JPH09129253A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH09129253A
JPH09129253A JP7284010A JP28401095A JPH09129253A JP H09129253 A JPH09129253 A JP H09129253A JP 7284010 A JP7284010 A JP 7284010A JP 28401095 A JP28401095 A JP 28401095A JP H09129253 A JPH09129253 A JP H09129253A
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JP
Japan
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fuel cell
fuel
gas engine
power
cell power
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JP7284010A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Shibata
俊昭 柴田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】補機動力の少なくとも一部を電力ではなく、ガ
スエンジンの回転動力を使い、従来より小型の装置構成
とする。 【解決手段】燃料極と空気極とを有する燃料電池本体3
と、この燃料電池本体3の空気極に空気を供給する空気
ブロワ6と、燃料電池本体3に冷却水を供給・循環させ
る冷却水ポンプとを備え、空気ブロワ6と前記冷却水ポ
ンプの少なくとも一方を、燃料電池本体3の燃料極に供
給する原燃料と同じ燃料を用いたガスエンジン5による
動力で駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極と空気極と
を有する燃料電池本体を備えた燃料電池発電装置に係
り、特に補機用動力の少なくとも一部に電力ではなく、
ガスエンジンの動力を用いた燃料電池発電装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の燃料電池発電装置を示すブ
ロック図である。同図に示すように、燃料電池発電装置
1には炭化水素などの流量fo の原燃料が供給され、こ
の原燃料が装置1内の改質器2に送られて水素リッチガ
スに改質される。この水素リッチガスの持つエネルギの
一部は燃料電池本体3で直流電力に変換され、残りのエ
ネルギは図示していないが、排気ガスや冷却水中の熱と
なる。
【0003】また、燃料電池本体3で変換された直流電
力は、インバータ4で交流電力に変換され、この変換さ
れた交流電力の一部は、装置1内の補機用電力に使用さ
れ、残りの交流電力が送電電力として装置外に出力され
る。ここで、補機用電力の使用内訳は、装置1内の空気
ブロワや冷却水ポンプの駆動、制御装置や照明用電源、
非常電源用バッテリの充電などである。
【0004】一般に、燃料電池本体3は燃料極と空気極
とを有しており、改質器2からの水素リッチガスは上記
燃料極に送られる一方、大気から空気ブロワで導入され
た空気は上記空気極に送られる。したがって、燃料電池
発電装置1には空気導入用のブロワあるいはコンプレッ
サ(以下、単にブロワという)が必要であるものの、従
来の燃料電池発電装置1では、図2に示すように上記空
気ブロワが燃料電池発電装置1からの交流電気出力の一
部を使って電動機で駆動されていた。
【0005】この電動機の電力は、燃料電池発電装置1
が発電した電力に他ならないから、改質器2内での原燃
料の反応量、燃料電池本体3が発生する電力、およびイ
ンバータ4が変換する電力はいずれも空気ブロワの電動
機が消費する電力の分だけ大きくなる。この量は送電電
力の数%、たとえば3〜5%程度にもなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の燃料電池発電装置1においては、空気ブロ
ワの動力に電動機を用いていたので、インバータ4から
の電気出力のうちの一部が、空気ブロワ用の電力に使わ
れてしまい、送電電力にはならなかった。このことは燃
料電池発電装置1に限ったことではないのであるが、発
電装置全体は送電電力に加えて発電装置自身が消費する
補機用電力と各種損失の分だけ大きめに設計・製作され
るわけである。改質器2では反応室の容積や内蔵する触
媒量、燃料電池本体3であれば積層する電池枚数、イン
バータ4であれば使用半導体スイッチの電流容量や出力
変圧器容量がいずれも大きく設計製作される。発電装置
を小型・安価にする手段方法の一つは、発電装置の容量
を大きくしている要因である補機用電力と各種損失を減
らすことにある。ただし、損失は熱損失や送電損失から
なるが、本発明とは直接には関係ないのでここでは言及
しない。
【0007】本発明の課題は、発電装置を大型・高価な
ものにしている大きな要因である補機用電力を低減する
ことにある。そこで、補機用電力を調べてみると、制御
装置、照明および非常電源用バッテリの充電などは電力
でなければならないが、空気ブロワや冷却水ポンプなど
の動力は、従来は電動機を用いてきたが、必ずしも電動
機でなくてもよい。空気ブロワや冷却水ポンプにとって
最終的に必要なのは回転動力であるから、動力さえ供給
されれば必ずしも電力は必要ではない 従来の燃料電池発電装置1においては、上記のように空
気ブロワあるいは冷却水ポンプの動力源として、燃料電
池発電装置1が出力した電力の一部を用いていたので、
装置全体はこの電力分だけ大きめの装置になり、大型で
高価な装置になっていた。
【0008】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、補機動力の少なくとも一部を電力ではなく、ガ
スエンジンの回転動力を使い、従来より小型の装置構成
の燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項1は、燃料極と空気極とを有す
る燃料電池本体と、この燃料電池本体の空気極に空気を
供給する空気ブロワと、前記燃料電池本体に冷却水を供
給・循環させる冷却水ポンプとを備えた燃料電池発電装
置において、前記空気ブロワと前記冷却水ポンプの少な
くとも一方を、前記燃料電池本体の燃料極に供給する原
燃料と同じ燃料を用いたガスエンジンによる動力で駆動
させることを特徴とする。
【0010】請求項2は、請求項1記載のガスエンジン
に使用する燃料が、原燃料を改質して前記燃料電池本体
の燃料極に供給するための水素リッチな燃料を生成する
改質器を出た後の気体であることを特徴とする。
【0011】請求項3は、請求項1記載のガスエンジン
に使用する燃料が、前記燃料電池本体の燃料極からの出
口ガスであることを特徴とする。
【0012】請求項4は、請求項1記載のガスエンジン
に使用する燃料が、内部に設けられた高温部やガスエン
ジンの排気ガスのいずれかを高温熱源として熱交換して
予熱されることを特徴とする。
【0013】請求項5は、請求項1記載のガスエンジン
に使用する空気が、内部に設けられた高温部やガスエン
ジンの排気ガスのいずれかを高温熱源として熱交換して
予熱されることを特徴とする。
【0014】請求項6は、請求項4または5記載のガス
エンジンからの排気ガスを高温熱源として、内部の低温
流体と熱交換し熱を供給することを特徴とする。
【0015】請求項7は、請求項1記載の燃料電池発電
装置において、前記ガスエンジンで空気ブロワや冷却水
ポンプの代わりに交流発電機を駆動し、この交流発電機
からの電力を起動時における補機用電源として使用する
ことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0017】図1は本発明に係る燃料電池発電装置の一
実施形態を示すブロック図である。なお、従来と同一ま
たは対応する部分には図2と同一の符号を用いて説明す
る。図1に示すように、本実施形態の燃料電池発電装置
1Aには、炭化水素などの流量fo の原燃料が供給さ
れ、この流量fo のうちの流量ff は改質器2に送られ
て水素リッチガスに改質される。この水素リッチガスの
持つエネルギの一部は、燃料極と空気極とを有する燃料
電池本体3で直流電力に変換され、この変換された直流
電力は、インバータ4で交流電力に変換される。この変
換された交流電力の一部は、装置1内の補機用電力に使
用され、残りの交流電力が送電電力として装置外に出力
される。
【0018】一方、原燃料の全燃料の流量fo のうちの
一部の流量fe は、ガスエンジン5を駆動し、その動力
で空気ブロア6を回転駆動させる。この空気ブロア6は
大気を導入して燃料電池本体3の空気極に空気を供給す
るためのものである。すなわち、本実施形態では、空気
ブロワ6の回転動力に、原燃料で駆動するガスエンジン
5を用いており、このガスエンジン5は、従来のように
原燃料→改質器2→燃料電池本体3→インバータ4→電
動機→回転動力の変換を、水素リッチガスや電力という
状態を経ないで、原燃料→ガスエンジン5→回転動力と
いうように原燃料から直接動力を取り出している。
【0019】次に、本実施形態の作用を説明する。
【0020】上記のような構成にすることにより、改質
器2にあっては改質反応量をガスエンジン分だけ減らす
ことができ、燃料電池本体3およびインバータ4にあっ
ては従来供給していた電動機の電力量分だけ発電量・変
換量を減らすことができる。すなわち、従来の装置構成
においては、ブロワ用電動機の電力分は、改質器2から
インバータ4までの構成機器、つまり発電装置全体を大
きくしていたのであるが、ガスエンジン5の導入によ
り、その容量分だけ燃料電池発電装置1Aを小型・安価
にすることができる。
【0021】このように本実施形態では、空気ブロア6
の駆動力を従来の電動機からガスエンジン5に置換する
ことにより、燃料電池発電装置1Aの定格容量を小さく
でき、その結果、小型化・低価格化を実現可能にしてい
る。この場合、ガスエンジン5は、天然ガスや石油ガス
駆動の自動車エンジンに見られるように、標準化・低価
格化の進んだ機器であることから、従来のように燃料電
池発電装置内の改質器2、燃料電池本体3およびインバ
ータ4など高価な機器の定格容量を上げるよりも、ガス
エンジン5を導入して代わりに、燃料電池発電装置内の
前記各機器の定格容量を上げる方が装置全体として極め
て小型化・低価格化に有利である。
【0022】なお、本発明では上記実施形態に限らず種
々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、空
気ブロア6の動力をガスエンジン5に置換した例につい
て説明したが、本発明の主旨から言えば空気ブロア6の
代わりに、燃料電池本体3に冷却水を供給・循環させる
冷却水ポンプでもよいわけである。その上、空気ブロア
6と上記冷却水ポンプとの双方の動力をガスエンジン5
で置換するようにしてもよい。
【0023】また、上記実施形態では、ガスエンジン5
の燃料として原燃料を用いたが、これ以外に改質器2を
出た後の気体を使用したり、または燃料電池本体3の燃
料極からの出口ガスを使用しても上記実施形態と同様の
効果が得られる。
【0024】さらに、上記実施形態においては、ガスエ
ンジン5の消費する燃料や空気をガスエンジン5自体の
排気ガスを高温熱源として熱交換して予熱したり、また
は燃料電池発電装置1Aの内部に設けられた高温部や排
気ガスを高温熱源として熱交換して予熱したりすれば、
熱効率を向上させることができる。これとは逆に、ガス
エンジン5からの排熱を燃料電池発電装置1A内の低温
流体と熱交換して有効利用することもできる。
【0025】ところで、上記の説明では、ガスエンジン
5で駆動するものが空気ブロア6または冷却水ポンプで
あったが、これ以外にガスエンジン5で交流発電機を駆
動し、その電力を燃料電池発電装置1Aの起動時の補機
用電源として使用することもできる。従来の燃料電池発
電装置1では、起動時の補機は既存の別の電源からの電
力を使用していたが、ガスエンジン5で交流発電機を駆
動すれば、原燃料さえ供給すれば、別の電源がなくとも
起動し、燃料電池本体3からの発電に至ることができ
る。その結果、災害時などの非常用電源に好適である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
によれば、燃料極と空気極とを有する燃料電池本体と、
この燃料電池本体の空気極に空気を供給する空気ブロワ
と、燃料電池本体に冷却水を供給・循環させる冷却水ポ
ンプとを備えた燃料電池発電装置において、空気ブロワ
と冷却水ポンプの少なくとも一方を、燃料電池本体の燃
料極に供給する原燃料と同じ燃料を用いたガスエンジン
による動力で駆動させることにより、ガスエンジンの容
量分だけ装置を小型化することができる。
【0027】請求項2によれば、請求項1記載のガスエ
ンジンに使用する燃料が、原燃料を改質して燃料電池本
体の燃料極に供給するための水素リッチな燃料を生成す
る改質器を出た後の気体であることにより、請求項1と
同様の効果が得られる。
【0028】請求項3によれば、請求項1記載のガスエ
ンジンに使用する燃料が、燃料電池本体の燃料極からの
出口ガスであることにより、請求項1と同様の効果が得
られる。
【0029】請求項4によれば、請求項1記載のガスエ
ンジンに使用する燃料が、内部に設けられた高温部やガ
スエンジンの排気ガスのいずれかを高温熱源として熱交
換して予熱されることにより、熱効率を向上させること
ができる。
【0030】請求項5によれば、請求項1記載のガスエ
ンジンに使用する空気が、内部に設けられた高温部やガ
スエンジンの排気ガスのいずれかを高温熱源として熱交
換して予熱されることにより、請求項4と同様の効果が
得られる。
【0031】請求項6によれば、請求項4または5記載
のガスエンジンからの排気ガスを高温熱源として、内部
の低温流体と熱交換し熱を供給することにより、ガスエ
ンジンからの排気ガスを有効に利用することができる。
【0032】請求項7によれば、請求項1記載の燃料電
池発電装置において、ガスエンジンで空気ブロワや冷却
水ポンプの代わりに交流発電機を駆動し、この交流発電
機からの電力を起動時における補機用電源として使用す
ることにより、請求項1の効果に加えて、別の電源がな
くても燃料電池発電装置を起動し、かつ発電することが
できるため、非常用電源として使用でき、汎用性を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池発電装置の一実施形態を
示すブロック図。
【図2】従来の燃料電池発電装置を示すブロック図。
【符号の説明】
1A 燃料電池発電装置 2 改質器 3 燃料電池本体 4 インバータ 5 ガスエンジン 6 空気ブロア

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極と空気極とを有する燃料電池本体
    と、この燃料電池本体の空気極に空気を供給する空気ブ
    ロワと、前記燃料電池本体に冷却水を供給・循環させる
    冷却水ポンプとを備えた燃料電池発電装置において、前
    記空気ブロワと前記冷却水ポンプの少なくとも一方を、
    前記燃料電池本体の燃料極に供給する原燃料と同じ燃料
    を用いたガスエンジンによる動力で駆動させることを特
    徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 前記ガスエンジンに使用する燃料は、原
    燃料を改質して前記燃料電池本体の燃料極に供給するた
    めの水素リッチな燃料を生成する改質器を出た後の気体
    であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電装
    置。
  3. 【請求項3】 前記ガスエンジンに使用する燃料は、前
    記燃料電池本体の燃料極からの出口ガスであることを特
    徴とする請求項1記載の燃料電池発電装置。
  4. 【請求項4】 前記ガスエンジンに使用する燃料は、内
    部に設けられた高温部やガスエンジンの排気ガスのいず
    れかを高温熱源として熱交換して予熱されることを特徴
    とする請求項1記載の燃料電池発電装置。
  5. 【請求項5】 前記ガスエンジンに使用する空気は、内
    部に設けられた高温部やガスエンジンの排気ガスのいず
    れかを高温熱源として熱交換して予熱されることを特徴
    とする請求項1記載の燃料電池発電装置。
  6. 【請求項6】 前記ガスエンジンからの排気ガスを高温
    熱源として、内部の低温流体と熱交換し熱を供給するこ
    とを特徴とする請求項4または5記載の燃料電池発電装
    置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の燃料電池発電装置におい
    て、前記ガスエンジンで空気ブロワや冷却水ポンプの代
    わりに交流発電機を駆動し、この交流発電機からの電力
    を起動時における補機用電源として使用することを特徴
    とする燃料電池発電装置。
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