JP2001143736A - Power supply system - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電力を供給するた
めの電源システムに関し、特に、燃料電池を含む電源シ
ステムに関する。The present invention relates to a power supply system for supplying electric power, and more particularly, to a power supply system including a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、燃料電池を含む電源システムとし
て、燃料電池と２次電池とを電源として備え、燃料電池
によって２次電池を充電し、充電された２次電池から負
荷に対して電力を供給するタイプの電源システムが提案
されている（例えば、特開平６−１２４７２０号公報お
よび特開平１０−４０９３１号公報など）。これらの電
源システムは、燃料電池からの電力を２次電池に充電す
る構成となっており、電気自動車の駆動用モータ等の負
荷に、電力を安定に供給することが可能となっている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a power supply system including a fuel cell, a fuel cell and a secondary battery are provided as power supplies, the secondary battery is charged by the fuel cell, and power is supplied from the charged secondary battery to a load. A power supply system of a supply type has been proposed (for example, JP-A-6-124720 and JP-A-10-40931). These power supply systems are configured to charge the secondary battery with the electric power from the fuel cell, and can stably supply the electric power to a load such as a driving motor of an electric vehicle.
【０００３】また、以上のような燃料電池と２次電池と
を電源とした電源システムに使用する燃料電池として
は、各種の発電方式の燃料電池の適用が図られている。
中でも、メタノールなどの原燃料を改質してなる改質ガ
スを燃料とするタイプの燃料電池は、システム効率に優
れているなどの各種の利点を有するため、このタイプの
燃料電池を用いた電源システムの開発が要望されてい
る。As a fuel cell used in a power supply system using the above-described fuel cell and secondary battery as power sources, various power generation type fuel cells have been applied.
Among them, a fuel cell using a reformed gas obtained by reforming a raw fuel such as methanol as a fuel has various advantages such as excellent system efficiency. There is a need for system development.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な燃料電池を含む電源システムは、停止・保管状態には
使用環境の温度に応じた温度となるため、特に、その使
用環境が寒冷地域であると、電源システムに採用されて
いる冷却媒体等の凍結温度まで低下する場合もある。こ
のような場合には、冷却媒体等の凍結により電源システ
ムが破損・劣化してしまう可能性がある。The power supply system including a fuel cell as described above has a temperature corresponding to the temperature of the use environment in the stopped / storage state. If so, the temperature may drop to the freezing temperature of the cooling medium or the like employed in the power supply system. In such a case, the power supply system may be damaged or deteriorated due to freezing of the cooling medium or the like.
【０００５】これに対して、従来、燃料電池を保温して
凍結を防止するための様々な技術が提案されている。例
えば、特開平７−１６９４７５号公報においては、外部
電源を用いずに、温度制御器により燃料電池本体内の温
度を判定して、温度低下を生じた場合に触媒燃焼器によ
り原燃料を燃焼させることで外部電源を用いずに燃料電
池を保温する方法が開示されている。また、特開平１１
−２１４０２５号公報においては、制御装置により外気
温度を判定し、外気温度が低下した場合に燃料電池を自
動的に起動して、燃料電池本体の発電運転時の発熱を利
用して冷却水の凍結を防止する方法を採用した装置が開
示されている。[0005] On the other hand, various techniques for keeping the temperature of the fuel cell warm and preventing freezing have been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-169475, the temperature inside the fuel cell body is determined by a temperature controller without using an external power supply, and when the temperature drops, the raw fuel is burned by a catalytic combustor. Thus, a method of keeping a fuel cell warm without using an external power supply has been disclosed. Also, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In JP-A-214025, the outside air temperature is determined by a control device, and when the outside air temperature decreases, the fuel cell is automatically started and the cooling water is frozen by utilizing the heat generated during the power generation operation of the fuel cell body. There is disclosed an apparatus employing a method for preventing the above.
【０００６】しかしながら、このような従来の保温技術
を、改質ガスを燃料とする燃料電池を用いた電源システ
ムに適用した場合、十分な効果を得ることはできない。
まず、特開平７−１６９４７５号公報に記載されたよう
な、外部電源を用いずに燃料電池を保温する方法では、
保温用の触媒燃焼器を追加しなければならない上、その
保温機能の作動信頼性は不十分である。また、燃料電池
本体のみを保温する方法であるため、この方法によって
燃料電池装置全体を保温することは困難である。However, when such a conventional heat retention technique is applied to a power supply system using a fuel cell using reformed gas as fuel, a sufficient effect cannot be obtained.
First, in a method for keeping a fuel cell warm without using an external power supply as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-169475,
In addition to adding a catalytic combustor for keeping heat, the operation reliability of the heat keeping function is insufficient. In addition, since only the fuel cell body is kept warm, it is difficult to keep the whole fuel cell device warm by this method.
【０００７】一方、特開平１１−２１４０２５号公報に
記載されたような、燃料電池を運転状態にして保温する
方法では、保温に必要な熱量と発電電力量の処理のバラ
ンス制御が複雑になる。また、この方法は、水素ガスを
燃料とする燃料電池を用いた電源システムに関するもの
であり、このタイプの電源システムのシステム構成や動
作原理は、改質ガスを燃料とする燃料電池を用いた電源
システムとは全く異なる。したがって、この公報に記載
された方法を、分野の異なる後者の電源システムに適用
すること自体に無理がある。On the other hand, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-214025, in which the fuel cell is kept in the operating state to keep the temperature, the balance control of the amount of heat required for keeping the temperature and the amount of generated power becomes complicated. This method relates to a power supply system using a fuel cell using hydrogen gas as a fuel. The system configuration and operating principle of this type of power supply system are based on a power supply using a fuel cell using a reformed gas as a fuel. Completely different from the system. Therefore, it is impossible to apply the method described in this publication to the latter power supply system in a different field.
【０００８】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
システムの運転停止・保管中における燃料電池装置の自
動保温機能を持たせることにより、冷却媒体等の凍結に
よるシステムの劣化・破損を防止し、起動時間を短縮で
き、且つ確実に起動可能な、信頼性の高い電源システム
を提供することである。The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art.
By providing an automatic thermal insulation function for the fuel cell device during system shutdown and storage, it is possible to prevent system deterioration and damage due to freezing of the cooling medium, etc., shorten the start-up time, and ensure reliable start-up. It is to provide a highly reliable power supply system.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池装置
内の温度を自動監視して、測定された温度に応じて既存
のポンプ類や加熱装置等の補機装置を作動させることに
より、運転停止中あるいは保管中の自動保温機能を実現
するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention automatically monitors the temperature inside a fuel cell device and operates an existing auxiliary device such as a pump or a heating device according to the measured temperature. An automatic warming function during operation stop or storage is realized.
【００１０】請求項１の発明に係る電源システムは、燃
料電池本体と、原燃料を改質用水を用いて改質器により
改質する改質ガス生成・供給系統と、空気供給系統と、
電池冷却水を循環させる冷却水系統と、各系統に設けら
れた供給・循環用の補機装置と、前記改質ガス生成・供
給系統および冷却水系統に設けられた加熱用の補機装置
と、補機装置用電源と、を有する燃料電池装置とバッテ
リー（２次電池）とを電源として備えた電源システムに
おいて、温度検出器と監視・制御装置を有することを特
徴とするものである。The power supply system according to the first aspect of the present invention includes a fuel cell main body, a reformed gas generation / supply system for reforming raw fuel by a reformer using reforming water, an air supply system,
A cooling water system for circulating battery cooling water, auxiliary equipment for supply and circulation provided in each system, and an auxiliary equipment for heating provided in the reformed gas generation and supply system and the cooling water system; A power supply system including a fuel cell device having a power supply for auxiliary equipment and a battery (secondary battery) as a power supply, characterized by including a temperature detector and a monitoring / control device.
【００１１】ここで、温度検出器は、電源システムの停
止・保管状態において、少なくとも燃料電池本体と電池
冷却水の温度を自動監視するように構成される。また、
監視・制御装置は、温度検出器からの信号を受け、この
信号から得られる測定値が保温を要する温度になった場
合に、供給・循環用の補機装置および加熱用の補機装置
のうちの、保温を要する対象に応じた補機装置を作動さ
せて保温機能を作動させるように補機装置用電源に指令
を出す装置である。Here, the temperature detector is configured to automatically monitor at least the temperatures of the fuel cell main body and the battery cooling water when the power supply system is stopped and stored. Also,
The monitoring / control device receives a signal from the temperature detector, and when the measured value obtained from the signal reaches a temperature that requires heat insulation, the monitoring / control device includes a supply / circulation auxiliary device and a heating auxiliary device. This is a device for issuing a command to an auxiliary device power supply to operate an auxiliary device corresponding to an object requiring heat retention and to activate a heat retention function.
【００１２】この電源システムにおいて、監視・制御装
置は、システムの運転停止中あるいは保管中に、凍結の
おそれのある燃料電池本体やその電池冷却水の温度を監
視する温度検出器の信号を受け、測定値が予め設定され
た基準温度になった場合に、補機装置用電源に指令を出
す。この指令によって、燃料供給ポンプ、冷却水循環ポ
ンプ、および空気供給用ブロワなどの供給・循環用の補
機装置や、電池冷却水の加熱装置などの加熱用の補機装
置を起動し、冷却水を暖めることができ、この暖められ
た冷却水によって燃料電池本体を暖めることができる。
したがって、運転停止中あるいは保管中における燃料電
池装置の自動保温機能を持たせることができるため、冷
却水等の凍結によるシステムの劣化・破損を防止するこ
とができる。In the power supply system, the monitoring / control device receives a signal from a temperature detector for monitoring the temperature of the fuel cell main body and the cooling water of the fuel cell, which may be frozen, while the system is stopped or stored, When the measured value reaches a preset reference temperature, a command is issued to the auxiliary device power supply. With this command, auxiliary equipment for supply and circulation such as a fuel supply pump, cooling water circulation pump, and air supply blower, and heating auxiliary equipment such as a battery cooling water heating device are started to supply cooling water. The fuel cell body can be heated, and the fuel cell body can be warmed by the heated cooling water.
Therefore, it is possible to provide the fuel cell device with an automatic warming function during operation stop or storage, so that deterioration and breakage of the system due to freezing of cooling water or the like can be prevented.
【００１３】請求項２の発明に係る電源システムは、請
求項１の電源システムにおいて、改質ガス生成・供給系
統が、原燃料を貯蔵する燃料タンクと改質用水を貯蔵す
る水タンクとを個別に有し、原燃料と改質用水を改質器
に個別に供給するように構成され、温度検出器が、燃料
電池本体と電池冷却水の温度に加えて改質器と改質用水
の温度についても自動監視するように構成されたことを
特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the power supply system of the first aspect, the reformed gas generation / supply system includes a separate fuel tank for storing raw fuel and a water tank for storing reforming water. And the temperature detector detects the temperature of the reformer and the temperature of the reforming water in addition to the temperature of the fuel cell body and the battery cooling water. Is also configured to be automatically monitored.
【００１４】この電源システムにおいて、監視・制御装
置は、システムの運転停止中あるいは保管中に、凍結の
おそれのある燃料電池本体やその電池冷却水の温度に加
えて、同様に凍結のおそれのある改質器や改質用水の温
度を監視する温度検出器の信号を受け、測定値が予め設
定された基準温度になった場合に、補機装置用電源に指
令を出す。この指令によって、燃料供給ポンプ、冷却水
循環ポンプ、および空気供給用ブロワや、電池冷却水の
加熱装置などに加えて、改質器の加熱装置などを起動し
て、冷却水および燃料電池本体を暖めると共に、改質器
や改質用水を暖めることができる。したがって、改質器
や改質用水に凍結のおそれがある場合にも、これらを確
実に暖めることができ、燃料電池装置に十分な自動保温
機能を持たせることができる。[0014] In this power supply system, the monitoring and control device may also freeze in addition to the temperature of the fuel cell main body and its cell cooling water which may freeze during the operation stop or storage of the system. When a signal from a temperature detector that monitors the temperature of the reformer or the reforming water is received and a measured value reaches a preset reference temperature, a command is issued to an auxiliary device power supply. By this command, in addition to the fuel supply pump, the cooling water circulation pump, the air supply blower, the battery cooling water heating device, etc., the heating device of the reformer is started to warm the cooling water and the fuel cell body. At the same time, the reformer and the reforming water can be warmed. Therefore, even when the reformer and the reforming water may be frozen, they can be reliably heated, and the fuel cell device can have a sufficient automatic heat-retaining function.
【００１５】請求項３の発明に係る電源システムは、請
求項１の電源システムにおいて、改質ガス生成・供給系
統が、原燃料を貯蔵する手段と改質用水を貯蔵する手段
を統合した混合燃料貯蔵タンクを有し、加熱用の補機装
置に供給するための保温用燃料の貯蔵タンクが、混合燃
料貯蔵タンクとは別に設けられたことを特徴とするもの
である。According to a third aspect of the present invention, there is provided the power supply system according to the first aspect, wherein the reformed gas generation / supply system integrates means for storing raw fuel and means for storing reforming water. A storage tank for storing heat-retaining fuel for supplying a heating auxiliary device with a storage tank is provided separately from the mixed fuel storage tank.
【００１６】この電源システムにおいては、燃料タンク
と水タンクとを個別に設けた場合に比べて、メタノール
などの原燃料と改質用水との混合液を使用することか
ら、その混合比に応じて凍結温度を十分に低くすること
ができるため、寒冷地域においても混合液が凍結するお
それはなく、改質器や改質用水の保温が不要となる。そ
の一方で、加熱用の補機装置に対しては、保温用燃料を
供給することができるため、燃料電池本体やその電池冷
却水を確実に暖めることができ、請求項２の電源システ
ムと同様に、燃料電池装置に十分な自動保温機能を持た
せることができる。In this power supply system, a mixed solution of a raw fuel such as methanol and reforming water is used as compared with a case where a fuel tank and a water tank are separately provided. Since the freezing temperature can be made sufficiently low, there is no possibility that the liquid mixture is frozen even in a cold region, and the need for keeping the reformer and the water for reforming warm is unnecessary. On the other hand, since the fuel for heat retention can be supplied to the auxiliary device for heating, the fuel cell main body and the battery cooling water thereof can be reliably warmed. In addition, the fuel cell device can be provided with a sufficient automatic heat retention function.
【００１７】請求項４の発明に係る電源システムは、請
求項１〜３のいずれか１項の電源システムにおいて、バ
ッテリーが補機装置用電源として兼用されたことを特徴
とするものである。この電源システムにおいては、外部
電源を必要とすることなく、補機装置用電源として働く
バッテリーにより自立的に保温機能を実現することがで
きる。A power supply system according to a fourth aspect of the present invention is the power supply system according to any one of the first to third aspects, wherein a battery is also used as a power supply for auxiliary equipment. In this power supply system, the battery functioning as a power supply for auxiliary equipment can independently realize the heat retaining function without requiring an external power supply.
【００１８】請求項５の発明に係る電源システムは、請
求項４の電源システムにおいて、電源システムを自動的
に始動させる始動装置と、バッテリーの残存容量を監視
する残存容量モニタを有し、監視・制御装置が次のよう
に構成されたことを特徴とするものである。すなわち、
監視・制御装置は、残存容量モニタからの信号を受け、
この信号から得られる残存容量が不足状態になった場合
に、始動装置に指令を出すことによりこの始動装置を作
動させて燃料電池装置を発電状態とし、バッテリーを充
電させるように構成される。A power supply system according to a fifth aspect of the present invention is the power supply system according to the fourth aspect, further comprising a starting device for automatically starting the power supply system, and a remaining capacity monitor for monitoring the remaining capacity of the battery. The control device is configured as follows. That is,
The monitoring and control device receives the signal from the remaining capacity monitor,
When the remaining capacity obtained from this signal becomes insufficient, a command is issued to the starting device to operate the starting device to put the fuel cell device into a power generation state and charge the battery.
【００１９】この電源システムにおいては、外部電源を
必要とすることなく、かつ、バッテリー容量に大きな余
裕を持たせなくても、バッテリーの残存容量が不足状態
になった時点で燃料電池装置を自動的に発電させてバッ
テリーを充電することができる。したがって、バッテリ
ー容量に制約されることなく、長期に亘って自動保温機
能を維持することができる。In this power supply system, the fuel cell device is automatically activated when the remaining battery capacity becomes insufficient without the need for an external power supply and without giving a large margin to the battery capacity. To generate electricity to charge the battery. Therefore, the automatic heat retaining function can be maintained for a long time without being limited by the battery capacity.
【００２０】請求項６の発明に係る電源システムは、請
求項１〜５のいずれか１項の電源システムにおいて、監
視・制御装置が、電源システムの停止・保管状態におい
て、保温機能が作動しない通常停止モードと保温機能が
自動的に作動する保温停止モードのいずれかに切替え可
能な機能を有することを特徴とするものである。この電
源システムにおいては、凍結の心配がない場合には通常
停止モードにすることにより、保温機能の無駄な作動を
防止できる。したがって、保温機能の無駄な作動に伴う
無駄な電力の消費を防止できる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the power supply system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the monitoring / control device does not operate the heat retaining function when the power supply system is stopped or stored. It is characterized by having a function that can be switched between a stop mode and a heat retention stop mode in which a heat retention function is automatically operated. In this power supply system, when there is no fear of freezing, by setting the normal stop mode, useless operation of the heat retaining function can be prevented. Therefore, it is possible to prevent useless power consumption due to useless operation of the heat retaining function.
【００２１】請求項７の発明に係る電源システムは、請
求項１〜６のいずれか１項の電源システムにおいて、冷
却水系統が、加熱用の補機装置として燃焼バーナを有す
ることを特徴とするものである。この電源システムにお
いては、保温機能の作動に要する消費電力をできる限り
削減することができるため、少ない消費電力で保温機能
を長時間維持することができる。A power supply system according to a seventh aspect of the present invention is the power supply system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the cooling water system has a combustion burner as an auxiliary device for heating. Things. In this power supply system, the power consumption required for the operation of the heat retaining function can be reduced as much as possible, so that the heat retaining function can be maintained for a long time with low power consumption.
【００２２】請求項８の発明に係る電源システムは、請
求項１〜６のいずれか１項の電源システムにおいて、冷
却水系統が、加熱用の補機装置として電気ヒータを有す
ることを特徴とするものである。この電源システムにお
いては、請求項７の電源システムに比べて、外部電源の
電力を消費するものの、同様の保温機能が得られる。According to an eighth aspect of the present invention, in the power supply system according to any one of the first to sixth aspects, the cooling water system has an electric heater as a heating auxiliary device. Things. In this power supply system, although the power of the external power supply is consumed as compared with the power supply system of claim 7, the same heat retaining function can be obtained.
【００２３】請求項９の発明に係る電源システムは、請
求項１〜８のいずれか１項の電源システムにおいて、補
機装置用電源として商用電源を使用することを特徴とす
るものである。この電源システムにおいては、バッテリ
ーの容量に制約されることなく、商用電源からの電力に
より、長期に亘り高い信頼性を持って自動保温機能を維
持することができる。A power supply system according to a ninth aspect of the present invention is the power supply system according to any one of the first to eighth aspects, wherein a commercial power supply is used as a power supply for auxiliary equipment. In this power supply system, the automatic warming function can be maintained with high reliability over a long period of time by using electric power from a commercial power supply without being limited by the capacity of the battery.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】［１．第１の実施の形態］ ［１−１．電源システム全体の構成］以下には、本発明
の燃料電池装置とバッテリ−からなるハイブリッド電源
システムにおける好適な実施の形態について、図１およ
び図２を参照して詳細に説明する。まず、図１は、燃料
電池装置およびバッテリ−を電源として備えた電源シス
テムを電気自動車等の負荷装置に接続した構成の概略を
示すブロック図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [1. First Embodiment] [1-1. Overall Configuration of Power Supply System] Hereinafter, a preferred embodiment of a hybrid power supply system including a fuel cell device and a battery according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration in which a power supply system including a fuel cell device and a battery as a power supply is connected to a load device such as an electric vehicle.
【００２５】この図１に示すように、本実施の形態の電
源システムは、電源として働く燃料電池装置１およびバ
ッテリ−２に加えて、監視・制御装置３、リレー４、始
動装置５、残存容量モニタ６、およびスイッチ７、を主
な構成要素としており、この電源システムに電気自動車
等の負荷装置８が接続されている。以下には、この電源
システムの各構成要素および負荷装置について順次説明
する。As shown in FIG. 1, the power supply system according to the present embodiment includes a monitoring / control device 3, a relay 4, a starting device 5, a remaining capacity, in addition to a fuel cell device 1 and a battery 2 serving as power sources. A monitor 6 and a switch 7 are main components, and a load device 8 such as an electric vehicle is connected to the power supply system. Hereinafter, each component and load device of the power supply system will be sequentially described.
【００２６】燃料電池装置１は、スイッチ７やリレー４
を介してバッテリー（２次電池）２および負荷装置８と
それぞれ接続可能になっている。このような回路の接続
状態によって、燃料電池装置１は、バッテリー２を充電
したり、負荷装置８を駆動したりするようになってい
る。The fuel cell device 1 includes a switch 7 and a relay 4
Via a battery (secondary battery) 2 and a load device 8. Depending on the connection state of such a circuit, the fuel cell device 1 charges the battery 2 and drives the load device 8.
【００２７】バッテリー２は、燃料電池装置１とともに
負荷装置８に電力を供給する電源装置である。本実施の
形態では、リチウムバッテリーを用いたが、ニッケル水
素バッテリーや鉛蓄電池など他種の２次電池を用いるこ
ともできる。このバッテリー２は、後述するように、電
源システムの始動時には負荷装置８を駆動する主要電源
として働く必要があるため、バッテリー２の容量は、予
想される運転条件などに基づいて所定の余裕を持たせた
ものとなっている。The battery 2 is a power supply for supplying power to the load device 8 together with the fuel cell device 1. In the present embodiment, a lithium battery is used, but another type of secondary battery such as a nickel-metal hydride battery or a lead storage battery can be used. Since the battery 2 needs to function as a main power source for driving the load device 8 at the time of starting the power supply system, as described later, the capacity of the battery 2 has a predetermined margin based on expected operating conditions and the like. It has been made.
【００２８】負荷装置８は、燃料電池装置１やバッテリ
ー２からの電力の供給を受けて駆動力を発生するように
なっている。この駆動力は、例えば、電源システムを搭
載する車両における車軸を介して車両の前輪および／ま
たは後輪に伝えられ、車両を走行させる駆動力となる。
この負荷装置８は、監視・制御装置３の制御を受ける。
監視・制御装置３は、操作員の負荷指令にしたがって、
負荷装置４に指令を出し、指令どおりの負荷運転させる
ための信号のやり取りをするようになっている。The load device 8 receives driving power from the fuel cell device 1 and the battery 2 to generate a driving force. This driving force is transmitted to, for example, front wheels and / or rear wheels of a vehicle equipped with a power supply system via an axle, and becomes driving force for running the vehicle.
The load device 8 is controlled by the monitoring / control device 3.
The monitoring / control device 3 operates according to the load command of the operator.
A command is issued to the load device 4 and signals are exchanged for performing the load operation according to the command.
【００２９】［１−２．燃料電池装置の構成］図２は、
図１の燃料電池装置１の構成を示すブロック図である。
まず、燃料電池装置１を構成する燃料電池本体１１は、
固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である
単セルを複数積層したスタック構造を有している。この
燃料電池本体１は、負極側に水素を含有する燃料ガスの
供給を受け、正極側には酸素を含有する酸化ガスの供給
を受けて、以下に示す電気化学反応によって起電力を得
るようになっている。[1-2. Configuration of Fuel Cell Device] FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the fuel cell device 1 of FIG.
First, the fuel cell main body 11 constituting the fuel cell device 1 includes:
The fuel cell is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of unit cells as constituent units are stacked. The fuel cell body 1 receives a supply of a fuel gas containing hydrogen on the negative electrode side and a supply of an oxidizing gas containing oxygen on the positive electrode side so as to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction described below. Has become.
【化１】 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１） (1/2)Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2 Ｏ …（２） Ｈ2 ＋ (1/2)Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ …（３） ここで、（１）式は負極側におけるアノード電極反応、
（２）式は正極側におけるカソード電極反応、をそれぞ
れ示し、（３）式は電池全体で起こる反応を表してい
る。H2 → 2H ++ 2e− (1) (1/2) O2 + 2H ++ 2e− → H2O (2) H2 + (1/2) O2 → H2O (3) where ( Equation 1) is an anode electrode reaction on the negative electrode side,
Equation (2) shows the cathode electrode reaction on the positive electrode side, and equation (3) shows the reaction occurring in the entire battery.
【００３０】この燃料電池装置１は、主な構成要素とし
てまず、燃料電池本体１１、燃料電池本体１１に改質ガ
スを供給するための改質ガス生成・供給系統１２、燃料
電池本体１１に空気を供給するための空気供給系統１
３、燃料電池本体１１用の冷却水を循環させる冷却水系
統１４、ポンプ類等の補機装置および監視・制御装置３
に電力を供給する補機装置用電源１５等を備えている。
そして、この燃料電池装置１は、これらの構成要素に加
えて、本発明に従って配置された複数の温度検出器１６
〜１９を備えており、これらの温度検出器１６〜１９か
らの信号に基づいて、前述した監視・制御装置３によっ
て監視・制御されるようになっている。以下には、各部
の構成について順次説明する。The fuel cell device 1 includes, as main components, a fuel cell main body 11, a reformed gas generation / supply system 12 for supplying reformed gas to the fuel cell main body 11, and air supplied to the fuel cell main body 11. Air supply system 1 for supplying air
3. Cooling water system 14 for circulating cooling water for fuel cell body 11, auxiliary equipment such as pumps, and monitoring / control device 3.
And an auxiliary device power supply 15 for supplying power to the power supply.
The fuel cell device 1 includes, in addition to these components, a plurality of temperature detectors 16 arranged according to the present invention.
To 19 are monitored and controlled by the monitoring and control device 3 based on the signals from the temperature detectors 16 to 19. Hereinafter, the configuration of each unit will be sequentially described.
【００３１】燃料電池本体１１は、水素含有ガスを供給
する流路を持つアノード（負極）２１、酸化ガスを含有
する空気を供給する流路を持つカソード（正極）２２、
および上記反応で生じた熱を外部に排出する機能を有す
る冷却水を供給する流路を持つ冷却室２３からなる。The fuel cell body 11 includes an anode (negative electrode) 21 having a flow path for supplying a hydrogen-containing gas, a cathode (positive electrode) 22 having a flow path for supplying air containing an oxidizing gas,
And a cooling chamber 23 having a flow path for supplying cooling water having a function of discharging heat generated by the reaction to the outside.
【００３２】改質ガス生成・供給系統１２は、燃料タン
ク２４と水タンク用加熱装置２５を有する水タンク２６
から燃料供給ポンプ２７および水供給ポンプ２８によ
り、それぞれ蒸発器（図示せず）を経由して原燃料ガス
および水を供給し、改質器加熱用バーナ２９を有する改
質器３０において水素リッチな燃料ガスを生成し、この
水素リッチな燃料ガスを燃料電池本体１１のアノード２
１に供給するようになっている。空気供給系統１３は、
ブロワ３１を備えており、このブロワ３１によって燃料
電池本体１１のカソード２２へ空気を供給するようにな
っている。The reformed gas generation / supply system 12 includes a water tank 26 having a fuel tank 24 and a water tank heating device 25.
The raw fuel gas and the water are supplied from the fuel supply pump 27 and the water supply pump 28 via an evaporator (not shown), respectively, and the hydrogen-rich gas is supplied to the reformer 30 having the reformer heating burner 29. A fuel gas is generated, and the hydrogen-rich fuel gas is supplied to the anode 2 of the fuel cell body 11.
1 is supplied. The air supply system 13
A blower 31 is provided, and the blower 31 supplies air to the cathode 22 of the fuel cell main body 11.
【００３３】冷却水系統１４は、燃料電池本体１１の冷
却水出口から順に、冷却水アキュムレータ３２、冷却水
循環ポンプ３３、および冷却水熱交換器３４を備えてい
る。ここで、冷却水熱交換器３４は、温度を下げる機能
を有する放熱器３５と温度を上げる機能を有する冷却水
加熱用バーナ３６を備えており、これらの放熱器３５お
よび冷却水加熱用バーナ３６を用いて燃料電池本体１１
に供給する冷却水の温度を制御するようになっている。
補機装置用電源１５は、監視・制御装置３による制御の
下で、燃料供給ポンプ２７、冷却水循環ポンプ３３、お
よびブロワ３１等のポンプ類および監視・制御装置３に
対して電力を供給するようになっている。この補機装置
用電源１５は商用電源である。The cooling water system 14 includes a cooling water accumulator 32, a cooling water circulation pump 33, and a cooling water heat exchanger 34 in order from the cooling water outlet of the fuel cell main body 11. Here, the cooling water heat exchanger 34 includes a radiator 35 having a function of lowering the temperature and a burner 36 for heating the cooling water having a function of raising the temperature. The radiator 35 and the burner 36 for cooling the water are provided. Using the fuel cell body 11
The temperature of the cooling water supplied to is controlled.
The auxiliary device power supply 15 supplies power to the pumps such as the fuel supply pump 27, the cooling water circulation pump 33, and the blower 31 and the monitoring / control device 3 under the control of the monitoring / control device 3. It has become. The auxiliary device power supply 15 is a commercial power supply.
【００３４】複数の温度検出器１６〜１９のうち、温度
検出器１６は、冷却水アキュムレータ３２の冷却水温度
を検出する冷却水温度検出器であり、温度検出器１７
は、燃料電池本体１１の温度を検出する電池温度検出器
である。また、温度検出器１８は、改質器３０の温度を
検出する改質器温度検出器であり、温度検出器１９は、
水タンク２６の温度を検出する水タンク温度検出器であ
る。Among the plurality of temperature detectors 16 to 19, the temperature detector 16 is a cooling water temperature detector for detecting the cooling water temperature of the cooling water accumulator 32.
Is a battery temperature detector for detecting the temperature of the fuel cell main body 11. Further, the temperature detector 18 is a reformer temperature detector that detects the temperature of the reformer 30.
This is a water tank temperature detector that detects the temperature of the water tank 26.
【００３５】一方、改質ガス生成・供給系統１２におい
て、燃料タンク２４から燃料供給ポンプ２７によって改
質器３０に原燃料ガスを供給するライン上には燃料用第
１開閉弁３７が設けられている。加えて、燃料供給ポン
プ２７によって冷却水熱交換器３４の冷却水加熱用バー
ナ３６に原燃料ガスを供給するラインも設けられてお
り、このライン上には燃料用第２開閉弁３８が設けられ
ている。On the other hand, in the reformed gas generation / supply system 12, a first fuel on-off valve 37 is provided on a line for supplying raw fuel gas from the fuel tank 24 to the reformer 30 by the fuel supply pump 27. I have. In addition, a line for supplying raw fuel gas to the cooling water heating burner 36 of the cooling water heat exchanger 34 by the fuel supply pump 27 is also provided, and a second fuel on-off valve 38 is provided on this line. ing.
【００３６】また、空気供給系統１３において、ブロワ
３１によって燃料電池本体１１のカソード２２に空気を
供給するライン上には空気用第１開閉弁３９が設けられ
ている。加えて、ブロワ３１によって冷却水熱交換器３
４の冷却水加熱用バーナ３６に空気を供給するラインも
設けられており、このライン上には空気用第２開閉弁４
０が設けられている。In the air supply system 13, a first air opening / closing valve 39 is provided on a line for supplying air to the cathode 22 of the fuel cell body 11 by the blower 31. In addition, the cooling water heat exchanger 3
A line for supplying air to the cooling water heating burner 36 is also provided, and a second air opening / closing valve 4 is provided on this line.
0 is provided.
【００３７】なお、図面の簡略化の観点から図示してい
ないが、改質ガス生成・供給系統１２および空気供給系
統１３には、上記のような冷却水加熱用バーナ３６に対
して原燃料ガスや空気を供給するラインと同様に、改質
器加熱用バーナ２９に対して原燃料ガスや空気を供給す
るラインも設けられており、各ラインには同様の開閉弁
が設けられている。Although not shown from the viewpoint of simplification of the drawing, the reformed gas generation / supply system 12 and the air supply system 13 have the raw fuel gas supplied to the cooling water heating burner 36 as described above. Similarly to the line for supplying fuel and air, a line for supplying raw fuel gas and air to the reformer heating burner 29 is also provided, and each line is provided with a similar on-off valve.
【００３８】そしてまた、冷却水加熱用バーナ３６や改
質器加熱用バーナ２９の燃焼排ガスは、水タンク用加熱
装置２５に送られるようになっており、この水タンク用
加熱装置２５で水タンク２６内の水を暖めた後、大気中
に放出されるようになっている。The combustion exhaust gas from the cooling water heating burner 36 and the reformer heating burner 29 is sent to the water tank heating device 25. After the water in 26 is warmed, it is released to the atmosphere.
【００３９】一方、監視・制御装置３は、図２に示すよ
うに、運転制御機能、保温機能、自動起動機能、停止モ
ード切替機能等の機能を有する。まず、図２に示す燃料
電池装置１においては、接続される負荷の大きさに応じ
て、燃料ガス供給量および酸化ガスである空気供給量を
調節することにより、出力を制御することができるが、
監視・制御装置３は、そのような出力制御を行う運転制
御機能を有している。すなわち、監視・制御装置３は、
接続される負荷の大きさに応じて補機装置用電源１５に
指令を出し、燃料供給ポンプ２７およびブロワ３１を起
動・停止または出力調節させることによって、燃料電池
装置１の出力制御を行うようになっている。On the other hand, as shown in FIG. 2, the monitoring / control device 3 has an operation control function, a heat retaining function, an automatic start function, a stop mode switching function, and the like. First, in the fuel cell device 1 shown in FIG. 2, the output can be controlled by adjusting the fuel gas supply amount and the air supply amount as the oxidizing gas according to the magnitude of the connected load. ,
The monitoring / control device 3 has an operation control function for performing such output control. That is, the monitoring / control device 3
A command is issued to the auxiliary device power supply 15 in accordance with the magnitude of the connected load, and the output control of the fuel cell device 1 is performed by starting / stopping or adjusting the output of the fuel supply pump 27 and the blower 31. Has become.
【００４０】また、監視・制御装置３は、温度検出器１
６〜１９で得られた測定値を予め設定された基準温度と
比較し、必要に応じて補機装置用電源１５に指令を出
し、ポンプ類２７，３１，３３、および開閉弁３７〜４
０の起動・停止または出力や開度を制御することによ
り、保温機能を実現するようになっている。The monitoring / control device 3 includes a temperature detector 1
The measured values obtained in 6 to 19 are compared with a preset reference temperature, and a command is issued to the auxiliary device power supply 15 as necessary, and the pumps 27, 31, 33 and the on-off valves 37 to 4 are output.
By controlling the start / stop of 0, or the output and the degree of opening, a heat retention function is realized.
【００４１】［１−３．改質反応］図２において、燃料
タンク２４にはメタノールが用意されており、改質器３
０は、燃料タンク２４および水タンク２６からメタノー
ルおよび水の供給を受ける。そして、改質器３０におい
ては、供給されたメタノールを原燃料として水蒸気改質
法による改質を行い、水素リッチな燃料ガスを生成す
る。以下には、改質器３０内部で行われる改質反応を示
す。[1-3. In FIG. 2, methanol is prepared in the fuel tank 24 and the reformer 3
0 is supplied with methanol and water from the fuel tank 24 and the water tank 26. Then, the reformer 30 performs reforming by the steam reforming method using the supplied methanol as a raw fuel to generate a hydrogen-rich fuel gas. Hereinafter, a reforming reaction performed inside the reformer 30 will be described.
【化２】 ＣＨ3 ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2 …（４） ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋Ｈ2 …（５） ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋３Ｈ2 …（６）CH3OH → CO + 2H2 (4) CO + H2O → CO2 + H2 (5) CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 (6)
【００４２】改質器３０で行われるメタノールの改質反
応は、（４）式で表されるメタノ―ルの分解反応と
（５）式で表される一酸化炭素の変成反応とが同時に進
行し、全体として（６）式の反応が起きる。このような
改質反応は、全体として吸熱反応である。改質器３０で
生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料供給路を介し
て燃料電池本体１１に供給され、各単セルにおいてアノ
ードに供給され、（１）式に示したアノード電極反応に
供される。In the methanol reforming reaction performed in the reformer 30, the decomposition reaction of methanol represented by the formula (4) and the shift reaction of carbon monoxide represented by the formula (5) simultaneously proceed. Then, the reaction of the formula (6) occurs as a whole. Such a reforming reaction is an endothermic reaction as a whole. The hydrogen-rich fuel gas generated in the reformer 30 is supplied to the fuel cell main body 11 through a fuel supply path, supplied to the anode in each single cell, and supplied to the anode electrode reaction shown in the equation (1). Is done.
【００４３】一方、ブロワ３１は、外部から取り込んだ
空気を燃料電池本体１１に供給する。この空気は、燃料
電池本体１１内の各単セルにおいて、カソードに供給さ
れ、（２）式に示したカソード電極反応に供される。On the other hand, the blower 31 supplies the air taken in from the outside to the fuel cell main body 11. This air is supplied to the cathode in each single cell in the fuel cell main body 11, and is subjected to the cathode electrode reaction shown in equation (2).
【００４４】なお、ここでいう単セルとは、デュポン社
製の“Ｎａｆｉｏｎ”膜のような固体高分子イオン伝導
性の膜をアノード電極とカソード電極の間に挟持した最
小単位の発電素子をいう。燃料電池本体１１は、この単
セルを、燃料および空気の供給路をそれぞれ有するセパ
レータを介して多数積層して構成されている。冷却室は
各セル毎あるいは数セル毎に設置されている。このよう
に、燃料電池本体１１は、実際には多数の単セルを多数
積層して構成されているが、図２においては、図面の簡
略化の観点から、燃料電池本体１１を模式的に示してい
る。Note that the term "single cell" as used herein refers to a minimum unit of a power generating element in which a solid polymer ion conductive membrane such as "Nafion" membrane manufactured by DuPont is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode. . The fuel cell main body 11 is configured by laminating a large number of the single cells via separators each having a fuel and air supply path. The cooling chamber is provided for each cell or every several cells. As described above, the fuel cell main body 11 is actually configured by stacking a large number of single cells, but FIG. 2 schematically shows the fuel cell main body 11 from the viewpoint of simplification of the drawing. ing.
【００４５】また、既述したように、改質器３０におけ
る改質反応は吸熱反応であって外部から熱の供給が必要
であるため、改質器３０の内部には、改質器加熱用バー
ナ２９が設けられている。この改質器加熱用バーナ２９
には、燃料電池本体１１内のアノード電極反応で使用さ
れた後の燃料排ガスと、ブロワ３１によって供給されカ
ソード電極反応で使用された後の空気排ガスとが供給さ
れて燃焼に用いられ、改質反応に必要な熱量を供給す
る。As described above, the reforming reaction in the reformer 30 is an endothermic reaction and requires the supply of heat from the outside. A burner 29 is provided. This reformer heating burner 29
Are supplied with the fuel exhaust gas used in the anode electrode reaction in the fuel cell body 11 and the air exhaust gas supplied by the blower 31 and used in the cathode electrode reaction, and used for combustion and reformed. Supply the heat required for the reaction.
【００４６】［１−４．作用］本実施の形態に係る電源
システムの作用は次の通りである。まず、電源システム
の運転停止・保管時において、監視・制御装置３は、補
機装置用電源１５からの電力により常時制御状態に維持
されている。この状態で、冷却水温度検出器１６、電池
温度検出器１７、改質器温度検出器１８、および水タン
ク温度検出器１９の少なくともいずれか一つの信号を受
けて、その測定値が予め設定されている基準温度に近づ
いた場合に、監視・制御装置３は、補機装置用電源１５
に指令を出し、燃料供給ポンプ２７、冷却水循環ポンプ
３３、およびブロワ３１を作動させると共に、開閉弁３
７〜４０等の関連する開閉弁を開閉させる。[1-4. Operation] The operation of the power supply system according to the present embodiment is as follows. First, when the operation of the power supply system is stopped or stored, the monitoring / control device 3 is always kept in a controlled state by the power from the auxiliary device power supply 15. In this state, a signal of at least one of the cooling water temperature detector 16, the battery temperature detector 17, the reformer temperature detector 18, and the water tank temperature detector 19 is received, and the measured value is set in advance. When the temperature approaches the set reference temperature, the monitoring / control device 3 supplies the auxiliary device power supply 15
To the fuel supply pump 27, the cooling water circulation pump 33, and the blower 31,
Open and close associated on-off valves such as 7-40.
【００４７】この場合、燃料用第１開閉弁３７は閉じ、
燃料用第２開閉弁３８が開となり、また、空気用第１開
閉弁３９は閉じ、空気用第２開閉弁４０が開となり、そ
の結果、冷却水加熱用バーナ３６に燃料と空気がそれぞ
れ供給され、図示していない自動点火装置により点火さ
れる。かくして、冷却水熱交換器３４により燃料電池本
体１１の冷却室２３に供給される冷却水は暖められ、冷
却水アキュムレータ３２を介して冷却水循環ポンプ３３
により再び冷却水熱交換器３４にリサイクルされ、燃料
電池本体１１を含む冷却水系統１４全体が暖められる。In this case, the first fuel on-off valve 37 is closed,
The second on-off valve 38 for fuel is opened, the first on-off valve 39 for air is closed, and the second on-off valve 40 for air is opened. As a result, fuel and air are supplied to the cooling water heating burner 36, respectively. And is ignited by an automatic ignition device (not shown). Thus, the cooling water supplied to the cooling chamber 23 of the fuel cell main body 11 by the cooling water heat exchanger 34 is warmed, and the cooling water circulation pump 33 is supplied through the cooling water accumulator 32.
As a result, the cooling water is again recycled to the cooling water heat exchanger 34, and the entire cooling water system 14 including the fuel cell main body 11 is warmed.
【００４８】同様に、図示していない開閉弁の開放によ
り、改質器加熱用バーナ２９にも燃料と空気がそれぞれ
供給され、改質器３０が暖められる。さらに、冷却水加
熱用バーナ３６と改質器加熱用バーナ２９の燃焼排ガス
は、水タンク用加熱装置２５に送られて水タンク２６内
の水を暖めた後、大気中に放出される。Similarly, by opening an on-off valve (not shown), fuel and air are also supplied to the reformer heating burner 29, and the reformer 30 is warmed. Further, the combustion exhaust gas from the cooling water heating burner 36 and the reformer heating burner 29 is sent to the water tank heating device 25 to warm the water in the water tank 26, and then discharged to the atmosphere.
【００４９】そして、温度検出器１６〜１９で得られる
測定値が、予め設定された基準温度、望ましくは、（凍
結温度）＋５℃に到達した時点で、監視・制御装置３の
指令により、燃料供給ポンプ２７、冷却水循環ポンプ３
３、ブロワ３１が停止すると共に、保温用の供給ライン
を構成する開閉弁が閉じ、これによって保温機能が停止
する。When the measured values obtained by the temperature detectors 16 to 19 reach a preset reference temperature, desirably (freezing temperature) + 5 ° C., the monitoring / control device 3 issues a command. Supply pump 27, cooling water circulation pump 3
3. While the blower 31 is stopped, the on-off valve forming the supply line for heat insulation is closed, and the heat insulation function is stopped.
【００５０】［１−５．効果］本実施の形態によれば、
以上説明したような自動保温機能により、燃料電池本体
１１の冷却室２３を含む冷却水系統１４内の水、改質ガ
ス生成・供給系統１２における改質器３０および水タン
ク２６内の水は、常時凍結温度以上に維持される。した
がって、凍結によるシステムの劣化・破損を防止でき、
且つ、起動時間も短縮でき、さらに、凍結温度以上、具
体的には０℃以上に維持されているため、確実に電源シ
ステムを起動することができる。[1-5. Effect] According to the present embodiment,
With the automatic warming function described above, water in the cooling water system 14 including the cooling chamber 23 of the fuel cell main body 11, water in the reformer 30 and the water tank 26 in the reformed gas generation / supply system 12, It is always maintained above the freezing temperature. Therefore, deterioration and breakage of the system due to freezing can be prevented,
In addition, the start-up time can be shortened, and since the temperature is maintained at the freezing temperature or more, specifically, 0 ° C. or more, the power supply system can be reliably started.
【００５１】［２．第２の実施の形態］ ［２−１．構成］図３は、本発明に係る第２の実施の形
態として、図１の燃料電池装置１の別の構成を示すブロ
ック図である。この図３に示すように、本実施の形態
は、前述した第１の実施の形態における、燃料タンク２
４と水タンク２６を統合して一つの水混合燃料タンク４
１とし、この水混合燃料タンク４１内に、原燃料と水を
予め混合してなる水混合燃料を貯蔵する構成とし、さら
に、保温用燃料を貯蔵する保温用燃料タンク４２を別に
設けたものである。この場合、原燃料としてメタノール
を用い、水混合燃料タンク４１には、メタノール−水の
混合物を貯蔵する。なお、他の部分については、第１の
実施の形態と同じ構成とする。[2. Second Embodiment] [2-1. Configuration] FIG. 3 is a block diagram showing another configuration of the fuel cell device 1 of FIG. 1 as a second embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 3, the present embodiment is similar to the fuel tank 2 of the first embodiment described above.
4 and the water tank 26 are integrated into one water mixed fuel tank 4
1, the water-mixed fuel tank 41 is configured to store a water-mixed fuel obtained by mixing raw fuel and water in advance, and a heat-insulating fuel tank 42 for storing a heat-insulating fuel is separately provided. is there. In this case, methanol is used as a raw fuel, and a mixture of methanol and water is stored in the water-mixed fuel tank 41. The other parts have the same configuration as that of the first embodiment.
【００５２】［２−２．作用・効果］本実施の形態の作
用は次の通りである。まず、電源システムの通常の運転
時には、水混合燃料タンク４１から水供給ポンプ２８に
より改質器３０に水混合燃料が供給され、水素リッチな
燃料ガスとなって燃料電池本体１１に供給される。一
方、電源システムの運転停止・保管時には、保温用燃料
タンク４２から冷却水系統１４の冷却水加熱用バーナ３
６に対し、必要に応じて燃料が供給され、燃料電池本体
１１および冷却水系統１４の保温機能は、第１の実施の
形態と同じように働く。[2-2. Operation and Effect] The operation of the present embodiment is as follows. First, during normal operation of the power supply system, the water-mixed fuel is supplied from the water-mixed fuel tank 41 to the reformer 30 by the water supply pump 28, and is supplied to the fuel cell body 11 as a hydrogen-rich fuel gas. On the other hand, when the operation of the power supply system is stopped or stored, the cooling water heating burner 3 of the cooling water system 14 is supplied from the heat retaining fuel tank 42.
Fuel is supplied to the fuel cell 6 as needed, and the heat retaining function of the fuel cell main body 11 and the cooling water system 14 works in the same manner as in the first embodiment.
【００５３】ところで、メタノールと水の混合液の凍結
温度は、図４に示すように、氷点降下があり、メタノー
ル混合比（重量比）で４０％以上になると、凍結温度は
ー４０℃以下となる。通常のメタノール改質に必要なメ
タノール混合重量比は４０％以上であることから、凍結
温度は−４０℃以下となり、保温は不要となる。As shown in FIG. 4, the freezing temperature of the mixed solution of methanol and water has a freezing point drop, and when the mixing ratio (weight ratio) of methanol becomes 40% or more, the freezing temperature becomes -40 ° C. or less. Become. Since the methanol mixing weight ratio required for normal methanol reforming is 40% or more, the freezing temperature is -40 ° C or less, and no heat retention is required.
【００５４】したがって、本実施の形態によれば、第１
の実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、さ
らに、第１の実施の形態において用いていた改質器温度
検出器１８と水タンク温度検出器１９を含む水タンク２
６用と改質器３０の温度検出器機能、および水タンク用
加熱装置２５が不要となる分だけ、構成を簡略化するこ
とができる。Therefore, according to the present embodiment, the first
In addition to the effects obtained in the first embodiment, the water tank 2 further includes the reformer temperature detector 18 and the water tank temperature detector 19 used in the first embodiment.
The temperature detector functions of the sixth and the reformer 30 and the water tank heating device 25 are not required, so that the configuration can be simplified.
【００５５】［３．第３の実施の形態］本発明に係る第
３の実施の形態の電源システムにおいては、図１に示す
バッテリー２を、前述した第１の実施の形態における補
機装置用電源１５として兼用する。この電源システムに
おいては、第１の実施の形態と同様の効果が得られるこ
とに加えて、さらに、外部電源を必要とすることなく、
補機装置用電源として働くバッテリーにより自立的に保
温機能を実現することができる。[3. Third Embodiment] In a power supply system according to a third embodiment of the present invention, the battery 2 shown in FIG. 1 is also used as the auxiliary device power supply 15 in the above-described first embodiment. In this power supply system, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and further, without requiring an external power supply,
A battery functioning as a power supply for auxiliary equipment can independently realize a heat retaining function.
【００５６】［４．第４の実施の形態］ ［４−１．構成］本発明に係る第４の実施の形態の電源
システムにおいては、前述した第３の実施の形態におい
て、監視・制御装置３に、バッテリー２の残存容量に応
じて電源システムを自動的に始動させる機能を持たせ
る。すなわち、本実施の形態において、監視・制御装置
３は、バッテリー２の残存容量モニタ６の信号に応じ
て、始動装置５に指令を出すことにより、この始動装置
５を作動させて燃料電池装置１を発電状態とする自動起
動機能を有する。[4. Fourth Embodiment] [4-1. Configuration] In the power supply system according to the fourth embodiment of the present invention, in the above-described third embodiment, the monitoring / control device 3 automatically starts the power supply system according to the remaining capacity of the battery 2. Have a function to make That is, in the present embodiment, the monitoring / control device 3 issues a command to the starting device 5 in response to a signal from the remaining capacity monitor 6 of the battery 2, thereby operating the starting device 5 to operate the fuel cell device 1. Has an automatic start function for setting the power generation state.
【００５７】［４−２．作用・効果］本実施の形態の作
用は次の通りである。まず、電源システム停止中の保温
運転においては、第１の実施の形態と同様に、冷却水温
度検出器１６、電池温度検出器１７、改質器温度検出器
１８、および水タンク温度検出器１９の少なくともいず
れか一つの信号を受けて、予め設定されている基準温度
に近づいた場合に、監視・制御装置３は、補機装置用電
源１５に指令を出し、燃料供給ポンプ２７、冷却水循環
ポンプ３３、およびブロワ３１を作動させると共に、開
閉弁３７〜４０等の関連する開閉弁を開閉させる。その
結果、冷却水加熱用バーナ３６および改質器加熱用バー
ナ２９に燃料と空気がそれぞれ供給され、燃料電池本体
１１を含む冷却水系統１４全体、および改質器３０が暖
められる。さらに、冷却水加熱用バーナ３６と改質器加
熱用バーナ２９の燃焼排ガスは、水タンク用加熱装置２
５に送られて水タンク２６内の水を暖める。[4-2. Operation and Effect] The operation of the present embodiment is as follows. First, in the heat retention operation while the power supply system is stopped, as in the first embodiment, the coolant temperature detector 16, the battery temperature detector 17, the reformer temperature detector 18, and the water tank temperature detector 19 are used. When at least one of the signals has been received and the temperature approaches a preset reference temperature, the monitoring and control device 3 issues a command to the auxiliary device power supply 15 and the fuel supply pump 27 and the cooling water circulation pump. 33 and the blower 31 are operated, and associated on-off valves such as on-off valves 37 to 40 are opened and closed. As a result, fuel and air are supplied to the cooling water heating burner 36 and the reformer heating burner 29, respectively, and the entire cooling water system 14 including the fuel cell body 11 and the reformer 30 are warmed. Further, the combustion exhaust gas from the cooling water heating burner 36 and the reformer heating burner 29 is supplied to the water tank heating device 2.
5 to warm the water in the water tank 26.
【００５８】そして、温度検出器１６〜１９で得られる
測定値が予め設定された基準温度に到達した時点で、監
視・制御装置３の指令により、燃料供給ポンプ２７、冷
却水循環ポンプ３３、ブロワ３１が停止すると共に、保
温用の供給ラインを構成する開閉弁が閉じ、これによっ
て保温機能が停止する。When the measured values obtained by the temperature detectors 16 to 19 reach a preset reference temperature, the fuel supply pump 27, the cooling water circulation pump 33, the blower 31 Stops, and the on-off valve forming the heat retaining supply line is closed, thereby stopping the heat retaining function.
【００５９】一方、このような保温機能の作動時には、
監視・制御装置３、燃料供給ポンプ２７、冷却水循環ポ
ンプ３３、およびブロワ３１の作動により、補機装置用
電源であるバッテリー２の電力が消費される。監視・制
御装置３は、残存容量モニタ６からの信号を受け、バッ
テリー２の残存容量が減少して予め設定された値に達し
た場合に、その自動起動機能によって自動的に電源シス
テムの始動装置５に信号を送り、この始動装置５を作動
させる。かくして、操作員が始動装置を作動するボタン
を押した場合と同様に、燃料電池装置１が始動状態にな
る。On the other hand, when such a heat retention function is activated,
The operation of the monitoring / control device 3, the fuel supply pump 27, the cooling water circulation pump 33, and the blower 31 consumes the power of the battery 2, which is a power supply for the auxiliary device. The monitoring / control device 3 receives a signal from the remaining capacity monitor 6, and when the remaining capacity of the battery 2 decreases and reaches a preset value, the start-up device of the power supply system is automatically activated by its automatic activation function. 5 to activate the starter 5. Thus, the fuel cell device 1 is brought into the starting state as in the case where the operator presses the button for operating the starting device.
【００６０】すなわち、始動装置５により、バッテリー
２を電源として、燃料供給ポンプ２７、水供給ポンプ２
８、ブロワ３１、および冷却水循環ポンプ３３などの補
機装置を作動させ、かつ、冷却水加熱用バーナ３６と改
質器加熱用バーナ２９を作動させるために、その供給用
ラインを構成する開閉弁を開いてこれらのバーナ３６，
２９を燃焼させて燃料電池本体１１の温度を上昇させ、
発電状態にする。That is, the fuel supply pump 27 and the water supply pump 2
8, an on-off valve constituting a supply line for operating auxiliary equipment such as the blower 31 and the cooling water circulation pump 33 and operating the cooling water heating burner 36 and the reformer heating burner 29 To open these burners 36,
29 is burned to raise the temperature of the fuel cell body 11,
Set to power generation state.
【００６１】この場合、燃料供給ポンプ２７、水供給ポ
ンプ２８、ブロワ３１、および冷却水循環ポンプ３３な
どの補機装置および負荷装置８が切り離された状態にあ
る場合は、燃料電池装置１の発電電力は全てバッテリー
２の充電に使われる。一方、保温機能が作動している状
態にある場合は、燃料電池装置１は、保温機能を維持す
る燃料供給ポンプ２７、冷却水循環ポンプ３３、および
ブロワ３１等の補機装置を作動する電源としても働く。
この場合に、燃料電池装置１とバッテリー２の間のスイ
ッチ７は短絡された状態になっており、燃料電池装置１
の発電電圧を予め設定された電圧以上として運転するこ
とにより、バッテリー２の電圧より高い状態を維持で
き、結果として、バッテリー２が充電される。かくし
て、燃料タンク２４中の燃料を消費しながら、バッテリ
ー２は充電状態となる。In this case, when the auxiliary devices and the load device 8 such as the fuel supply pump 27, the water supply pump 28, the blower 31, and the cooling water circulation pump 33 are disconnected, the power generated by the fuel cell device 1 Are used for charging the battery 2. On the other hand, when the heat retaining function is in operation, the fuel cell device 1 can also be used as a power supply for operating auxiliary devices such as the fuel supply pump 27, the cooling water circulation pump 33, and the blower 31 that maintain the heat retaining function. work.
In this case, the switch 7 between the fuel cell device 1 and the battery 2 is short-circuited, and the fuel cell device 1
By operating the generator at a voltage higher than the preset voltage, a state higher than the voltage of the battery 2 can be maintained. As a result, the battery 2 is charged. Thus, the battery 2 is charged while the fuel in the fuel tank 24 is consumed.
【００６２】その結果、バッテリー２は、常に一定量の
残存容量以上の充電状態に維持され、かつ、電源システ
ムは、凍結温度以上に維持され、いつでも起動できる状
態が確保される。また、バッテリー２が充電完了する
と、上記操作とは逆の操作が進み、燃料電池装置１は自
動的に停止する。As a result, the battery 2 is always maintained in a charged state with a certain remaining capacity or higher, and the power supply system is maintained at a temperature higher than the freezing temperature, so that a state in which it can be started at any time is ensured. When the charging of the battery 2 is completed, the operation reverse to the above-described operation proceeds, and the fuel cell device 1 automatically stops.
【００６３】このように、本実施の形態によれば、第１
の実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、外
部電源を必要とすることなく、かつ、バッテリー２容量
に大きな余裕を持たせなくても、バッテリー２の残存容
量が不足状態になった時点で燃料電池装置１を自動的に
発電させてバッテリー２を充電することができる。した
がって、バッテリー２の容量に制約されることなく、長
期に亘って自動保温機能を維持することができる。As described above, according to the present embodiment, the first
In addition to the effects obtained in the embodiment, the remaining capacity of the battery 2 becomes insufficient without the need for an external power supply and without giving a large margin to the capacity of the battery 2. At this point, the fuel cell device 1 can automatically generate power to charge the battery 2. Therefore, the automatic warming function can be maintained for a long time without being limited by the capacity of the battery 2.
【００６４】［５．第５の実施の形態］本発明に係る第
５の実施の形態の電源システムにおいては、前述した第
１の実施の形態における停止モードとして、通常停止モ
ードと保温停止モードの２種類のモードを備え、切り替
えスイッチにより運転操作員が運転停止時に人為的に切
り替え可能な構成とする。すなわち、通常停止モードで
は保温機能が作動せず、保温停止モード時のみ保温機能
が作動する構成とする。[5. Fifth Embodiment] A power supply system according to a fifth embodiment of the present invention has two types of stop modes in the above-described first embodiment: a normal stop mode and a heat stop mode. The operation switch can be artificially switched by the changeover switch when the operation is stopped. That is, the heat retention function does not operate in the normal stop mode, and the heat retention function operates only in the heat retention stop mode.
【００６５】この電源システムにおいては、凍結の心配
がない場合には通常停止モードにすることにより、保温
機能の無駄の作動を防止できる。したがって、第１の実
施の形態と同様の効果が得られることに加えて、さら
に、保温機能の無駄な作動に伴う無駄な電力の消費を防
止でき、監視・制御装置３による消費電力を最小限に抑
制できる。In this power supply system, when there is no fear of freezing, by setting the normal stop mode, useless operation of the heat retaining function can be prevented. Therefore, in addition to obtaining the same effects as the first embodiment, it is possible to further prevent wasteful power consumption due to the useless operation of the heat retaining function, and minimize the power consumption by the monitoring / control device 3. Can be suppressed.
【００６６】［６．第６の実施の形態］本発明に係る第
６の実施の形態の電源システムにおいては、前述した第
１の実施の形態において、冷却水系統１４の冷却水加熱
用バーナ３６を、商用電源を使用する電気ヒータに置き
換えた構成とする。この電源システムにおいては、外部
電源の電力を消費するものの、第１の実施の形態と同様
の保温機能が得られる。[6. Sixth Embodiment] In a power supply system according to a sixth embodiment of the present invention, in the first embodiment described above, the cooling water heating burner 36 of the cooling water system 14 uses a commercial power supply. It is configured to be replaced with an electric heater. In this power supply system, although the power of the external power supply is consumed, the same heat retaining function as that of the first embodiment can be obtained.
【００６７】［７．他の実施の形態］なお、本発明は、
前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明
の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能であり、
前述した複数の実施の形態は、自由に組み合わせること
が可能である。例えば、第３〜第６の実施の形態の各々
を、第２の実施の形態に組み合わせることなども可能で
あり、その場合にも、同様の効果が得られるものであ
る。[7. Other Embodiments] The present invention
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other modifications can be made within the scope of the present invention.
The plurality of embodiments described above can be freely combined. For example, each of the third to sixth embodiments can be combined with the second embodiment, and the same effects can be obtained in such a case.
【００６８】また、本発明の重要な構成要素である温度
検出器や監視・制御装置の具体的な構成は、上述したよ
うな自動保温機能を実現できる限り、自由に選択可能で
ある。さらに、燃料電池装置やバッテリーを含む電源シ
ステムの具体的な構成や、燃料電池装置における燃料電
池本体、改質ガス生成・供給系統、空気供給系統、冷却
水系統等の各部の具体的な構成についても、自由に選択
可能である。すなわち、本発明は、改質ガスを燃料とし
て使用するタイプの燃料電池装置とバッテリーとを電源
として備えた電源システム一般に同様に適用可能であ
り、同様に優れた効果が得られるものである。The specific configurations of the temperature detector and the monitoring / control device, which are important components of the present invention, can be freely selected as long as the above-described automatic heat-retaining function can be realized. Furthermore, the specific configuration of the power supply system including the fuel cell device and the battery, and the specific configuration of each part of the fuel cell device, such as the fuel cell body, reformed gas generation / supply system, air supply system, and cooling water system Can be freely selected. That is, the present invention can be similarly applied to a power supply system generally including a fuel cell device of a type using a reformed gas as a fuel and a battery as a power supply, and similarly excellent effects can be obtained.
【００６９】[0069]
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、システム
の運転停止・保管中における燃料電池装置の自動保温機
能を持たせることができるため、冷却媒体等の凍結によ
るシステムの劣化・破損を防止し、起動時間を短縮で
き、且つ確実に起動可能な、信頼性の高い電源システム
を提供することができる。As described above, according to the present invention, the system can be provided with an automatic warming function of the fuel cell device during shutdown and storage of the system. It is possible to provide a highly reliable power supply system which can prevent the start-up time, shorten the start-up time, and can start reliably.
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の電源システム
を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a power supply system according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の燃料電池装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the fuel cell device of FIG.
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の電源システム
を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a power supply system according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施の形態に関わる混合燃料の
混合重量比に対する凍結温度を説明するグラフである。FIG. 4 is a graph illustrating a freezing temperature with respect to a mixing weight ratio of a mixed fuel according to a second embodiment of the present invention.
１…燃料電池装置 ２…バッテリー ３…監視・制御装置 ４…リレー ５…始動装置 ６…残存容量モニタ ７…スイッチ ８…負荷装置 １１…燃料電池本体 １２…改質ガス生成・供給系統 １３…空気供給系統 １４…冷却水系統 １５…補機装置用電源 １６…冷却水温度検出器 １７…電池温度検出器 １８…改質器温度検出器 １９…水タンク温度検出器 ２１…アノード ２２…カソード ２３…冷却室 ２４…燃料タンク ２５…水タンク用加熱装置 ２６…水タンク ２７…燃料供給ポンプ ２８…水供給ポンプ ２９…改質器加熱用バーナ ３０…改質器 ３１…ブロワ ３２…冷却水アキュムレータ ３３…冷却水循環ポンプ ３４…冷却水熱交換器 ３５…放熱器 ３６…冷却水加熱用バーナ ３７…燃料用第１開閉弁 ３８…燃料用第２開閉弁 ３９…空気用第１開閉弁 ４０…空気用第２開閉弁 ４１…水混合燃料タンク ４２…保温用燃料タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell device 2 ... Battery 3 ... Monitoring / control device 4 ... Relay 5 ... Starting device 6 ... Remaining capacity monitor 7 ... Switch 8 ... Load device 11 ... Fuel cell main body 12 ... Reformed gas generation / supply system 13 ... Air Supply system 14 ... Cooling water system 15 ... Power supply for auxiliary equipment 16 ... Cooling water temperature detector 17 ... Battery temperature detector 18 ... Reformer temperature detector 19 ... Water tank temperature detector 21 ... Anode 22 ... Cathode 23 ... Cooling chamber 24 Fuel tank 25 Water tank heating device 26 Water tank 27 Fuel supply pump 28 Water supply pump 29 Reformer heating burner 30 Reformer 31 Blower 32 Cooling water accumulator 33 Cooling water circulation pump 34 Cooling water heat exchanger 35 Radiator 36 Burner for cooling water heating 37 First fuel on-off valve 38 Second fuel on-off valve 39 Air second Close valve 40: second on-off valve 41 ... water mixture fuel tank 42 air ... insulation fuel tank
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 勝則 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 青木 努 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA01 BA09 CC06 DD03 KK42 KK46 KK48 KK51 MM01 MM12 MM16 MM21 MM26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Katsunori Sakai 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Hamakawasaki Plant (72) Inventor Tsutomu Aoki No. 2, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 F-term in Toshiba Hamakawasaki Plant (reference) 5H027 AA06 BA01 BA09 CC06 DD03 KK42 KK46 KK48 KK51 MM01 MM12 MM16 MM21 MM26
Claims (9)
いて改質器により改質する改質ガス生成・供給系統と、
空気供給系統と、電池冷却水を循環させる冷却水系統
と、各系統に設けられた供給・循環用の補機装置と、前
記改質ガス生成・供給系統および冷却水系統に設けられ
た加熱用の補機装置と、補機装置用電源と、を有する燃
料電池装置とバッテリー（２次電池）とを電源として備
えた電源システムにおいて、 前記電源システムの停止・保管状態において、少なくと
も前記燃料電池本体と前記電池冷却水の温度を自動監視
する温度検出器と、 前記温度検出器からの信号を受け、この信号から得られ
る測定値が保温を要する温度になった場合に、前記供給
・循環用の補機装置および前記加熱用の補機装置のうち
の、保温を要する対象に応じた補機装置を作動させて保
温機能を作動させるように前記補機装置用電源に指令を
出す監視・制御装置を備えたことを特徴とする電源シス
テム。1. A fuel cell body, a reformed gas generation / supply system for reforming raw fuel by a reformer using reforming water,
An air supply system, a cooling water system for circulating battery cooling water, an auxiliary device for supply and circulation provided in each system, and a heating and cooling system provided in the reformed gas generation and supply system and the cooling water system. And a battery (secondary battery) having the auxiliary device and a power supply for the auxiliary device as power sources, wherein at least the fuel cell main body is in a stopped and stored state of the power system. And a temperature detector that automatically monitors the temperature of the battery cooling water, and receives a signal from the temperature detector, and when a measured value obtained from the signal becomes a temperature requiring heat retention, the supply / circulation A monitoring and control device that issues a command to the power supply for the auxiliary device so as to operate the auxiliary device corresponding to an object requiring heat retention and to activate a heat retaining function, of the auxiliary device and the heating auxiliary device. Be prepared Power supply system, characterized in that the.
燃料を貯蔵する燃料タンクと前記改質用水を貯蔵する水
タンクとを個別に有し、原燃料と改質用水を改質器に個
別に供給するように構成され、 前記温度検出器は、前記燃料電池本体と前記電池冷却水
の温度に加えて前記改質器と前記改質用水の温度につい
ても自動監視するように構成されたことを特徴とする請
求項１記載の電源システム。2. The reformed gas generation / supply system has a fuel tank for storing the raw fuel and a water tank for storing the reforming water, and separates the raw fuel and the reforming water into a reformer. The temperature detector is configured to automatically monitor the temperature of the reformer and the reforming water in addition to the temperature of the fuel cell main body and the cell cooling water. The power supply system according to claim 1, wherein:
燃料を貯蔵する手段と前記改質用水を貯蔵する手段を統
合した混合燃料貯蔵タンクを有し、 前記加熱用の補機装置に供給するための保温用燃料の貯
蔵タンクが、前記混合燃料貯蔵タンクとは別に設けられ
たことを特徴とする請求項１記載の電源システム。3. The reformed gas generation / supply system has a mixed fuel storage tank in which means for storing the raw fuel and means for storing the reforming water are integrated. The power supply system according to claim 1, wherein a storage tank of the heat-retaining fuel to be supplied is provided separately from the mixed fuel storage tank.
して兼用されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の電源システム。4. The power supply system according to claim 1, wherein the battery is also used as a power supply for the auxiliary device.
始動装置と、 前記バッテリーの残存容量を監視する残存容量モニタを
有し、 前記監視・制御装置は、前記残存容量モニタからの信号
を受け、この信号から得られる残存容量が不足状態にな
った場合に、前記始動装置に指令を出すことにより、前
記始動装置を作動させて前記燃料電池装置を発電状態と
し、前記バッテリーを充電させるように構成されたこと
を特徴とする請求項４記載の電源システム。5. A starting device for automatically starting the power supply system, and a remaining capacity monitor for monitoring a remaining capacity of the battery, wherein the monitoring / control device receives a signal from the remaining capacity monitor, When the remaining capacity obtained from this signal is in an insufficient state, by issuing a command to the starting device, the starting device is operated to put the fuel cell device into a power generating state and charge the battery. The power supply system according to claim 4, wherein:
ムの停止・保管状態において、前記保温機能が作動しな
い通常停止モードと保温機能が自動的に作動する保温停
止モードのいずれかに切替え可能な機能を有することを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源シ
ステム。6. The monitoring / control device can switch between a normal stop mode in which the heat insulation function does not operate and a heat insulation stop mode in which the heat insulation function automatically operates when the power supply system is stopped or stored. The power supply system according to any one of claims 1 to 5, having a function.
置として燃焼バーナを有することを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載の電源システム。7. The cooling water system has a combustion burner as the auxiliary device for heating.
The power supply system according to any one of claims 1 to 6.
置として電気ヒータを有することを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載の電源システム。8. The cooling water system according to claim 1, further comprising an electric heater as the auxiliary device for heating.
The power supply system according to any one of claims 1 to 6.
用することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に
記載の電源システム。9. The power supply system according to claim 1, wherein a commercial power supply is used as the power supply for the auxiliary device.
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|---|---|---|---|
| JP32038399A JP2001143736A (en) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | Power supply system |
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