JPS58133789A - 燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ト７ｔ、明は燃料４．池の安疋運用に１系９、荷に一気
、ｔ　ｒｊｒ　Ｊ）４、支に貝らにズ・１　ｈｅ；　ｕ
Ｊ’　龍な吻ｄ　１４！；　ｍ　−ａ　ｔｔ　システム
ｖｃ　ｌｊＪするつ 槁科螺池は一気化学的手段により直流−力を発生させ、
これにインバータ金倉して交流−力負−丁へ一気エネル
ギーを供給する。

一般に、−″Ａ元元手手段める電気化学的な方法による
燃料−池は、燃料の供給が負荷の変動に対して、早いレ
スポンスをＭしない限り交流１１４１Ｊ負荷の変動に対
して充分なる応答時性を有する串は出来ない。特に燃料
成泡発電システムでは、燃料を電池に必着な化学的成分
に変換する改貞＊１を磁電の１１１段ＩＣ有するため、
交流側の負何賀−に対する応答が充分でない。本％明は
この燃料屯池時有の貝荷応答注の悪さ全解決するもので
、燃料電池とインバータの１−に二次−池を設けて効果
的な負荷応答時性の同上ゲ計ろうとするもので、以下本
発明の詳細について図面を参照しながら説明する。

第１図は、燃料電池の原理を示す図で天然ガスやナフサ
等の燃料ｌは、改質器２に於て水蒸気と水ぷを多く含む
ガスに［Ｘ貞さルる。即ち、次のような反応となる。

ＣＯ＋　ｋｌ＊　０→ＣＯ＊　＋Ｈ＊ このようにして造られた水素３は、燃料電池の燃料極（
陽極）４の蔓５に導かれる。

一方、電池の他方の極６には、外部より空気７が供給さ
れ室８に導かれる。他６は空気極（陰極１と呼ばれ、極
４と６の間には邂解質９が充てんさｎている。ｅｔｓ質
はイオンは通すが電子をほとんど通さない物質である。

電池としての電気化学的な作動は次のようになる。

燃料極４では外部より供給される水素（Ｈ８）が磁子を
故出し水素イオンとなる。水素イオンは’ｔｔ鱗貞内を
空気極６の方へ移動する。電子は外部回路１０−１１−
１２を通って空気極６に達する。

空気極では外部から供給され込酸素（０，）が水素イオ
ンと電子と反応し水を生ずる。

これｔ化学式で示せば 燃料極：ＨＨ→２Ｈ”−ｆ−２ｅ 空気極ニー０．＋２Ｈ”＋２ｅ→Ｈ，０となり、全体と
して Ｈ＊＋　　Ｏｎ→Ｈ，０ となる。その結果外部−ｗＩｌｏ−１１−１２金ｍれる
′−子の形で電気エネルギーがとり出される。

１３は燃料極での（？費残の燃料ガスである。１４は空
気極での消費残の空気と反応により生じた水（Ｈｌ　Ｏ
）で外部へ取出される。このようにして発生した直流の
電気エネルギーは直流の１１負萄に接続する事も可能で
あるが一般的にはインバータ１１ｔ−介して、交流電力
に変換し、電路１５を介して、負荷１６へ供給されるよ
うになっている。

第２図は実用時の電気回路を示す図で、燃料電池側々の
出力直圧が低く、゛−流容量も小さいため直並列接続し
て所望の出力容量を確保する。この為、゛電池は直列と
してその発生電圧を任意に高くした電池群２０−１〜２
０−ｎとし、これ等を並列接続してこれから取出す電流
ｄｔｔ−増大させる。

並列にした後、正極導線Ｐと負極導線Ｎはインバータ１
１に接続されて、直流を交流に変換して変圧器２１を介
して交流側負荷に接続されている。

第３図は燃料電池の″−圧圧電電流特性示すもので、燃
料−池１１１！ｌ（セル）当シの出力電流１とその端子
直圧Ｃとの関係を示す。今貧荷電流１Ａを取出す時の端
子直圧はｅ轟でｓＤ、ｉｎの時はｅｌとなる。即ち、電
池のｊｉＬ何−流（即ち発′鑞ｔ）が大きくなると七の
端子直圧は低下し、小さくなると＾くなってくる。

現在のリン酸形燃料電池の場合だと、その値はおよそｉ
＝２５０ｍＡ／ｚ”、ｅ＝０．６６Ｖ　程度である。

この値は、燃料電池の発電方式や経年変化（電池の劣化
等）等によって変化する。

又燃料電池は発熱反応であるため、高温の水蒸気も一１
１述の電気と共に発生する事となる。この事から燃料１
池は、鬼気の消費地の近くに設けられ、電気と共に水蒸
気や温水を外部へ供給する事が出来る。

このような燃料電池発電システムでは、交流側の貢＃を
動に対応した燃料電池への燃料供給を行う必要があり、
その為の改質６２のレスポンスを高速化する必要がある
が現状の技術では必らずし奄光分なる特性を有しない。

この為、改質器と電池の闇に一時的に畜えるタンクを設
ける栗等実用化されているが、配管長さによるレスポン
スおくれ等あり、急激な交流側の負荷変動には充分に応
じきれないのが実状である。

又、燃料電池が＠藏の際に発生する水蒸気等のＩＩｉＴ
Ｉｍ水の童は、電池の出力量に比例する為、温水の必要
な時に充分に供給されず、不要時に沢山発生し余る可能
性もあり経済的でない。

本発明はこれ等の欠点、即ち、負荷６答性と高温水の利
用効率向上を来す燃料電池発電システムで、以下にその
具体的内１容について説明する。

第４図は本発明の一実施例で、第２図と同一物は同一番
号で示し、第２図と相異するのは、Ｐ。

８間に２次電池２３を設けた点である。

燃料′電池にとって軽負衡時、即ち、第３図の輸１、の
ような出力電気量が少ない時には燃料電池の端子直圧は
高くなる為、２次電池２３は燃料電池２０よプ充電され
、交流負荷が急車に増加した時には燃料電池２０で対処
出来ない分は並列に設置した２次電池から自動的に電気
を放出して対処することとなる。この為、急＃に交流側
負荷が増加して改ｊ！［器２に於ける燃料改質が閣に合
わなくても例等支障なく２次電池から安定して交流側に
電″Ａ１−供給する拳が出来る。改質器からの燃料改質
が立上って瀘的な確保が出来九時点で燃料電池での発電
鬼気は、交流負荷への供給の他２次鴫池への光電用にも
伽向け、次の負荷変動に畜える事となる。

父、逆に急激に負荷が減少しても、その逆の手１１　％
即ち、改質器よりの改質燃料が少なくなるまでの閣は２
次電池の充電に発電電気量の一部を振向ける◆となる。

更に、電気の消費が少ない時に高温水が必要な場合、例
えば、住宅地に設は九燃料鴫池に於て夜間暖房用として
高温水を供給する時には電気のｗ賛は少ないがこの時、
翌朝の負荷立上り用の１気を＠鴫して２次亀池２３に畜
えておく事により高温水を効率良く発生利用する力が出
来る。

このように２次電池と燃料電池とを並列使用して上述の
如き効果が発揮出来るのは燃料電池の発成特性が第３図
の如く軽負荷時出力−圧が高い事に起因している。

２＠５図は、他の実施例を示すもので基本的な構成は第
４図と同じであるが、大きく異るのは、２次′区池の接
地極Ｅ側に開閉器２４を設けた事で２次電池の充、放電
時のみ閉路しようとする目的で平常時は燃料電池の発電
電力を全て交流負荷に供給しようとするものである。

又、電池システムを接地極を堺に２組設けて発生電気の
容量を増加させたもので、１組だけで高電圧化する場合
に比べて、電池の耐電圧が半分迄低くて済む為経済的な
発電システムとする事が出来る。即ち、燃料電池の冷却
用パイプとの絶縁や配線等が高電圧時より容易に製作出
来るからである。

更に、２次電池２３Ｆ、２３Ｎの開閉器、２４Ｐ。

２４Ｎを接地極Ｅ側に設ける事によシ開閉器の対地絶縁
を低く設計出来るため安価となる他、静止形スイッチを
用いる場合の制御回路の絶縁が不要となる等、経済的な
回路方式と云える。

又、必要に応じ、本発明では、インバータ１１を逆変換
器として運用し、燃料−池２０を図示していない開閉器
によって開路した状態で２次電池２３ｔ−光電使用して
も良い。

以上、本発明の詳細について述べたが、本発明の通用は
、リン酸形燃料透電システムに限定される事なく、任意
の燃料電池システムに適用される事が明白である。

父、本文では負荷を交流負向に限定したがインバータｌ
１１変圧器２１ｔ−介すことなく直接直流負向（例えは
電鉄や化学負荷）に適用しても本発明の効果は同一でお
る憂が明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料磁電発電システムのｇ’ｌを説明するシス
テム構成図、第２図は七〇区気回路を示す構成図、第３
図は燃料電池の電気的出力特性図、５ｇ４図、第５図は
本発明の一実施例を示す電気的なシステム構成図。 −く 第１図 第２関 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料改質器、燃料電池、からなる燃料−池晃一シス
   テムｖｃ７７！′て、燃料−池と並列に２次−池を誦就
   し１こ辛を時値とする燃料−池発亀システム。 ２、躬１項の７ステムに於て２仄４池の光、放慰市＋ｊ
   　＋ｌＩ４１用開閉−金、２欠イ池と直列に設けたψを
   特徴とする撚科嵐池発−システム。 ３、第２９４のシステムに於て、光放Ｉ１１！制御用開
   閉命を厳地堪捌に設けた拳を特徴とする燃料シ池発喝シ
   ステム。 ４０．Ａ４１項のシステムに於て、燃料電池と直列に１
   剖１イｊ命τ汲け、ＡｆＪｊｉ己囲閉姦ｒ囲一時、２次
   逓池を