4に供給する電力供給システム7と、を備えている。
The
都市ガス製造工場2は、LNGが貯蔵されるLNGタンク21と、LPGが貯蔵されるLPGタンク22と、LNG及びLPGを混合する混合部23と、混合されたLNG及びLPGを気化して13Aガスとする気化装置24と、水素ガスが貯蔵される水素ガス貯蔵装置25と、気化装置24により気化された13Aガスに水素ガスを添加して混合ガスする混合部26と、を備えている。
The city
ガス供給管3は、導管31と、導管31から各需要家に分岐された配管32と、を備えている。ガスメータ4は、各需要家に分岐された配管32にそれぞれ取り付けられ、需要家で消費されるガスを計量する。ガスメータ4には、無線機が内蔵され、例えば24時間に1回、ガス管理センタと通信を行ってガス積算値などの送信を行う。
The
水素分離装置5は、内部に水素分離膜(図示せず)を有し、配管32を流れる混合ガスのうち水素ガスは水素分離膜を通過して燃料電池6に供給され、配管32を流れる混合ガスのうち水素ガス以外の成分は水素分離膜を通過できずに、導管31に戻される。
The
燃料電池6は、水素ガスから発電し、本実施形態においては例えば0.7Vの電圧を出力する。本実施形態の燃料電池6は、例えばガスメータ4専用の電源であり、需要家内に設置された電子機器に電源を供給する燃料電池とは別に設けられている。
The
電力供給システム7は、図2に示すように、燃料電池6が発電した電力を昇圧する第1昇圧回路71と、第1昇圧回路71が昇圧した電圧により充電される蓄電装置としてのスーパーキャパシタ72と、スーパーキャパシタ72が蓄電した電力を昇圧する第2昇圧回路73と、システム全体の制御を司る制御部75と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
第1昇圧回路71は、コイル及びコイルに並列接続されたスイッチICからなる周知の昇圧コンバータから構成されている。本実施形態においては、第1昇圧回路71は、燃料電池6から出力される0.7Vの出力電圧を2.5Vに昇圧してスーパーキャパシタ72に供給する。
The
また、本実施形態においては、第1昇圧回路71は、入力電流制限付きの昇圧回路であり、この第1昇圧回路71によりスーパーキャパシタ72への充電電流を制限する。本実施形態では第1昇圧回路71は約50mAに制限している。以上のことから明らかなように第1実施形態では、第1昇圧回路71が請求項中の電流制限回路を構成している。
Further, in the present embodiment, the
スーパーキャパシタ72は、急速充放電できる蓄電装置である。第2昇圧回路73も、コイル及びコイルに並列接続されたスイッチICから成る周知の昇圧コンバータから構成されている。本実施形態においては、第2昇圧回路73は、スーパーキャパシタ72から出力される2.5Vの出力電圧をガスメータ4の無線機を動作させるのに必要な3Vに昇圧する。
The
定電流回路74は、第2昇圧回路73から供給される電圧から例えば120mAの定電流をガスメータ4に供給する。制御部75は、例えばマイクロコンピュータから構成され、第1昇圧回路71及び第2昇圧回路73の昇圧動作の制御や、水素分離装置5を制御して燃料電池6による発電を制御する。
The constant current circuit 74 supplies a constant current of 120 mA, for example, to the
次に、上述した構成の電力供給システムの動作について図3を参照して説明する。図3は、電力供給システムの動作を説明するためのフローチャートであり、(A)はガスメータ4に供給される供給電力のタイムチャートであり、(B)は燃料電池6により発電される発電電力のタイムチャートである。
Next, the operation of the power supply system configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the power supply system, (A) is a time chart of the supplied power supplied to the
上述したガスメータ4内の無線機は、上述したように24時間に1回、通信を行っている。このため、制御部75は、図3(A)に示すように、例えば24時間毎に第2昇圧回路73を制御して、昇圧動作を開始させる。これにより、スーパーキャパシタ72が放電され、スーパーキャパシタ72に蓄電された電力が第2昇圧回路73及び定電流回路74を介してガスメータ4に供給される。ガスメータ4内の無線機は供給された電力によって通信動作を行う。
The above-described wireless device in the
また、制御部75は、ガスメータ4の通信が終わると(5分程度)、第2昇圧回路73を制御して、昇圧動作を停止させる。昇圧動作を停止させた後、制御部75は、水素分離装置5内の図示しないポンプを制御して、燃料電池6に水素ガスを供給し、発電させる。さらに、制御部75は、第1昇圧回路71を制御して、昇圧動作を開始させる。これにより、燃料電池6が発電した電力が第1昇圧回路71によって昇圧された後、スーパーキャパシタ72に充電される。
In addition, when the communication of the
本実施形態では、ガスメータ4の無線機を動作させるのに必要な電力をスーパーキャパシタ72に充電するのに要する時間としては約7時間程度である。そこで、制御部75は、図3(B)に示すように、スーパーキャパシタ72の充電開始から7時間経過した後は、水素分離装置5内の図示しないポンプを制御して、燃料電池6への水素ガスの供給を遮断して、発電を停止させると共に、第1昇圧回路71を制御して昇圧動作を停止させる。
In the present embodiment, the time required to charge the
上述した実施形態によれば、スーパーキャパシタ72が、燃料電池6が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力をガスメータ4に供給する。これにより、スーパーキャパシタ72が蓄電した電力をガスメータ4に供給するため、燃料電池6としては大電流を供給できる大きなものを用いる必要がなく、小型の燃料電池6で無線機を内蔵したガスメータ4への電力供給を賄うことができる。
According to the embodiment described above, the
また、上述した実施形態によれば、スーパーキャパシタ72の前段と後段とにそれぞれ第1昇圧回路71、第2昇圧回路73を設けることにより、第1、第2昇圧回路71、73で大きな電流を必要とせず、より一層、小型の燃料電池6で無線機を内蔵したガスメータ4への電力供給を賄うことができる。
Further, according to the above-described embodiment, by providing the
また、上述した実施形態によれば、第1昇圧回路71が電流制限回路として働き、スーパーキャパシタ72への充電電流を制限するので、より一層、小型の燃料電池6で無線機を内蔵したガスメータ4への電力供給を賄うことができる。
Further, according to the above-described embodiment, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における電力供給システムについて図4を参照して説明する。同図において、上述した第1実施形態で既に説明した図2に示す電力供給システムと同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第1実施形態と第2実施形態とで大きく異なる点は、第1昇圧回路71とスーパーキャパシタ72との間に定電流回路76を設けた点である。
(Second Embodiment)
Next, the power supply system in 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. In this figure, the same parts as those of the power supply system shown in FIG. 2 already described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A significant difference between the first embodiment and the second embodiment is that a constant
定電流回路76は、第1昇圧回路71が昇圧した電圧から定電流をスーパーキャパシタ72に供給する回路であり、本実施形態では約50mAの電流を燃料電池6から供給する。この場合、定電流回路76が電流制限回路として働くため、第1昇圧回路71としては入力電流制限付きのものを使用しなくてもよい。
The constant
第1昇圧回路71の変換効率を求めるのならば、第1実施形態のように第1昇圧回路71で電流制限を行うのが望ましい。第2実施形態のように定電流回路76を設けて、電流制限回路として機能させると、燃料電池6の負荷を一定にして発電させることができる。
If the conversion efficiency of the
なお、上述した実施形態では、蓄電装置としてはスーパーキャパシタ72を用いていたが、これに限ったものではない。蓄電装置としては、燃料電池6から発電された電力を蓄電できるものであればよく、鉛電池やNi−MH電池、Li電池を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、スーパーキャパシタ72とガスメータ4との間に第2昇圧回路73を設けていたが、これに限ったものではない。第1昇圧回路73で燃料電池6の出力電圧0.7Vをガスメータ4内の無線機が必要とする3Vまで昇圧できれば、第2昇圧回路73はなくてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述した第2実施形態では、電流制限回路として定電流回路76を用いていたが、これに限ったものではない。MOSFETを用いた周知の電流制限回路を用いてもよい。
In the second embodiment described above, the constant
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
3 ガス配管
4 ガスメータ(電子機器)
6 燃料電池
7 電力供給システム
71 第1昇圧回路(電流制限回路)
72 スーパーキャパシタ(蓄電装置)
73 第2昇圧回路
76 定電流回路(電流制限回路)
3 Gas piping 4 Gas meter (electronic equipment)
6
72 Supercapacitor (power storage device)
73
Claims (3)
前記燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記電子機器に供給する蓄電装置を
備えたことを特徴とする電力供給システム。 In a power supply system including a booster circuit that boosts power generated from hydrogen gas flowing through a gas pipe by a fuel cell and supplies it to an electronic device.
A power supply system comprising: a power storage device that stores power generated by the fuel cell and supplies the stored power to the electronic device.
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 The boosting circuit boosts the electric power generated by the fuel cell and supplies it to the power storage device; and the second boosting circuit boosts the electric power stored by the fuel cell and supplies it to the electronic device. The power supply system according to claim 1, further comprising: a circuit.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力供給システム。 The power supply system according to claim 1, further comprising a current limiting circuit that limits a charging current to the power storage device.
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