JP3695570B2 - 燃料電池を併用した電解用直流電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電流により電気分解を行う装置の電源システム、特に、電気分解により電解槽から発生する副生水素を、燃料として燃料電池に導入して直流電力を発生させ、この電力を直流／直流変換器を介して前記電気分解の電源電力の一部として利用する燃料電池を併用した電解用直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり燃料電池は、水素および酸化剤ガス（空気）を連続的に供給して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換するものであり、かかる燃料電池に、電気分解により電解槽から発生する副生水素を、燃料電池の燃料として燃料電池に導入して直流電力を発生させ、電気分解の電源電力の一部として利用する燃料電池を併用した電解用直流電源装置は、例えば特開昭５８−１３０２８７号公報や特開昭６０−１６９５８５号公報などに記載され、公知となっている。
【０００３】
図３は、前記従来の燃料電池を併用した電解用直流電源装置の概略構成の一例を示すもので、塩水（2NaCl+2H2O）から次亜塩素酸ナトリウム(2NaHClO)を製造する電解装置を示す。電解槽２には原料である塩水および電解用の直流電流ＩDCが供給され、電解槽２からは、製品となる次亜塩素酸ナトリウム(2NaHClO)および副生水素（H2）が発生する。この水素は燃料電池３に供給されて直流電流ＩFCに変換され、直流／直流変換器４を介してＩDDに変換される。
【０００４】
上記のような構成とすることにより、電解槽２から得られた副生水素が無駄に放出されることなく有効に利用され、燃料電池以外の直流電源１から供給する直流電流を低減することにより、設備全体として電力の省力化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来の燃料電池を併用した電解用直流電源装置においては、下記の問題があった。まず、燃料電池の方から電流を取りすぎた場合、燃料電池の燃料水素が不足する問題があった。
【０００６】
また上記水素不足がしばしば発生すると、燃料電池の構成材料であるカーボン材が水と反応してＣＯ2となる腐食が進行し、材料劣化を起こし、装置の信頼性と寿命の観点から問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明の課題は、燃料電池の燃料水素不足の発生と、それに伴う燃料電池の構成材料の劣化を防止し、信頼性が高く長寿命の燃料電池を併用した電解用直流電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するためこの発明においては、電気分解により電解槽から発生する副生水素を、燃料電池の燃料として燃料電池に導入して直流電力を発生させ、この電力を直流／直流変換器を介して前記電気分解の電源電力の一部として利用する燃料電池を併用した電解用直流電源装置において、前記電解槽から燃料電池に導入する水素の流量を計測する流量計と、この流量計の流量計測値に基づいて燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたものとする（請求項１）。上記構成により、燃料電池に供給される水素量に見合った出力電流が燃料電池から出力されるので、燃料ガス不足の発生が防止できる。
【０００９】
また、電解槽に入力する直流電流の電流検出器の電流検出値に基づいて，電解槽から発生する副生水素量を推定しこれに見合う燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたものとする（請求項２）ことにより、前記請求項１の発明のように水素流量計を設けることなしに、燃料電池に供給される水素量に見合った出力電流を燃料電池から出力することができて，燃料ガス不足の発生を防止できる。
【００１０】
さらに、電解槽に入力する直流電流の電流検出時点から，副生水素が燃料電池に導入される時点までには、多少の時間遅れがあるので、この遅れ時間を実験で予め求めておき、この時間遅れに応じて，燃料電池からの出力のタイミングを遅らせるための時間遅れ制御要素を、前記演算制御装置に付加するものとする（請求項３）ことにより、燃料ガス不足および燃料電池の劣化をより確実に防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下にのべる。
【００１２】
図１および図２は、この発明のそれぞれ異なる実施例を示す。図１および図２において、図３の従来装置と同一部材については同一の符合を付して説明を省略する。
【００１３】
図１は、請求項１に関わる実施例を示し、図１の実施例が図３と異なる点は、図１においては、副生水素の流量計５と，演算制御装置６と，電流検出器７とを設けた点である。前述のように、流量計５の流量計測値に基づいて燃料電池の出力電流を推定演算し，演算制御装置６は、燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器４を制御する。燃料電池の出力電流の検出は、図１に示す電流検出器７によらず、直流／直流変換器４の出力側に設けるか、ＣＴ以外の別の手法で検出するようにしてもよい。上記構成により、燃料電池に供給される水素量に見合った出力電流が燃料電池から出力されるので、燃料電池における水素ガス不足の発生が防止できる。
【００１４】
図２は、請求項２または３に関わる実施例を示し、図２の実施例が図３と異なる点は、図２においては、演算制御装置６１と，電流検出器７および８とを設けた点である。前述のように、電解槽２に入力する直流電流の電流検出器８の電流検出値に基づいて、演算制御装置６１は、前記電解槽２から発生する副生水素量を推定しこれに見合う燃料電池３の出力電流を推定演算し，燃料電池３の出力電流がこの演算された値となるように直流／直流変換器４を制御する。上記によれば、上記請求項１の発明の実施例のように水素流量計を設けることなしに、燃料電池に供給される水素量に見合った出力電流を燃料電池から出力することができて，燃料ガス不足の発生を防止できる。
【００１５】
さらに、前記演算制御装置６１は、電解槽２に入力する直流電流の電流検出時点から，副生水素が燃料電池３に導入される時点までの，予め求めた所定の時間遅れに応じて，燃料電池３からの出力のタイミングを遅らせるための時間遅れ制御要素を付加したものとすることにより、燃料電池における水素ガス不足および燃料電池の劣化をより確実に防止することができる。
【００１６】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、燃料電池を併用した電解用直流電源装置において、電解槽から燃料電池に導入する水素の流量を計測する流量計と、この流量計の流量計測値に基づいて燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたものとする（請求項１）か、もしくは、電解槽に入力する直流電流の電流検出器の電流検出値に基づいて，電解槽から発生する副生水素量を推定しこれに見合う燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたものとする（請求項２）、さらに、前記演算制御装置が、電解槽に入力する直流電流の電流検出時点から，副生水素が燃料電池に導入される時点までの，予め求めた所定の時間遅れに応じて，燃料電池からの出力のタイミングを遅らせるための時間遅れ制御要素を備えたものとする（請求項３）ことにより、燃料電池の燃料水素不足の発生と、それに伴う燃料電池の構成材料の劣化を防止し、信頼性が高くかつ長寿命の，燃料電池を併用した電解用直流電源装置提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す概略構成図である。
【図２】この発明の異なる実施例を示す概略構成図である。
【図３】従来の燃料電池を併用した電解用直流電源装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：直流電源、２：電解槽、３：燃料電池、４：直流／直流変換器、５：流量計、６，６１：演算制御装置、７，８：電流検出器。
Claims (3)
- 電気分解により電解槽から発生する副生水素を、燃料電池の燃料として燃料電池に導入して直流電力を発生させ、この電力を直流／直流変換器を介して前記電気分解の電源電力の一部として利用する燃料電池を併用した電解用直流電源装置において、前記電解槽から燃料電池に導入する水素の流量を計測する流量計と、この流量計の流量計測値に基づいて燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたことを特徴とする燃料電池を併用した電解用直流電源装置。
- 電気分解により電解槽から発生する副生水素を、燃料電池の燃料として燃料電池に導入して直流電力を発生させ、この電力を直流／直流変換器を介して前記電気分解の電源電力の一部として利用する燃料電池を併用した電解用直流電源装置において、前記電解槽に入力する直流電流の電流検出器と、この電流検出器の電流検出値に基づいて，前記電解槽から発生する副生水素量を推定しこれに見合う燃料電池の出力電流を推定演算し，燃料電池の出力電流がこの演算された値となるように前記直流／直流変換器を制御する演算制御装置とを備えたことを特徴とする燃料電池を併用した電解用直流電源装置。
- 請求項２記載のものにおいて、前記演算制御装置は、電解槽に入力する直流電流の電流検出時点から，副生水素が燃料電池に導入される時点までの，予め求めた所定の時間遅れに応じて，燃料電池からの出力のタイミングを遅らせるための時間遅れ制御要素を備えたことを特徴とする燃料電池を併用した電解用直流電源装置。
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