JP5668645B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路上に設けられ、第1のガス圧の燃料ガスを前記燃料ガス流路に導入するための第1のガス導入部と、前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス圧の燃料ガスを減圧して前記燃料電池に供給する減圧弁と、前記減圧弁と前記燃料電池の間の前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス圧より低い第2のガス圧の燃料ガスを前記燃料ガス流路に導入するための第2のガス導入部とを備える燃料電池システム。
適用例1記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第1のガス導入部と前記第2のガス導入部の間の前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス導入部からの前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を遮断する遮断弁を備える燃料電池システム。
前記燃料電池は車両走行用に車両に搭載された燃料電池である適用例1または適用例2のいずれか記載の燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、車両走行用に車両に搭載された燃料電池を用いることができる。
適用例3記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池で発電した電力を、前記車両の外部の負荷に供給するための外部給電部を備える燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、燃料電池で発電した電力を、外部の負荷に供給することができる。
適用例3または適用例4に記載の燃料電池システムであって、前記車両走行用に前記車両に搭載され前記第1のガス導入部に接続されたガスタンクから前記第1のガス圧の燃料ガスが供給される燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、異なる複数のガス圧の燃料ガスを燃料電池に供給して発電を行うことができ、車両走行用に車両に搭載された第1のガスタンクを用いて発電をすることができる。
A.第1実施例:
(A1)電力供給システム:
図1は、本発明の一実施例である燃料電池システムを用いた電力供給システム10の概略構成を示す説明図である。電力供給システム10は、車両が備える車両走行用の燃料電池で発電した電力を、車両の外部にある負荷(外部負荷)に供給するためのシステムである。本実施例では、一般住宅や病院等の建物に備えられている負荷に、電力を供給する場合について説明をする。電力供給システム10は、車両20と、建物50と、低圧水素タンク40とを備える。車両20と低圧水素タンク40とは、車両20に水素を供給するための低圧水素導入路42で接続されている。車両20と建物50とは、車両20が発電した電力を送電するための外部給電部32で接続されている。
次に燃料電池システム30の構成について説明する。図2は、燃料電池システム30の構成を模式的に示した説明図である。上述したように、燃料電池システム30は、高圧水素タンク310と接続されている。高圧水素タンク310の水素ガスは、水素供給配管316を介して燃料電池330に供給される。また、高圧水素タンク310への水素ガスの充填は、水素ステーション側の高圧水素充填口と接続されている高圧水素供給口21、高圧水素供給路22、高圧水素充填口312、高圧水素充填配管314を介して行われる。
次に、燃料電池システム30が外部給電を目的として発電を行う際の、燃料電池330への水素ガスの供給の態様(水素供給態様)について説明する。燃料電池システム30は、水素供給態様A〜Cの3つの態様を採ることが可能である。
[水素供給態様A]
図3は、水素供給態様Aについて説明する説明図である。なお、図3には、水素供給態様の説明に必要な構成のみを示し、その他の構成については図示を省略した。水素供給態様Aは、燃料電池330に低圧水素タンク40からの低圧水素ガスのみを供給する供給態様である。そのため、制御部28の制御により、高圧水素遮断弁322を「閉」にして、低圧水素遮断弁328を「開」にする。すなわち、高圧水素タンク310からの高圧水素ガスは高圧水素遮断弁322の手前(上流側)で遮断されている。本実施例においては、高圧水素タンク310から高圧水素ガスは高圧水素遮断弁322によって遮断するとしたが、主止弁318を「閉」にすることによって遮断するとしてもよく、いずれの態様を採用してもよい。また、主止弁318の開閉の制御を、上記説明した車両20が備えるキーのキーポジションに連動して行うとしてもよい。例えば、キーポジションが「電源オフ」の場合には主止弁318を「閉」、「車両走行」と「外部給電」の場合には主止弁318を「開」にする制御を行うとしてもよい。
図4は、水素供給態様Bについて説明する説明図である。水素供給態様Bは、燃料電池330に高圧水素タンク310からの高圧水素ガスのみを供給する供給態様である。そのため、制御部28の制御により、高圧水素遮断弁322を「開」にして、低圧水素遮断弁328を「閉」にする。また、主止弁318は「開」の状態とする。
図5は、水素供給態様Cについて説明する説明図である。水素供給態様Cは、燃料電池330に、高圧水素タンク310と低圧水素タンク40との両方から水素ガスを供給する供給態様である。そのため、制御部28の制御により、高圧水素遮断弁322を「開」、低圧水素遮断弁328を「開」にする。また、主止弁318は「開」の状態とする。
次に第2実施例について説明をする。第2実施例における電力供給システム10の構成は、燃料電池システム30の備える弁が第1実施例と異なるのみであるので、電力供給システム10の構成についての説明は省略する。また、第2実施例における燃料電池システム30においては、水素供給態様として水素供給態様Dおよび水素供給態様Eの2種類の態様を採る。以下説明する。
第2実施例における水素供給態様の1つである水素供給態様Dについて、図7によって説明する。水素供給態様Dは、燃料電池330に低圧水素タンク40からの低圧水素ガスのみを供給する供給態様である。そのため、制御部28の制御により、三方弁329を流路構成1の状態にする。また、主止弁318は「開」の状態とする。すなわち、高圧水素タンク310からの高圧水素ガスは三方弁329の手前(上流側)で遮断されている。
図8は、水素供給態様Eについて説明する説明図である。水素供給態様Eは、燃料電池330に高圧水素タンク310からの高圧水素ガスのみを供給する供給態様である。そのため、制御部28の制御により、三方弁329を流路構成2の状態にする。また、主止弁318は「開」の状態とする。すなわち、低圧水素タンク40からの低圧水素ガスは三方弁329の手前(上流側)で遮断されている。
次に第3実施例について説明する。図9は、第3実施例における燃料電池システム30の構成を説明する説明図である。第3実施例における電力供給システム10の構成は、第1実施例における燃料電池システム30が備えている減圧弁320、高圧水素遮断弁322(第3実施例においては高圧側水素遮断弁とも呼ぶ)、低圧水素遮断弁328、低圧水素導入口326、低圧水供給路26からなるユニット、つまり、車両20の外部から水素ガスを燃料電池システム30に供給するためのユニット(以下、外部水素供給ユニットとも呼ぶ)を複数備える。第3実施例においては、外部水素供給ユニットa、外部水素供給ユニットb、外部水素供給ユニットcの3つの外部水素供給ユニットを備える。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、燃料電池システム30は車両20に搭載されている車両走行用の燃料電池システム30としたが、それに限ることなく、当初から種々の負荷への電力供給を目的として製造された発電機(非常用発電機や自家発電機、作業用発電機など)であるとしてもよい。上記実施例で説明した高圧水素ガスも、車両20に当初から備わっている高圧水素タンク310から供給されるものではなく、燃料電池システム30の外部から接続した高圧水素タンクから供給されるとしてもよいし、直接的に水素ステーションと接続して供給されるとしてもよい。また、低圧水素ガスの供給源も水素タンクに限られるものではない。例えば、水素吸蔵合金等の水素吸蔵材料や、金属水素化物等の金属水素貯蔵材料を用いてもよい。このように燃料電池システム30を当初から発電機として適用することで、種々の態様で蓄えられている水素ガス供給源から水素ガスの供給を受けて発電をすることができる。
上記実施例では、燃料電池330における燃料ガスとして燃料電池に直接に水素ガス供給する態様について説明したが、それに限ることなく、水素原子を含む燃料を改質して水素を供給する構成を採用するとしてもよい。例えば、改質燃料(天然ガス、プロパンなどの炭化水素等)を水や酸素(空気)と共に改質器に供給して、加熱することによって、水素が生成される。このようにして生成した水素を燃料電池330に供給するとしてもよい。この場合は、燃料の供給源としての水素タンクに代えて、天然ガスタンクやプロパンガスタンクを適用することで、実現することができる。このようにしても、上記実施例と同様、異なる種々のガス圧の燃料ガス供給源から燃料ガスの供給を受けて発電することができる。また、上記実施例では燃料電池として固体高分子型の燃料電池を採用したが、それに限ることなく、固体酸化物型、溶融炭酸塩型、リン酸型、アルカリ水溶液型など、種々の燃料電池を採用することができる。
上記実施例で説明した燃料電池システム30は、一般の乗用車に搭載しているとしてもよいし、バスに搭載されているものとしてもよい。特にバス等の大型車に適用することで、発電量が多くなり、外部に給電可能な電力量も増すため、電力がより安定に供給可能となり、さらに有用となる。
20…車両
21…高圧水素供給口
22…高圧水素供給路
25…低圧水素供給口
26…低圧水供給路
26a〜c…低圧水供給路
28…制御部
30…燃料電池システム
32…外部給電部
40…低圧水素タンク
40a〜c…水素タンク
42…低圧水素導入路
50…建物
52…電力制御部
310…高圧水素タンク
312…高圧水素充填口
314…高圧水素充填配管
316…水素供給配管
318…主止弁
320…減圧弁
320a〜c…減圧弁
322…高圧水素遮断弁
322a〜c…高圧側水素遮断弁
324…調圧弁
326…低圧水素導入口
328…低圧水素遮断弁
328a〜c…低圧水素遮断弁
329…三方弁
330…燃料電池
331…燃料電池セル
332…循環配管
334…循環ポンプ
336…モータ
342…空気供給配管
346…モータ
348…カソードオフガス配管
350…ラジエータ
352…冷却水循環配管
354…ウォーターポンプ
356…モータ
362…送電用ケーブル
364…送電用ケーブル
Claims (5)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路上に設けられ、第1のガス圧の燃料ガスを前記燃料ガス流路に導入するための第1のガス導入部と、
前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス圧の燃料ガスを減圧して前記燃料電池に供給する減圧弁と、
前記減圧弁と前記燃料電池の間の前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス圧より低い第2のガス圧の燃料ガスを前記燃料ガス流路に導入するための第2のガス導入部と
を備え、
前記減圧弁は、前記燃料ガス流路と前記第1のガス導入部とが接続されると共に、前記燃料ガス流路と前記第2のガス導入部とが接続されている場合に、前記第1のガス圧の燃料ガスを、前記第2のガス圧以下のガス圧の燃料ガスに減圧する
燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第1のガス導入部と前記第2のガス導入部の間の前記燃料ガス流路上に設けられ、前記第1のガス導入部からの前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を遮断する遮断弁を備える
燃料電池システム。 - 前記燃料電池は車両走行用に車両に搭載された燃料電池である請求項1または請求項2のいずれか記載の燃料電池システム。
- 請求項3記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池で発電した電力を、前記車両の外部の負荷に供給するための外部給電部を備える燃料電池システム。 - 請求項3または請求項4に記載の燃料電池システムであって、
前記車両走行用に前記車両に搭載され前記第1のガス導入部に接続されたガスタンクから前記第1のガス圧の燃料ガスが供給される燃料電池システム。
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