JP3327611B2 - 2次電池を備えた水電解装置付き燃料電池発電システム - Google Patents

2次電池を備えた水電解装置付き燃料電池発電システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2次電池が付加された
水電解装置付き燃料電池発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】図1に、従来の水電解装置付き燃料電池
発電システム(燃料電池発電プラント)の一例を示す。
【0003】図1の発電システムにおいて、燃料電池本
体23には、燃料供給装置21及び酸化剤供給装置22
により、燃料及び酸化剤が供給される。電池本体23に
供給された燃料中の水素と酸化剤中の酸素との電池反応
によって発生した直流電気は、インバータ装置24を通
じてプラント外部に交流電気として供給されるようにな
っている。
【0004】燃料電池の起動初期時あるいは停止準備動
作中に得られる燃料電池発電直流電気は、一般に、発電
電圧が不安定、あるいは発電電圧がインバータ装置24
の設計入力電圧内に入らないために、所定の交流電気に
転換できない。そこで、このような状態下における燃料
電池発電直流電気の電気エネルギーを有効に利用するた
め、従来の燃料電池発電システムでは、次のように構成
されていた。
【0005】すなわち上記状態下における燃料電池発電
直流電気を、切替スイッチ30により水電解装置25
(例えば、アルカリ水電解装置、固体高分子水電解装置
等)に送電し、その直流電気の電気エネルギーを利用し
て水電解装置25にて、水素及び酸素を発生させる構成
を適用していた。そして、この水素及び酸素を、発電出
力急増時等のバックアップ用として各々水素貯蔵装置2
6及び酸素水素貯蔵装置27に蓄え、必要に応じて、そ
れぞれ水素流量制御弁28及び酸素流量制御弁29を通
して、燃料及び酸化剤中に、添加供給し使用していた。
また、プラント外部で必要とする電力以上の電気、すな
わち、燃料電池により発電された余剰な直流電気につい
ても同様に転換して、余剰電気を有効活用するようにし
ていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の水電解装置付き燃料電池発電システムには、以下に示
す欠点があった。
【0007】すなわち、燃料電池から水電解装置に送電
される直流電気は、燃料電池発電システムの起動初期時
または停止準備動作中において、発電電圧が不安定、あ
るいはインバータ装置の設計入力電圧内に入っていない
等に起因して、電圧的には非常に不安定な状態下での送
電、あるいは電圧変動の激しい状態下での送電が多くな
る。
【0008】このような状態下で、水電解装置への直流
電気の入力が続けられると、水電解装置装置の寿命が短
くなるだけでなく、水電解装置の電解効率、すなわち電
気エネルギーの水素及び酸素へのエネルギー転換効率も
低くなってしまう。
【0009】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
のであり、その目的は、水電解装置の短寿命化を防止で
き、かつ水電解装置での電解効率を高くすることができ
る水電解装置付き燃料電池発電システムを提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、水電解装置付
き燃料電池発電システムにおいて、燃料電池で発生した
直流電気を、一旦2次電池を経由するようにして水電解
装置に送電し、その2次電池より送電された直流電気の
電気エネルギーを利用して、水電解装置にて、その電気
エネルギーを水素及び酸素に転換することを特徴とす
る。
【0011】
【作用】水電解装置付き燃料電池発電システムにおい
て、燃料電池で発生した直流電気の電気エネルギーは、
例えば、燃料電池の起動初期時あるいは停止準備動作中
には、一旦2次電池を経由して水電解装置に導かれる。
これにより、水電解装置では、2次電池から送られてき
た電気エネルギーにより、水電解が行われ、水素及び酸
素が発生される。
【0012】さて、上記2次電池では、燃料電池で発生
した不安定な電圧、あるいは電圧変動の激しい電圧をし
た電気エネルギーが、一旦形態の違うエネルギー媒体で
ある化学エネルギーに転換される。そして、この2次電
池から水電解装置に送電されるとき、同電池により転換
されている化学エネルギーが、燃料電池から入力された
元の電気エネルギーを平準化した形の安定した電気エネ
ルギーに転換され、この安定した電気エネルギーが2次
電池から出力される。このため、燃料電池で発生した直
流電気の電圧がどんなに不安定であろうと、また、電圧
変動があろうと、2次電池から水電解装置に送電される
直流電気は、電圧が非常に安定しており、かつ電圧変動
がほとんどない理想的な電圧状態として水電解装置に入
力される。
【0013】これにより、水電解装置の装置寿命を従来
の水電解装置付き燃料電池燃料電池発電システムより長
くすることができるだけでなく、電解効率、すなわち、
電気エネルギーの水素及び酸素へのエネルギー転換効率
も高くすることができる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は、同実施例における2次電池につながれ
た水電解装置付き燃料電池燃料電池発電システム(燃料
電池発電プラント)の構成を示すブロック図である。
【0015】図において、燃料電池発電システムは、燃
料供給装置1、酸化剤供給装置2、、燃料電池本体3、
インバータ装置4、水電解装置5、水素貯蔵装置6、酸
素貯蔵装置7、水素流量制御弁8、酸素流量制御弁9、
逆流防止装置11及び2次電池12から構成される。燃
料供給装置1は、水素を含んだ燃料を燃料電池本体3に
供給する。酸化剤供給装置2は、酸素を含んだ酸化剤を
燃料電池本体3に供給する。
【0016】燃料電池本体3は、燃料供給装置1により
供給された燃料中の水素と、酸化剤供給装置2により供
給された酸化剤中の酸素との電池反応により、直流電気
を発生(発電)する。インバータ装置4は、燃料電池本
体3で発生した直流電気を交流電気に変換する。切替ス
イッチ10は、燃料電池本体3で発生した直流電気をイ
ンバータ装置4側あるいは2次電池12側に切替える。
逆流防止装置11は、2次電池12で発生した電気が燃
料電池本体3に逆流するの防止する。
【0017】2次電池12は、燃料電池本体3から切替
スイッチ10及び逆流防止装置11を介して出力された
直流電気の電圧を安定化させるもので、例えば、鉛蓄電
池である。
【0018】水電解装置5は、2次電池により電圧が安
定化された直流電気により、水の電解を行うもので、例
えば、アルカリ水電解装置、固体分子水電解装置などで
ある。水素貯蔵装置6は、水電解装置6での水の電解に
より生成された水素を貯蔵する。酸素貯蔵装置7は、水
電解装置6での水の電解により生成された酸素を貯蔵す
る。水素流量制御弁8は、水素貯蔵装置6に貯蔵された
水素を燃料電池本体3に供給するときに、供給する水素
の流量を制御する。酸素流量制御弁9は、酸素貯蔵装置
7に貯蔵された酸素を燃料電池本体3に供給するとき
に、供給する酸素の流量を制御する。つぎに、上記した
構成の燃料電池発電システムの動作を図を用いて説明す
る。まず、通常の発電、すなわち、燃料電池本体3で発
生する直流電気の電圧が安定な場合の動作について説明
する。この場合、切替スイッチ10は、インバータ装置
4側に切替えて使用される。
【0019】燃料電池本体3は、燃料供給装置1から燃
料が供給され、酸化剤供給装置2から酸化剤が供給され
ると、供給された燃料中の水素と酸化剤中の酸素との電
池反応により直流電気を発生する。この発生した直流電
気は、切替スイッチ10を介してインバータ装置4に送
電され、同装置4により交流電気に変換されて、プラン
トの外部に供給される。つぎに、燃料電池発電システム
の起動初期時、あるいは同システムの停止準備中の動作
について説明する。この場合、切替スイッチ10は、2
次電池12側に切替えて使用される。
【0020】燃料電池本体3は、燃料供給装置1から燃
料が供給され、酸化剤供給装置2から酸化剤が供給され
ると、その供給された燃料中の水素と酸化剤中の酸素と
の電池反応により直流電気を発生する。この場合、発生
した直流電気は、電圧が不安定なものである。この電圧
が不安定な直流電気は、切替スイッチ10及び逆流防止
装置11を介して2次電池12に送電される。
【0021】2次電池12に入力された、電圧が不安定
な直流電気の電気エネルギーは、この2次電池12によ
り、一旦形態の異なる化学エネルギーに転換される。そ
して、2次電池12から水電解装置5への送電の際に
は、この転換された化学エネルギーにより、上記入力さ
れた電気エネルギーは、平準化した形の電気エネルギー
に転換される。したがって、2次電池12からは、非常
に安定した、しかも電圧変動のほとんどない理想的な電
圧状態の直流電気が出力される。このようにして電気エ
ネルギーが平準化され、電圧が安定化された直流電気
は、水電解装置5に送電される。
【0022】水電解装置5は、2次電池12から送電さ
れた電圧が安定な直流電気の電気エネルギーを利用し
て、水電解を行い、水素及び酸素を生成する。この電解
の結果得られた水素及び酸素は、それぞれ水素貯蔵装置
6及び酸素貯蔵装置7に貯蔵される。このようにして水
素貯蔵装置6及び酸素貯蔵装置7に蓄えられた水素及び
酸素は、発電出力の急増時等のバックアップ用として次
のように利用される。
【0023】すなわち、水素貯蔵装置6に貯蔵された水
素は、燃料供給装置1から燃料電池本体3に供給される
燃料に、必要に応じて、水素流量制御弁8を介して添加
される。この添加量(水素流量)は、水素流量制御弁8
により、制御される。
【0024】また、酸素貯蔵装置7に貯蔵された酸素
は、酸化剤供給装置1から燃料電池本体3に供給される
酸化剤に、必要に応じて、酸素流量制御弁9を介して添
加される。この添加量(酸素流量)は、酸素流量制御弁
9により、制御される。
【0025】なお、前記実施例では、水電解装置5にお
ける水電解に燃料電池の初期起動時あるいは停止準備動
作中に発生する電圧が不安定な燃料電池発電直流電気を
利用していたが、この他にプラント外部で必要とする電
力以上の電気、すなわち余剰な直流電気についても、2
次電池12を介して水電解装置5に送電することによ
り、余剰電気を有効に活用することができる。
【0026】また、前記実施例では、水電解装置5によ
り発生した水素及び酸素を発電増量時等のバックアップ
用としてプラント内部で利用するようにしていたが、プ
ラント外部で利用するようにしても構わない。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、燃料電池で発生した直
流電気の電気エネルギーを、燃料電池の起動初期時もし
くは停止準備動作中、または当該直流電気の電圧がイン
バータ装置の設計入力電圧内に入らない場合の電圧の不
安定時には切替スイッチにより2次電池側に送って、
の電気エネルギーを一旦2次電池により形態の違うエネ
ルギー媒体である化学エネルギーに転換し、2次電池か
ら水電解装置への送電時に、この化学エネルギーによ
り、入力された電気エネルギーを平準化した形の電気エ
ネルギーに再転換して、2次電池から水電解装置に出力
する構成としているので、燃料電池で発生した直流電気
の電圧が不安定であろうと、また電圧の変動があろう
と、2次電池から水電解装置に送電される直流電気の電
圧、すなわち電解電圧は、非常に安定、かつ電圧変動の
無いものとなる。このため、燃料電池で発生した直流電
気の電気エネルギーを利用して水電解装置にて水素及び
酸素を発生させる際に、水電解装置には、理想的な電圧
状態の形で直流電気が入力される。
【0028】したがって、従来の水電解装置付き燃料電
池発電システムのように、同システムの起動初期時ある
いは停止準備動作中に発生する、電圧が不安定あるいは
電圧伝導が激しい直流電気を水電解に利用する際に、水
電解装置への入力電圧が不安定なために起こっていた水
電解装置の短寿命化を防止でき、水電解装置の装置寿命
を長くすることができるだけでなく、水電解装置での電
解効率、すなわち電気エネルギーの水素及び酸素へのエ
ネルギー転換効率も高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る水電解装置付き燃料電
池発電システムの構成を示すブロック図。
【図2】従来の水電解装置付き燃料電池発電システムの
構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1…燃料供給装置、 2…酸化剤供給装置、 3…燃
料電池本体、4…インバータ装置、 5…水電解装置、
6…水素貯蔵装置、7…酸素貯蔵装置、 8…
水素流量制御弁、 9…酸素流量制御弁、10…切替ス
イッチ、 11…逆流防止装置、 12…2次電池。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料及び酸化剤の供給を受けて電池反応
    により直流電気を発生する燃料電池と、 前記燃料電池により発生した直流電気を交流電気に変換
    するインバータ装置と、 前記燃料電池で発生した直流電気の電気エネルギーを一
    旦化学エネルギーに転換して、安定した電気エネルギー
    に転換するための2次電池と、 前記燃料電池で発生した直流電気を、前記燃料電池の起
    動初期時もしくは停止準備動作中、または当該直流電気
    の電圧が前記インバータ装置の設計入力電圧内に入らな
    い場合の電圧の不安定時には前記2次電池側に切り替え
    る切替スイッチと、 前記2次電池から前記電気エネルギーを受けて、水電解
    を行い水素及び酸素を発生させる水電解装置と、 を具備したことを特徴とする水電解装置付き燃料電池発
    電システム。
  2. 【請求項2】 前記水電解装置より得られた水素及び酸
    素をそれぞれ前記燃料電池の燃料及び酸化剤に利用する
    ようにしたことを特徴とする請求項1記載の水電解装置
    付き燃料電池発電システム。
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