JPS63314768A - 燃料電池発電装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に小形の燃料電
池発電装置に関する。

［従来の技術］ 従来の燃料電池発電装置においては、燃料電池の燃料極
に水素のような可燃性ガスを供給し、空気極に空気また
は酸素のような酸化剤を供給する。そして、これらの電
気化学反応によって発生した電気エネルギーを、燃料電
池から取り出して負荷へ供給している。燃料極へ供給す
る水素はメタノールの改質反応によって生成される。

上述のような可燃性ガスが何らかの原因によって外部に
漏れた場合、そのガスと空気とが混合して爆鳴気が形成
されるので、この混合気体に点火すると爆発するという
おそれがある。

そこで、大容量の燃料電池発電装置、すなわち火力発電
および原子力発電等の大型プラントに類似する設備を持
つ燃料電池発電装置の送風機においては、第３図に示す
ように、電源系統、制御装置および機器類に対して系統
を多重化して、非常時に対応処置がとれるようにしてい
る。

第３図において、４１，４２．４３は送風機、４４，４
５．４６は、それぞれ、送風機４１．４２．４３を制御
するコントローラである。４９は蓄電池である。第３図
に示すように、送風機４１〜４３に対する電源系統につ
いては、所内電源４７．商用型ａ４８．蓄電池４９など
のように別系統電源から整流器５０，５１．５２を介し
ての給電とし、たとえば商用電源４８の停電の際には所
内電源４７または蓄電池４９によってバックアップする
。また、制御装置４４〜４６および機器類４１〜４３に
ついても２重の系統を設け、これらのうちの１つの系統
に異常が発生した場合は、正常に機能している系統に自
動的に切り替えることによっていずれかの送風機の運転
を継続して爆鳴気の形成を防ぎ、このことによって燃料
電池発電装置の安全が確保されている。このように、大
容量の電力を出力する燃料電池発電装置においては、ス
ペースおよびｆｆｉ量に対する制約はあまりないので、
上述のような安全確保のためのシステムが可能となって
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、例えば電気自動車などの電源として使用
するための小形でかつ可搬式の小容量出力の燃料電池発
電装置においては、商用電源からの給電は困難である。

そこで、蓄電池からのみ制御装置および機器類に給電が
行われることになり、しかも小形・軽量化の必要性を考
慮すると、大容量の燃料電池発電装置のような多重系の
バックアップシステムを取り入れることは困難であると
いう問題点があった。

そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解決し、小容
量でかつ非常時においても安全を確保することのできる
燃料電池発電装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、燃料電池と、
燃料電池から出力電力を供給される蓄電池とを有する燃
料電池発電装置において、燃料電池の運転状態の異常を
検出する手段と、蓄電池に接続可能な第１および第２の
安定化電源と、第１の安定化電源に燃料電池の補機のう
ち、常用時において作動させるべき補機を接続する手段
と、第２の安定化電源に補機のうち、非常時において作
動させるべき補機を接続する手段と、検出手段からの検
出出力に応じて、蓄電池を第１および第２安定化電源の
いずれに接続するかを制御する手段とを具えたことを特
徴とする。

［作　用１ 本発明においては、燃料電池の出力側においてフローテ
ィング状態にある蓄電池に対して多重系統の電源回路を
接続したので、電源の多重化を行うにあたって、回路構
成を小形化でき、しかも、かかる小形の燃料電池発電装
置においても、電源回路自体を安定化する二とで安定し
た電源出力を供給することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。こ
こで、１は原料タンクであり、例えばメタノールおよび
水などの原料を貯蔵する。２は改質器であり、原料移送
ポンプ３により原料タンク１から移送された原料を改質
して、燃料である改質ガス）１２を生成する。

改質器２で生成された改質ガスは、燃料電池４の燃料極
４＾に供給される。５は燃焼空気ブロアであり、改質反
応に必要な空気を改質器２へ供給する。また、燃料電池
発電装置の非常停止時には改質器２内の水素ガスを追い
出す役割を果たす。６は反応空気ブロアであり、燃料電
池４の空気極４Ｂへ空気を供給する。７は冷却空気ブロ
アであり、燃料電池発電装置の通常運転時および非常停
止発生時に、燃料電池４に空気を送って燃料電池４を冷
却する。

８は窒素弁であり、改質器２を起動させる際に窒素タン
ク９に貯蔵されている窒素ガスＮ２を改質器２に流す。

一般に改質器２の起動は、窒素ガスなどの不活性ガスを
流しながら、燃料電池４の廃ガスを燃料として改質器２
のバーナを燃焼し、改質器２の触媒温度を所定の値まで
昇温させ、その後に窒素ガスの代わりに改質原料である
日２を、原料移送ポンプ３より送り込むという方法で行
われる。このようなガス置換を行う理由は、燃料電池本
体の燃料極４Ａおよび空気極４Ｂのガス圧バランスを維
持して電池の保護を図るためである。また、燃料電池発
電装置の非常停止発生時には、改質器２および燃料電池
４に窒素ガスを封入する。このような処置をとる理由は
、触媒は燃料極に供給する水素中に＠量に含まれる一酸
化炭素により被毒されるので、それぞれの触媒を保護す
るためである。

燃料電池４から出力される燃料電池出力電力は、ＤＣ／
ＤＣコンバータｌＯを介してインバータ１１に送られ、
ここで直流電力が交流電力に変換される。電力変換され
たインバータ出力電力、すなわち燃料電池出力が負荷１
２に供給される。そして、負荷１２に供給した余剰電力
で蓄電池１３を充電する。蓄電池１３はＤＣ／ＤＣＣ／
式−タ１０とインバータ１１どの間に配置されており、
非常時には燃焼空気ブロア５などの補機類へ電力を供給
する。

１４は非常停止制御回路であり、常用スイッチ１７およ
び非常用スイッチ１８の開閉を制御する機能を有する。

常用スイッチ１７および非常用スイッチ１８は、それぞ
れ、２連のスイッチであって、Ｐ側とＮ側とを同時にＯ
Ｎ、ＯＦＦさせる構成とする。

１４Ａはマイクロプロセッサなどの形態のコントローラ
であり、燃料電池発電装置全体を制御する。

１５は常用電圧調節器、１６は非常用電圧調節器であり
、それぞれ、安定化電源を構成する。常用時はスイッチ
１７が閉成され、電圧調節器１５により蓄電池１３の電
圧を調節した電力が電源ラインＰＣとＮＧとの間に供給
される。他方、非常時には、スイッチ１８が閉成され、
電圧調節器１６により蓄電池１３の電圧を調節した電力
が電源ラインＰＥとＮＥとの間に供給される。

１９は各種機器３．５〜８を制御するトランジスタなど
の形態の制御用素子、２０は電源切換用ダイオード、２
１は非常時駆動用ダイオードである。通常は、コントー
ラ１４＾より制御信号１０１を各制御用素子１９に供給
して原料移送ポンプ３．燃焼空気ブロア５０反応空気ブ
ロア６、冷却空気ブロア７゜窒素弁８などの制御を電源
ラインＰＣとＮＣとの間で行なう。非常時には、制御信
号１０１　とは無関係に、電源ラインＰＥとＮＥとの間
に機器５．７および８を接続して駆動する。このとき、
ポンプ３とブロア６とは停止状態にある。

第２図は燃料電池発電装置が非常停止を行うための検出
系の詳細例を示す。図中、第１図と同様の個所には同一
の符号を付す。第２図において、３１はガス漏れ検知器
であり、改質器２．燃料電池４および配管系から水素ガ
スが漏れた場合にこのガスを検出し、検出信号３０１が
コントローラ１４Ａおよび非常停止制御回路１４に送出
される。

３２は温度センサであり、改質器２内に設置され、改質
器２内が異常高温となった場合に、検出信号３０２がコ
ントローラ１４Ａおよび非常停止制御回路１４に送出さ
れる。

３３〜３５は電圧異常検出器であり、コントローラ１４
八に供給する制御電源用の電圧調節器３６および３７の
それぞれの出力５ｖおよび±１５Ｖなどの電圧を常時監
視する。そして、電圧調節器３６および３７が故障し、
そのために゛正常な電圧がコントローラ１４Ａに供給で
きなくなった場合は、燃料電池発電装習全体を制御する
ことが不能となって危険な状態となるので、これら検出
器３３〜３５からの異常検出信号をコントローラ１４Ａ
および非常停止制御回路１４へ送出して非常停止操作を
行う。

次に、第１図に基づいて非常時の動作について説明する
。

非常停止時には、原料移送ポンプ３および反応空気ブロ
ア６を停止させて、燃料電池４の発電機能を停止させる
。それと同時に、安全のために、燃焼空気ブロア５を作
動させて改質器２内に水素ガスを追い出し、冷却空気ブ
ロア６を作動させて燃料電池４を冷却し、さらに窒素弁
８を作動させて、改質器２および燃料電池４の各触媒を
保護するためにこれらに不活性窒素を封入する。

非常時、すなわち上述のような検出信号が出力され、コ
ントローラ１４Ａおよび非常停止制御回路１４がこの信
号を受は付けると、常用スイッチ１７をＯＦＦにし、非
常用スイッチ１８をＯＮにする。

通常は、常用スイッチ１７がＯＮの状態にあり、このと
きは燃料電池４から電力が供給され、電源ラインＰＣお
よびＮＧに電圧が発生しているが、非常用スイッチ１８
がＯＮの状態になると、電源ラインＰＥおよびＮＥに電
圧が発生する。発生した電圧は、非常用電圧調節器１６
およびダイオード２０を介して、燃焼空気ブロア５．冷
却空気ブロア７および窒素弁８を駆動する。このとき非
常停止制御回路１４は、所定時間（たとえば約１０分間
）非常用スイッチ１８をＯＮにした後にそれをＯＦＦに
するように設定しておく。

このような非常時には、ダイオード２１によって、コン
トローラ１４八から出力される制御信号１０１　とは無
関係に補機類５，７．８が駆動される。

一方、常用スイッチ１７は、非常時にはＯＦＦとなるの
で、原料移送ポンプ３および反応空気ブロア６は停止す
る。

以上のような動作により、非常時における燃料電池発電
装置の安全を確保することができる。さらに、非常用電
圧調節器１６を用いて非常時に対処するようにしている
ので、小容量の燃料電池発電装置においても安全を確保
することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、燃料電池の出
力側においてフローティング状態にある蓄電池に対して
多重系統の電源回路を接続したので、電源の多重化を行
うにあたって、回路構成を小形化でき、しかも、かかる
小形の燃料電池発電装置においても、電源回路自体を安
定化することで安定した電源出力を供給することができ
る。

このように、本発明によれば、燃料電池発電装置の小形
化が可能となると共に、その運転の安全性が確保される
ので、電源としての利用範囲も広がるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、 第２図は非常停止の検出回路の詳細例を示すブロック図
、 第３図は従来の大容量燃料電池発電装置の非常時対応例
を示す系統図である。 １・・・原料タンク、 ２・・・改質器、 ３・・・原料移送ポンプ、 ４・・・燃料電池、 ４Ａ・・・燃料極、 ４Ｂ・・・空気極、 ５・・・燃焼空気ブロア、 ６・・・反応空気ブロア、 ７・・・冷却空気ブロア、 ８・・・窒素弁、 ９・・・窒素タンク、 ｌＯ・・・ＤＣ／ＤＣＣ／式−タ、 １１・・・インバータ、 １２・・・負荷、 １３・・・蓄電池、 ｌ４・・・非常停止制御回路、 １４Ａ・・・コントローラ、 １５・・・常用電圧調節器、 １６・・・非常用電圧調節器、 １７・・・常用スイッチ、 １８・・・非常用スイッチ、 １９・・・制御用素子、 ２０・・・電源切換用ダイオード、 ２１・・・非常時駆動用ダイオード、 ３１・・・ガス漏れ検知器、 ３２・・・温度センサ、 ３３．３４．３５・・・電圧異常検出器、３６．３７・
・・制御電源用電圧調節器。 ３３〜３５；前三戸ｆ騨眺番 オ爽飄回ア各イ列を示すブロック図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料電池と、該燃料電池から出力電力を供給される
   蓄電池とを有する燃料電池発電装置において、 前記燃料電池の運転状態の異常を検出する手段と、 前記蓄電池に接続可能な第１および第２の安定化電源と
   、 前記第１の安定化電源に前記燃料電池の補機のうち、常
   用時において作動させるべき補機を接続する手段と、 前記第２の安定化電源に前記補機のうち、非常時におい
   て作動させるべき補機を接続する手段と、 前記検出手段からの検出出力に応じて、前記蓄電池を前
   記第１および第２安定化電源のいずれに接続するかを制
   御する手段と を具えたことを特徴とする燃料電池発電装 置。