JP2005032585A

JP2005032585A - Power supply system using fuel cell

Info

Publication number: JP2005032585A
Application number: JP2003271268A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Aoyama; 俊之青山; Masayuki Ono; 雅行小野; Masaya Hori; 賢哉堀; Masaru Odagiri; 優小田桐
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-02-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system prevented from freezing, generating power by using a fuel cell, for example, DMFC or the like, while directly supplying organic fuel like methanol to an anode. <P>SOLUTION: The power supply system uses a fuel cell like DMFC as a power source. The power supply system has the fuel cell and a heating means. In a state that the power supply system is stopped, the heating means is able to heat a part of the fuel cell or the whole part of the power supply system. The power supply system is prevented from freezing by the heating means while the system is stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電源システムに関し、特にメタノール等の有機燃料を直接アノードに供給することで発電する燃料電池を備えた電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a power supply system including a fuel cell that generates electric power by supplying an organic fuel such as methanol directly to an anode.

次世代のクリーンかつ高効率なエネルギー源として、燃料電池が注目されている。なかでも、高分子電解質膜の両側にアノードおよびカソードをそれぞれ接合した固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）は電気自動車用電源や家庭用分散型電源として適した特徴を有しており、急速に開発が進んでいる。近年、この固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の技術をベースとし、メタノールやジメチルエーテルを改質せずに直接アノードに供給して発電する直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）の開発が活発化している。この直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）はメタノールなどの有機燃料を水素リッチなガスに改質するための改質器や水素容器が不用であるためコンパクトであり、また起動が早く、負荷変動応答性も優れており、移動型電源として注目されている。例えば、非特許文献１には、ＤＭＦＣを用いたノートパソコン用電源システムの試作機が開示されている。 Fuel cells are attracting attention as a next-generation clean and highly efficient energy source. In particular, polymer electrolyte fuel cells (PEFC) with anodes and cathodes joined to both sides of polymer electrolyte membranes have characteristics that are suitable for power sources for electric vehicles and distributed power sources for homes. Development is progressing rapidly. In recent years, based on this polymer electrolyte fuel cell (PEFC) technology, a direct methanol fuel cell (DMFC) that generates electricity by supplying methanol and dimethyl ether directly to the anode without modification is developed. Has become active. This direct methanol fuel cell (DMFC) is compact because it does not require a reformer or hydrogen container for reforming organic fuel such as methanol into a hydrogen-rich gas, and it is quick to start and responds to load fluctuations. Is also attracting attention as a mobile power source. For example, Non-Patent Document 1 discloses a prototype of a power system for a notebook personal computer using DMFC.

一方、ＤＭＦＣでは、固体高分子電解質膜は一般的にパーフルオロスルホン酸系高分子（デュポン社製、商品名Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）等）が使用されている。このパーフルオロスルホン酸系高分子の水和膜は高いプロトン伝導性を有するが、そのプロトン伝導性は水和したプロトンの伝導によるものであり、水との親和性の高いメタノールのクロスオーバー（アノード側からカソード側への燃料用メタノールの透過）が発生しやすい。またクロスオーバーはメタノール濃度が高くなるにつれて尚更発生しやすくなる。また、ＤＭＦＣにおいては、そもそのアノードでは以下の反応機構によりメタノールと水が反応する。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻
従って、アノードへ供給するメタノール水溶液は、理論値である水対メタノール比、１対１よりも薄い水溶液で供給する必要がある。例えば、特許文献１によればメタノール水溶液の濃度は５mol/L（以下Ｍ）までが望ましい。 On the other hand, in the DMFC, a perfluorosulfonic acid polymer (manufactured by DuPont, trade name Nafion (registered trademark), etc.) is generally used as the solid polymer electrolyte membrane. This hydrated membrane of perfluorosulfonic acid polymer has high proton conductivity, but the proton conductivity is due to the conduction of hydrated protons, and methanol crossover with high affinity to water (anode Permeation of methanol for fuel from the side to the cathode side is likely to occur. Moreover, crossover is more likely to occur as the methanol concentration increases. In DMFC, methanol and water react at the anode by the following reaction mechanism.
CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻
Therefore, the methanol aqueous solution supplied to the anode needs to be supplied as an aqueous solution having a water-to-methanol ratio, which is a theoretical value, thinner than 1: 1. For example, according to Patent Document 1, the concentration of the methanol aqueous solution is desirably up to 5 mol / L (hereinafter referred to as M).

そのため、ＤＭＦＣで用いられるメタノールは、燃料電池に希釈メタノール水溶液として供給され、それをそのままアノードへ供給されるか、または、燃料電池に１００％溶液、もしくは、高濃度水溶液として供給され、これを燃料電池内部にて水で希釈してからアノードへ供給される（特許文献１参照。）。 Therefore, methanol used in DMFC is supplied to the fuel cell as a diluted methanol aqueous solution and supplied to the anode as it is, or is supplied to the fuel cell as a 100% solution or a high concentration aqueous solution, which is used as the fuel. After being diluted with water inside the battery, it is supplied to the anode (see Patent Document 1).

ここで、メタノールを希釈することにより燃料の凍結の可能性が増大する。なぜなら、メタノールの融点は約-97.8℃と低く、通常の環境下における使用では凍結の可能性は無いが、希釈水溶液、例えば５Ｍの水溶液では凝固点は約-10℃となるからである（例えば、特許文献２参照。）。このため、寒冷地域では燃料の凍結の可能性が高い。また、燃料希釈用に水を用いる場合、凍結の可能性は更に増大する。 Here, the possibility of fuel freezing increases by diluting methanol. This is because the melting point of methanol is as low as about −97.8 ° C., and there is no possibility of freezing when used in a normal environment, but in a dilute aqueous solution such as a 5M aqueous solution, the freezing point is about −10 ° C. (for example, (See Patent Document 2). For this reason, the possibility of fuel freezing is high in cold regions. Also, when water is used for fuel dilution, the possibility of freezing further increases.

ところで、ＤＭＦＣを用いた電源システムの稼動時には、ＤＭＦＣは発電時に発熱し、また電源システムが接続された、例えばノートパソコン等の接続機器も稼動時には発熱する。これらの発熱により、または、発熱を利用することにより、電源システムの稼動時には電源システムを加熱することができるため、凍結の可能性は低い。しかし、電源システムの停止時には外部環境の温度に応じた温度となるため、停止時に燃料が凍結してしまい、そのまま起動不可能になることがある。 By the way, when a power system using a DMFC is operated, the DMFC generates heat during power generation, and a connected device such as a notebook computer connected to the power system generates heat during operation. Due to these heat generations or by using the heat generation, the power supply system can be heated when the power supply system is in operation, so the possibility of freezing is low. However, since the temperature depends on the temperature of the external environment when the power supply system is stopped, the fuel may freeze when the power supply system is stopped, and it may be impossible to start the system as it is.

従来、燃料電池を用いた電源システムで凍結を防止する方法として、例えば特許文献２、３等が開示されている。特許文献２では電源システムに冷却水系統を有し、この冷却水の温度を監視し、冷却水を加熱することで凍結を防止している。特許文献３では電源システムに断熱構造を有する水の予備タンクを有し、この予備タンクの水を加熱することで電源システムの起動を可能とし凍結を防止している。
特開２００３−０２２８３０号公報特開２００１−１４３７３６号公報特開２０００−１４９９７０号公報株式会社東芝、“プレスリリース”、[online]、平成１５年３月５日、［平成１５年６月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.toshiba.co.jp/about/press/2003_03/pr_j0501.htm＞ Conventionally, as a method for preventing freezing in a power supply system using a fuel cell, for example, Patent Documents 2 and 3 are disclosed. In Patent Document 2, the power supply system has a cooling water system, the temperature of the cooling water is monitored, and the cooling water is heated to prevent freezing. In Patent Document 3, the power supply system has a water reserve tank having a heat insulating structure, and the water in the reserve tank is heated to enable the power supply system to start and to prevent freezing.
JP 2003-022830 A JP 2001-143736 A JP 2000-149970 A Toshiba Corporation, “Press Release”, [online], March 5, 2003, [Search June 6, 2003], Internet <URL: http://www.toshiba.co.jp/about/ press / 2003_03 / pr_j0501.htm>

特許文献２、および、特許文献３で用いられている冷却水系や予備タンクはＤＭＦＣを用いた電源システムには不要である。また、これらの技術では電源システム内に、本来、電源システムとしては不要な、液体のための配管が必要である。そのため、これら技術を導入した電源システムはその構成が複雑である。 The cooling water system and the reserve tank used in Patent Document 2 and Patent Document 3 are not necessary for a power supply system using DMFC. In addition, these technologies require piping for liquid, which is essentially unnecessary as a power supply system, in the power supply system. Therefore, the power supply system incorporating these technologies has a complicated configuration.

また、上記の参考特許文献の開示する電源システムは、電源システムの燃料にメタノールを用いている点で本発明に係る電源システムと共通する。しかし、上記の参考特許文献の開示するシステムはメタノールを改質し、水素ガスを燃料電池に供給する電源システムである。このタイプの電源システムは、動作原理、および、システム構成に関し、ＤＭＦＣを用いた電源システムのそれらと全く異なる。上記参考文献の開示するシステムは凍結防止用熱源としてガス改質機構において発生する熱を利用することができるが、ＤＭＦＣを用いた電源システムは、本来的にガス改質機構を必要としない。従い、これら参考特許文献に記載された技術を、ＤＭＦＣを電源とするシステムに適用することは困難である。また、ＤＭＦＣは燃料、および、酸化剤を電極に供給することにより、即時的に発電を開始可能であるという有利点を有する。この点に着目することで、よりシステム構成が簡単化され、かつ、凍結防止効果に優れた電源システムを開発することが可能である。 The power supply system disclosed in the above-mentioned reference patent document is common to the power supply system according to the present invention in that methanol is used as the fuel for the power supply system. However, the system disclosed in the above-mentioned reference patent document is a power supply system that reforms methanol and supplies hydrogen gas to the fuel cell. This type of power supply system is completely different from those of a power supply system using DMFC in terms of operating principle and system configuration. Although the system disclosed in the above reference can use heat generated in the gas reforming mechanism as a heat source for preventing freezing, the power system using DMFC does not essentially require a gas reforming mechanism. Therefore, it is difficult to apply the techniques described in these reference patent documents to a system using a DMFC as a power source. In addition, DMFC has an advantage that power generation can be started immediately by supplying fuel and an oxidant to the electrode. By paying attention to this point, it is possible to develop a power supply system with a simplified system configuration and excellent anti-freezing effect.

上記の問題を解決すべく本発明は、例えばＤＭＦＣ等といった、メタノール等の液体有機燃料をアノードに直接供給しながら発電するタイプの燃料電池を用いた電源システムにおいて、電源システム内の凍結を防止する電源システムを提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention prevents freezing in a power supply system in a power supply system using a fuel cell such as DMFC that generates power while directly supplying a liquid organic fuel such as methanol to an anode. An object is to provide a power supply system.

本発明に係る電源システムは、電解質膜の両側にアノードおよびカソードをそれぞれ接合し、前記アノードおよび前記カソードにそれぞれ液体有機燃料および気体酸化剤を供給することで継続的に発電可能な燃料電池を電力源とする電源システムである。本電源システムは前記燃料電池、および、加熱手段を有する。前記電源システムの停止状態において、前記加熱手段は、少なくとも前記燃料電池の一部、または、前記電源システム全体を加熱可能である。本システムは前記加熱手段により、前記電源システムの停止時において電源システムの凍結を防止可能である。 The power supply system according to the present invention uses an anode and a cathode joined to both sides of an electrolyte membrane, respectively, and supplies a liquid organic fuel and a gaseous oxidant to the anode and the cathode, respectively. It is a power supply system as a source. The power supply system includes the fuel cell and heating means. When the power supply system is stopped, the heating means can heat at least a part of the fuel cell or the entire power supply system. This system can prevent the power supply system from freezing when the power supply system is stopped by the heating means.

本発明に係る電源システムにより、電源システムの凍結の畏れのある場合、加熱手段により加熱され、凍結を防止することができる。 With the power supply system according to the present invention, when the power supply system is frozen, it can be heated by the heating means to prevent freezing.

以下添付の図面を参照して、本発明に係る燃料電池を用いた電源システムの実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of a power supply system using a fuel cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

第１の実施形態
＜構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る電源システム１００ａは燃料電池１、加熱装置２、温度センサ４、加熱制御装置５、および、外部負荷と接続するための外部出力端子６を備える。燃料電池１の出力は加熱制御装置５を介し、加熱装置２および外部出力端子６と接続される。加熱制御装置５は温度センサ４と接続されている。 First Embodiment <Configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the power supply system according to the first embodiment of the present invention. The power supply system 100a according to the first embodiment includes a fuel cell 1, a heating device 2, a temperature sensor 4, a heating control device 5, and an external output terminal 6 for connection to an external load. The output of the fuel cell 1 is connected to the heating device 2 and the external output terminal 6 via the heating control device 5. The heating control device 5 is connected to the temperature sensor 4.

燃料電池１は燃料電池セル１０、燃料電池セル１０に供給される燃料を貯蔵する燃料タンク１１、燃料供給経路１２、および、酸化剤供給経路１３を有する。燃料電池セル１０は電解質膜１０１、ならびに、その両側にアノード１０２およびカソード１０３を有する。電解質膜１０１、アノード１０２、および、カソード１０３はそれぞれ接合されて一体化されている。そのような燃料電池１として、例えばメタノール直接型燃料電池（ＤＭＦＣ）が好ましい。なお、図１においては簡単のため、燃料電池セル１０を単セルからなる燃料電池セルとして図示しているが、燃料電池セル１０はこの単セルを複数積層したスタック構造を有してもよい。 The fuel cell 1 includes a fuel cell 10, a fuel tank 11 that stores fuel supplied to the fuel cell 10, a fuel supply path 12, and an oxidant supply path 13. The fuel cell 10 has an electrolyte membrane 101 and an anode 102 and a cathode 103 on both sides thereof. The electrolyte membrane 101, the anode 102, and the cathode 103 are joined and integrated. As such a fuel cell 1, for example, a methanol direct fuel cell (DMFC) is preferable. In FIG. 1, for the sake of simplicity, the fuel battery cell 10 is illustrated as a fuel battery cell including a single cell. However, the fuel battery cell 10 may have a stack structure in which a plurality of single cells are stacked.

電解質膜１０１には、例えばデュポン社製、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）や旭硝子社製、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）といったパーフルオロカーボンスルホン酸系高分子膜等が好適な一例としてあげられる。 As the electrolyte membrane 101, for example, perfluorocarbon sulfonic acid polymer membranes such as those manufactured by DuPont, Nafion (registered trademark), Asahi Glass, and Flemion (registered trademark) are listed as suitable examples.

アノード１０２およびカソード１０３は共に貴金属触媒を担持した、例えば多孔性炭素材料や発泡金属からなる電極である。アノード１０２には液体有機燃料を直接供給し、カソード１０３には酸化剤を供給する。 The anode 102 and the cathode 103 are both electrodes made of, for example, a porous carbon material or a foam metal carrying a noble metal catalyst. Liquid organic fuel is directly supplied to the anode 102, and an oxidant is supplied to the cathode 103.

燃料タンク１１はアノード１０２に供給される液体有機燃料を貯蔵するためのタンクである。アノード１０２に供給される液体有機燃料としては、例えばメタノール、エタノール、ジメチルエーテル等がある。 The fuel tank 11 is a tank for storing the liquid organic fuel supplied to the anode 102. Examples of the liquid organic fuel supplied to the anode 102 include methanol, ethanol, dimethyl ether, and the like.

燃料タンク１１は数Ｍ程度にまで希釈された液体有機燃料希釈水溶液を貯蔵してよく、また、純燃料または高濃度燃料を貯蔵するタンク、および、それらを希釈するための希釈水を貯蔵するタンクをそれぞれ有してもよい。後者の場合、燃料タンク１１は純燃料または高濃度燃料を希釈するための手段（図示せず）を要する。 The fuel tank 11 may store a liquid organic fuel diluted aqueous solution diluted to several M, a tank that stores pure fuel or high-concentration fuel, and a tank that stores diluted water for diluting them. May be included respectively. In the latter case, the fuel tank 11 requires means (not shown) for diluting pure fuel or high-concentration fuel.

燃料供給経路１２は液体有機燃料を燃料タンク１１からアノード１０２に供給する。燃料供給経路１２は燃料循環型でも燃料非循環型でもよい。燃料循環型の場合、アノード１０２に供給された液体有機燃料はアノード１０２内を通り、アノード１０２における反応のためにその濃度を幾分か変化させながら、燃料タンク１１に戻る。燃料非循環型の場合、燃料供給経路１２のアノード１０２側端部は毛管現象等を利用した構造を有しており、それによってアノード１０２へ液体有機燃料を供給する。 The fuel supply path 12 supplies liquid organic fuel from the fuel tank 11 to the anode 102. The fuel supply path 12 may be a fuel circulation type or a fuel non-circulation type. In the case of the fuel circulation type, the liquid organic fuel supplied to the anode 102 passes through the anode 102 and returns to the fuel tank 11 while changing its concentration somewhat for the reaction at the anode 102. In the case of the fuel non-circulation type, the anode 102 side end portion of the fuel supply path 12 has a structure utilizing a capillary phenomenon or the like, thereby supplying the liquid organic fuel to the anode 102.

酸化剤供給経路１３がカソード１０３へ酸化剤を供給する。酸化剤供給経路１３は送気型でも開放型でもよい。送気型の場合、酸化剤供給経路１３が、例えば空気または純酸素といった酸化剤をカソード１０３に供給し、供給された酸化剤はカソード１０３における反応のために消費されながら、カソード１０３を通過する。開放型の場合、燃料電池セル１０はカソード１０３が直接大気に面するような構成が可能であり、酸化剤供給経路１３の構成物は実質的に不要である。 The oxidant supply path 13 supplies oxidant to the cathode 103. The oxidant supply path 13 may be an air supply type or an open type. In the case of the air supply type, the oxidant supply path 13 supplies an oxidant such as air or pure oxygen to the cathode 103, and the supplied oxidant passes through the cathode 103 while being consumed for the reaction at the cathode 103. . In the case of the open type, the fuel cell 10 can be configured such that the cathode 103 directly faces the atmosphere, and the components of the oxidant supply path 13 are substantially unnecessary.

加熱装置２は、燃料電池セル１０、燃料タンク１１、燃料供給経路１２、酸化剤供給経路１３のうちの少なくとも１つを、または、電源システム１００ａ全体を加熱するための手段である。加熱対象は周囲環境の温度低下により凍結の恐れが高い部分が好ましい。一般的に、凍結の恐れが高い部分は、システムの構造、および、使用状況等により変化する。 The heating device 2 is means for heating at least one of the fuel battery cell 10, the fuel tank 11, the fuel supply path 12, the oxidant supply path 13, or the entire power supply system 100a. The heating target is preferably a portion where there is a high risk of freezing due to a temperature drop in the surrounding environment. In general, the portion where the possibility of freezing is high varies depending on the structure of the system and the usage situation.

加熱装置２は通電により発熱する手段が好ましく、それは例えば電気抵抗を用いたヒータ等である。加熱装置２が電気抵抗を用いたヒータの場合、電気抵抗を複数個用意し、その使用数を適宜変更する手段を備えることで消費電力を最適化することも可能である。 The heating device 2 is preferably a means for generating heat when energized, and is, for example, a heater using electrical resistance. In the case where the heating device 2 is a heater using electrical resistance, it is possible to optimize power consumption by preparing a plurality of electrical resistances and providing means for appropriately changing the number of uses.

温度センサ４は燃料電池の少なくとも一部の温度を検出する。例えば、燃料電池セル１０、燃料タンク１１、燃料供給経路１２、または、酸化剤供給経路１３を測定対象とする。但し、電源システム１００ａを測定対象とすることも可能である。さらには、参照温度として電源システム１００ａの外部の温度を測定対象としてもよい。各測定点において、各温度センサ４は温度測定値を加熱制御装置５へ送信する。測定値送信間隔は特に限定されない。実質的に連続的に送信することも、間欠的に送信することも可能である。 The temperature sensor 4 detects the temperature of at least a part of the fuel cell. For example, the fuel cell 10, the fuel tank 11, the fuel supply path 12, or the oxidant supply path 13 is the measurement target. However, the power supply system 100a can also be a measurement target. Furthermore, the temperature outside the power supply system 100a may be measured as the reference temperature. At each measurement point, each temperature sensor 4 transmits a temperature measurement value to the heating control device 5. The measurement value transmission interval is not particularly limited. It is possible to transmit substantially continuously or intermittently.

加熱制御装置５は温度センサ４からの信号を受け、その信号に基づいて加熱装置２を作動または停止させることが可能な加熱制御装置である。例えば、加熱装置２が電気抵抗を用いたヒータの場合、加熱制御装置５はヒータへの通電を制御可能なスイッチ等が可能である。また、電源システム１００ａが加熱装置２を１個備えている場合、加熱制御装置は１つでよいが、加熱装置２を２以上備えている場合、加熱制御装置５の数は１以上となる。また、加熱制御装置５の数が加熱装置２の数よりも多くとも問題はない。 The heating control device 5 is a heating control device capable of receiving a signal from the temperature sensor 4 and operating or stopping the heating device 2 based on the signal. For example, when the heating device 2 is a heater using electrical resistance, the heating control device 5 can be a switch that can control the energization of the heater. Further, when the power supply system 100a includes one heating device 2, the number of the heating control devices 5 may be one. However, when the power supply system 100a includes two or more heating devices 2, the number of the heating control devices 5 is one or more. There is no problem even if the number of heating control devices 5 is larger than the number of heating devices 2.

外部出力端子６は燃料電池１の出力を外部負荷に供給するための接続部である。 The external output terminal 6 is a connection part for supplying the output of the fuel cell 1 to an external load.

＜動作＞
以上のように構成される電源システム１００ａの動作を説明する。本実施形態において、用いる燃料電池１は、その発電状態において、かなりの熱を発する。従って電源システム１００ａが現在、発電状態であるか、または、停止状態であるかの判断は、温度センサ４による継続的な温度監視により可能である。なお、発熱の少ない燃料電池を電源として用いる場合、外部出力への電力供給の有無を監視し、燃料電池が発電状態にあるのか、または、停止状態なのかを監視する手段を備えてもよい。 <Operation>
The operation of the power supply system 100a configured as described above will be described. In the present embodiment, the fuel cell 1 to be used emits considerable heat in the power generation state. Therefore, it is possible to determine whether the power supply system 100a is currently in a power generation state or in a stopped state by continuous temperature monitoring by the temperature sensor 4. In the case where a fuel cell that generates little heat is used as a power source, there may be provided means for monitoring whether or not power is supplied to an external output and monitoring whether the fuel cell is in a power generation state or in a stopped state.

電源システム１００ａの停止状態において、温度センサ４は測定対象の温度を監視し、測定値を加熱制御装置５に送信する。加熱制御装置５は温度センサ４から送信される温度データと、加熱制御装置５に予め設定されている第１基準温度とを比較し、第１基準温度以下であれば加熱装置２を作動させる。ここで第１基準温度は特に限定されないが、凍結防止の観点より、４℃程度が望ましい。 In the stop state of the power supply system 100a, the temperature sensor 4 monitors the temperature of the measurement target and transmits the measured value to the heating control device 5. The heating control device 5 compares the temperature data transmitted from the temperature sensor 4 with a first reference temperature set in advance in the heating control device 5, and activates the heating device 2 if the temperature is equal to or lower than the first reference temperature. Here, the first reference temperature is not particularly limited, but is preferably about 4 ° C. from the viewpoint of preventing freezing.

なお、温度センサ４を複数個備える場合、各温度センサ４が異なる温度測定値を出力することが考えられる。そのため、加熱制御装置５は予め設定されている、第１平均基準温度と前記温度測定値の平均値とを比較し、平均値が第１平均基準温度を下回っていれば加熱装置２を作動させる。もしくは、温度測定値のうちの最低温度と、加熱制御装置５に予め設定されている第１最低基準温度とを比較し、最低温度が第１最低基準温度を下回っていれば加熱装置２を作動させる。この場合、第１平均基準温度、および、第１最低基準温度は例えば、それぞれ４℃、および、０℃と設定される。 When a plurality of temperature sensors 4 are provided, it is conceivable that each temperature sensor 4 outputs a different temperature measurement value. Therefore, the heating control device 5 compares the first average reference temperature set in advance with the average value of the temperature measurement values, and activates the heating device 2 if the average value is lower than the first average reference temperature. . Alternatively, the lowest temperature of the measured temperature values is compared with the first lowest reference temperature preset in the heating control device 5, and if the lowest temperature is lower than the first lowest reference temperature, the heating device 2 is activated. Let In this case, the first average reference temperature and the first lowest reference temperature are set to, for example, 4 ° C. and 0 ° C., respectively.

燃料電池１が稼動すると、燃料電池１から加熱装置２に電力が供給され、加熱対象が加熱される。これにより、燃料電池１等の温度が上昇し凍結を防止することができる。また、例えば燃料供給経路が燃料非循環型の燃料電池の場合、電気抵抗が接続され通電することで燃料電池が自動的に発電を開始する。燃料電池が発電を開始することで熱が発生する。この熱も凍結の防止に寄与する。 When the fuel cell 1 is operated, electric power is supplied from the fuel cell 1 to the heating device 2, and the object to be heated is heated. Thereby, the temperature of the fuel cell 1 etc. rises and freezing can be prevented. Further, for example, when the fuel supply path is a fuel non-circulation type fuel cell, the fuel cell automatically starts power generation when the electric resistance is connected and energized. Heat is generated when the fuel cell starts power generation. This heat also contributes to prevention of freezing.

そして、温度センサ４からの温度の測定値が、予め設定されている第２基準温度またはそれ以上（好ましくは第１基準温度＋３℃以上）になった場合、加熱制御装置５は加熱装置２を停止させる。例えば、加熱装置２が前述の電気抵抗を用いたヒータの場合、加熱制御装置５はヒータへの燃料電池１からの電力供給を遮断する。 When the temperature measurement value from the temperature sensor 4 reaches a preset second reference temperature or higher (preferably the first reference temperature + 3 ° C. or higher), the heating control device 5 turns the heating device 2 on. Stop. For example, when the heating device 2 is a heater using the above-described electrical resistance, the heating control device 5 cuts off the power supply from the fuel cell 1 to the heater.

なお、複数の温度センサ４を備える場合、各温度センサ４の出力にばらつきが見られることが考えられる。その場合、各センサ４の温度測定値の平均値が、加熱制御装置５に予め設定された第２平均基準温度を上回るか、または、前記温度測定値の最高温度が第２最高基準温度を上回った場合に、加熱制御装置５は加熱装置２を停止させる。 In addition, when providing the several temperature sensor 4, it is possible that the output of each temperature sensor 4 shows dispersion | variation. In that case, the average value of the temperature measurement values of each sensor 4 exceeds the second average reference temperature preset in the heating control device 5, or the maximum temperature of the temperature measurement values exceeds the second maximum reference temperature. The heating control device 5 stops the heating device 2.

＜効果＞
本発明に係る第１実施形態により、以上説明したように燃料電池１等が自動的に加熱され、燃料電池１等を常時凍結温度以上に維持することができる。したがって、電源システム１００ａ内の凍結を防止することができ、確実に電源システムを起動することができる。また、凍結の恐れのない温度まで燃料電池１等の温度が上昇すれば、加熱手段が自動的に停止するので、電源システムを必要以上に加熱することを防止し、電力の過度な消費を防止することができる。 <Effect>
According to the first embodiment of the present invention, as described above, the fuel cell 1 and the like are automatically heated, and the fuel cell 1 and the like can be constantly maintained at a freezing temperature or higher. Therefore, freezing in the power supply system 100a can be prevented, and the power supply system can be reliably started. In addition, if the temperature of the fuel cell 1 or the like rises to a temperature at which there is no risk of freezing, the heating means automatically stops, preventing the power system from being heated more than necessary and preventing excessive power consumption. can do.

第２の実施形態
＜構成＞
本実施形態における電源システムは、図２に示すように、第１の実施形態の構成に、さらに停止状態切替え手段である停止状態切替えスイッチ７を加えた構成を有する。停止状態切替えスイッチ７は、人為的に電源システム１００ｂの停止状態を切り替え可能とするスイッチである。本実施形態には、電源システムの停止時において、加熱装置２が温度センサ４の測定値に関わりなく作動しない通常停止状態、および、加熱装置２が温度センサ４の測定値に応じて自動的に作動する稼動停止状態の２種類の停止状態を有する。 Second Embodiment <Configuration>
As shown in FIG. 2, the power supply system according to the present embodiment has a configuration in which a stop state changeover switch 7 serving as a stop state switching unit is added to the configuration of the first embodiment. The stop state changeover switch 7 is a switch that can artificially switch the stop state of the power supply system 100b. In the present embodiment, when the power supply system is stopped, the heating device 2 does not operate regardless of the measurement value of the temperature sensor 4, and the heating device 2 automatically responds to the measurement value of the temperature sensor 4. There are two types of stop states that operate and stop.

＜作用＞
本実施形態に係る電源システム１００ｂは、操作者の判断により、凍結の恐れがない場合には停止状態切替えスイッチ７を通常停止状態にすることで、加熱手段を人為的に温度に関係なく停止させる。他方、凍結の恐れがあると操作者が判断すれば、停止状態切替えスイッチ７を稼動停止状態とすることで、本実施形態の動作は第１実施形態の動作と同一のものとなる。 <Action>
The power supply system 100b according to the present embodiment artificially stops the heating unit regardless of the temperature by setting the stop state changeover switch 7 to the normal stop state when there is no fear of freezing according to the operator's judgment. . On the other hand, if the operator determines that there is a risk of freezing, the operation of the present embodiment is the same as the operation of the first embodiment by setting the stop state changeover switch 7 to the operation stop state.

＜効果＞
本実施形態により、凍結の恐れがないと操作者が判断した場合、電源システムを通常停止状態とすることで、加熱装置２の作動に係る燃料電池１の燃料の不必要な消費を防止できる。 <Effect>
According to the present embodiment, when the operator determines that there is no fear of freezing, unnecessary power consumption of the fuel cell 1 related to the operation of the heating device 2 can be prevented by setting the power supply system to a normal stop state.

第３の実施形態
＜構成＞
図３は本発明に係る第３の実施形態における電源システムの構成を示すブロック図である。本実施形態における電源システム１００ｃは燃料電池１、加熱装置２、バッテリ３、温度センサ４、加熱制御装置５、および、外部負荷と接続するための外部出力端子６を有する。燃料電池１の出力は、バッテリ３、および、外部出力端子６と接続され、バッテリ３から加熱制御装置５を介して加熱装置２と接続されている。さらに加熱制御装置５は温度センサ４と、温度センサ４からの信号が受信可能に接続されている。 Third Embodiment <Configuration>
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a power supply system according to the third embodiment of the present invention. The power supply system 100c in the present embodiment has a fuel cell 1, a heating device 2, a battery 3, a temperature sensor 4, a heating control device 5, and an external output terminal 6 for connection to an external load. The output of the fuel cell 1 is connected to the battery 3 and the external output terminal 6, and is connected to the heating device 2 from the battery 3 via the heating control device 5. Furthermore, the heating control device 5 is connected to the temperature sensor 4 so that a signal from the temperature sensor 4 can be received.

燃料電池１、加熱装置２、温度センサ４、および、加熱制御装置５の構成は、第１、および、第２の実施形態と同一である。 The configurations of the fuel cell 1, the heating device 2, the temperature sensor 4, and the heating control device 5 are the same as those in the first and second embodiments.

バッテリ３は充放電可能な電池であれば特に限定はされないが、エネルギー密度の大きな電池、例えばＬｉイオン電池やＮｉ−Ｈ電池、Ｌｉポリマー電池等が好適である。また、バッテリー３は電源システム１００ｃ内に複数個有してもよい。バッテリ３は燃料電池１から充電されるが、外部に太陽電池のような、再生式エネルギー源を備え、そのエネルギー源から充電されてもよい。また、バッテリ３は、交換も容易な構成である。 The battery 3 is not particularly limited as long as it is a chargeable / dischargeable battery, but a battery having a high energy density, for example, a Li ion battery, a Ni-H battery, a Li polymer battery, or the like is preferable. A plurality of batteries 3 may be included in the power supply system 100c. The battery 3 is charged from the fuel cell 1. However, the battery 3 may be externally provided with a regenerative energy source such as a solar cell and charged from the energy source. Further, the battery 3 is configured to be easily exchanged.

外部出力端子６は燃料電池１の出力を外部負荷に供給するための接続部であり、外部出力端子６とバッテリ３は接続されていてもよい。 The external output terminal 6 is a connection part for supplying the output of the fuel cell 1 to an external load, and the external output terminal 6 and the battery 3 may be connected.

＜動作＞
電源システム１００ｃの停止時において、温度センサ４は、第１、および、第２の実施形態と同様にして、測定対象の温度を監視し、測定値を加熱制御装置５に送信する。加熱制御装置５は、第１、および、第２実施形態と同様に、温度センサ４から送信される温度データと、加熱制御装置５に予め設定されている第１基準温度とを比較し、前記温度データが第１基準温度を下回れば加熱装置２を作動させる。 <Operation>
When the power supply system 100c is stopped, the temperature sensor 4 monitors the temperature of the measurement target and transmits the measured value to the heating control device 5 in the same manner as in the first and second embodiments. As in the first and second embodiments, the heating control device 5 compares the temperature data transmitted from the temperature sensor 4 with a first reference temperature preset in the heating control device 5, and If the temperature data falls below the first reference temperature, the heating device 2 is activated.

ここで第１基準温度は特に限定されないが、凍結防止の観点より、４℃程度が望ましい。なお、温度センサ４を複数個有する場合は、第１、および、第２の実施形態と同様に、センサ４の各測定値の平均値、および、それらの最低値を基に、加熱制御装置５が加熱装置２の稼動、および、停止を制御する。 Here, the first reference temperature is not particularly limited, but is preferably about 4 ° C. from the viewpoint of preventing freezing. In the case where a plurality of temperature sensors 4 are provided, the heating control device 5 is based on the average value of each measured value of the sensor 4 and the minimum value thereof as in the first and second embodiments. Controls the operation and stop of the heating device 2.

加熱装置２にはバッテリ３から電力が供給され、加熱対象が加熱される。これにより、燃料電池１等の温度が上昇し凍結を防止することができる。 Electric power is supplied from the battery 3 to the heating device 2, and the object to be heated is heated. Thereby, the temperature of the fuel cell 1 etc. rises and freezing can be prevented.

そして、温度センサ４からの温度の測定値が、予め設定されている第２基準温度またはそれ以上（好ましくは第１基準温度＋３℃以上）になった場合、加熱制御装置５は加熱装置２を停止させる。すなわち加熱制御装置５が、バッテリ３から加熱装置２への電力供給を遮断する。 When the temperature measurement value from the temperature sensor 4 reaches a preset second reference temperature or higher (preferably the first reference temperature + 3 ° C. or higher), the heating control device 5 turns the heating device 2 on. Stop. That is, the heating control device 5 cuts off the power supply from the battery 3 to the heating device 2.

＜効果＞
本実施形態における電源システム１００ｃは、自動的に加熱され、その停止状態においても、常に凍結温度以上に維持することができる。第１、および、第２の実施形態における電源システム１００ａ、および、１００ｂでは、燃料は循環型、酸化剤は開放型の構成を有することが想定されるが、そのようなシステムでは燃料電池のスタック化が困難であるため、出力を向上させることが容易ではない。だが、バッテリー３を備えることで、ポンプ等の補機の使用が可能となり、燃料電池をスタック構造とし、高出力を得ることが容易となっている。 <Effect>
The power supply system 100c in the present embodiment is automatically heated and can always be maintained above the freezing temperature even in the stopped state. In the power supply systems 100a and 100b in the first and second embodiments, it is assumed that the fuel has a circulation type and the oxidant has an open type configuration. In such a system, a fuel cell stack is used. Therefore, it is difficult to improve the output. However, the provision of the battery 3 makes it possible to use an auxiliary machine such as a pump, making it easy to obtain a high output by making the fuel cell a stack structure.

第４の実施形態
＜構成＞
図４は本発明に係る第４の実施形態における電源システム１００ｄの構成を示すブロック図である。第４の実施形態における電源システム１００ｄは、図３に示す第３の実施形態に係る電源システム１００ｃに、さらに容量監視装置８、および、始動制御装置９を備える。容量監視装置８は一方でバッテリ３に接続され、バッテリ３の残存容量を監視し、また、他方で始動制御装置９に接続され、バッテリ３の残存容量に関する信号を送信する。始動制御装置９は、容量監視装置８からの信号を受けて、燃料電池１を始動、または、停止させるよう制御を行う。 Fourth Embodiment <Configuration>
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a power supply system 100d according to the fourth embodiment of the present invention. The power supply system 100d in the fourth embodiment further includes a capacity monitoring device 8 and a start control device 9 in addition to the power supply system 100c according to the third embodiment shown in FIG. The capacity monitoring device 8 is connected to the battery 3 on the one hand to monitor the remaining capacity of the battery 3, and is connected to the start control device 9 on the other hand to transmit a signal relating to the remaining capacity of the battery 3. The start control device 9 receives the signal from the capacity monitoring device 8 and performs control to start or stop the fuel cell 1.

本実施形態は、第３の実施形態と同様、バッテリ３に蓄えられている電力を用いて電源システム１００ｄを凍結から保護する。当然のことながら、バッテリ３に蓄えられる電力量は有限であり、その電力は有限時間内に消費される。そこで、容量監視装置８を設け、これによりバッテリ３の残存容量を監視する。容量監視装置８の数は任意である。例えば、バッテリ３を１つ有する電源システムの場合、容量監視装置８は１つで十分であるが、バッテリ３を２つ有する場合、１つの容量監視装置８で２つのバッテリ３の合計残存容量を監視してもよく、または、２つの容量監視装置８でそれぞれのバッテリ３の残存容量を監視してもよい。また、容量監視装置８はバッテリ３の数より多くともよい。容量監視装置８はこれらバッテリ３の残存容量の測定値を始動制御装置９へ送信する。始動制御装置９は容量監視装置８からの信号を受け、燃料電池１を制御、換言すれば、始動、または、停止させる。 In the present embodiment, as in the third embodiment, the power supply system 100d is protected from freezing using the electric power stored in the battery 3. As a matter of course, the amount of electric power stored in the battery 3 is finite, and the electric power is consumed within a finite time. Therefore, a capacity monitoring device 8 is provided to monitor the remaining capacity of the battery 3. The number of capacity monitoring devices 8 is arbitrary. For example, in the case of a power supply system having one battery 3, one capacity monitoring device 8 is sufficient, but in the case of having two batteries 3, the total remaining capacity of two batteries 3 can be obtained by one capacity monitoring device 8. The remaining capacity of each battery 3 may be monitored by the two capacity monitoring devices 8. Further, the capacity monitoring device 8 may be more than the number of the batteries 3. The capacity monitoring device 8 transmits the measured value of the remaining capacity of the battery 3 to the start control device 9. The start control device 9 receives a signal from the capacity monitoring device 8 and controls the fuel cell 1, in other words, starts or stops.

＜動作＞
電源システム１００ｄの停止時において、温度センサ４は、第１、ないし、第３の実施形態と同様にして、測定対象の温度を監視し、測定値を加熱制御装置５に送信する。加熱制御装置５は、第１、ないし、第３実施形態と同様に、温度センサ４から送信される温度データと、加熱制御装置５に予め設定されている第１基準温度とを比較し、第１基準温度以下であれば加熱装置２を作動させる。加熱装置２には、バッテリ３から電力が供給され、加熱対象を加熱する。これにより、燃料電池１等の温度が上昇し凍結を防止することができる。 <Operation>
When the power supply system 100d is stopped, the temperature sensor 4 monitors the temperature of the object to be measured and transmits the measured value to the heating control device 5 in the same manner as in the first or third embodiment. As in the first to third embodiments, the heating control device 5 compares the temperature data transmitted from the temperature sensor 4 with the first reference temperature preset in the heating control device 5, and If it is below 1 reference temperature, the heating apparatus 2 will be operated. Electric power is supplied from the battery 3 to the heating device 2 to heat the heating target. Thereby, the temperature of the fuel cell 1 etc. rises and freezing can be prevented.

このような加熱装置２の作動により、バッテリ３の電力が消費される。始動制御装置９は容量監視装置８からのバッテリ３の残存容量の測定値が予め設定されている第１残存容量（例えば最大容量の２０％）を下回った場合に、燃料電池１を始動させる。なお、複数のバッテリ３を備え、複数の容量監視装置８が残存容量の監視をしている場合、複数のバッテリ３の残存容量の平均値が第１残存容量を下回るか、または、残存容量のうちの少なくとも１つが、予め設定されている第１最低残存容量を下回る場合に、始動制御装置９が燃料電池１を始動させる。ただし、複数のバッテリを備え、バッテリを順に１つずつ使用する場合は、最後のバッテリの残存容量を監視すればよく、全バッテリに監視装置を備えていても最後のバッテリの残存容量を監視し、その残存容量が第１最終残存容量、例えば５０％を下回った場合に、始動制御装置９が燃料電池１を始動させる。第１最終残存容量は複数のバッテリの全容量と、最後に消費されるバッテリの容量との比に応じて変化する。 Due to the operation of the heating device 2, the power of the battery 3 is consumed. The start control device 9 starts the fuel cell 1 when the measured value of the remaining capacity of the battery 3 from the capacity monitoring device 8 falls below a preset first remaining capacity (for example, 20% of the maximum capacity). In addition, when the plurality of batteries 3 are provided and the plurality of capacity monitoring devices 8 monitor the remaining capacity, the average value of the remaining capacity of the plurality of batteries 3 is less than the first remaining capacity or the remaining capacity The start control device 9 starts the fuel cell 1 when at least one of them falls below a preset first minimum remaining capacity. However, if you have multiple batteries and use them one by one in sequence, you only need to monitor the remaining capacity of the last battery. Even if all batteries have a monitoring device, you can monitor the remaining capacity of the last battery. The start control device 9 starts the fuel cell 1 when the remaining capacity falls below a first final remaining capacity, for example, 50%. The first final remaining capacity varies depending on the ratio between the total capacity of the plurality of batteries and the capacity of the last consumed battery.

燃料電池１による発電電力はバッテリ３の充電に用いられる。充電作業中において、加熱装置２への電力供給を停止する必要はないが、バッテリ３からの供給を停止させる場合には、加熱装置２への電力供給源を変更し、電力供給を燃料電池１から行ってもよい。 The power generated by the fuel cell 1 is used for charging the battery 3. During the charging operation, it is not necessary to stop the power supply to the heating device 2, but when the supply from the battery 3 is stopped, the power supply source to the heating device 2 is changed and the power supply is changed to the fuel cell 1. You may go from.

そして容量監視装置８からの測定値が、予め設定されている第２残存容量（例えば最大容量の８５％）を上回った場合、始動制御装置９は燃料電池１を停止させ、バッテリ３への充電は終了する。なお、複数のバッテリ、および、容量監視装置を備えている場合、上述した充電開始の判断と同様に、各バッテリの残存容量の平均値、および／または、特定の１個のバッテリの残存容量を用いて充電終了の判断を行う。 When the measured value from the capacity monitoring device 8 exceeds a preset second remaining capacity (for example, 85% of the maximum capacity), the start control device 9 stops the fuel cell 1 and charges the battery 3. Ends. In the case where a plurality of batteries and a capacity monitoring device are provided, the average value of the remaining capacity of each battery and / or the remaining capacity of one specific battery is determined in the same manner as the determination of the start of charging described above. Use this to determine the end of charging.

＜効果＞
本発明の第４の実施形態により、以上説明したように第３実施形態と同様の効果が得られ、さらには外部電源を必要とせずにバッテリ３の充電が可能である。よってバッテリ３の容量が小さい場合でも、自動的に燃料電池１から充電されることで、加熱装置２の維持時間はバッテリ３の容量に依存しない。したがって、本発明の電源システム単体で長時間にわたり、加熱装置２を稼動させることができ、電源システム１００の凍結を防止することができる。また、充電が自動的に停止することで燃料電池１を必要以上稼動することは無く、燃料の消費を最小限にまで抑制することができる。 <Effect>
According to the fourth embodiment of the present invention, the same effects as those of the third embodiment can be obtained as described above, and the battery 3 can be charged without requiring an external power source. Therefore, even when the capacity of the battery 3 is small, the maintenance time of the heating device 2 does not depend on the capacity of the battery 3 by being automatically charged from the fuel cell 1. Therefore, the heating apparatus 2 can be operated for a long time with the power supply system alone of the present invention, and the power supply system 100 can be prevented from freezing. Further, since the charging is automatically stopped, the fuel cell 1 is not operated more than necessary, and the fuel consumption can be suppressed to the minimum.

第５の実施形態
＜構成＞
第５の実施形態に係る電源システムは、第３、または、第４の実施形態の構成にさらに停止状態切替えスイッチ７を加えた構成を有する。本実施形態には、電源システムの停止時において、加熱装置２が温度センサ４の測定値に関わりなく作動しない通常停止状態、および、加熱装置２が温度センサ４の測定値に応じて自動的に作動する稼動停止状態の２種類の停止状態が備えられている。前記停止状態切替えスイッチ７は、人為的に電源システムの前記２つの停止状態を切り替え可能とするスイッチである。 Fifth Embodiment <Configuration>
The power supply system according to the fifth embodiment has a configuration in which a stop state changeover switch 7 is further added to the configuration of the third or fourth embodiment. In the present embodiment, when the power supply system is stopped, the heating device 2 does not operate regardless of the measured value of the temperature sensor 4, and the heating device 2 automatically responds to the measured value of the temperature sensor 4. Two types of stop states are provided: an operation stop state that operates. The stop state changeover switch 7 is a switch that can artificially switch between the two stop states of the power supply system.

＜作用＞
本実施形態に係る電源システムは、操作者の判断により、凍結の恐れがない場合には停止状態切替えスイッチ７を通常停止状態にすることで、加熱手段を人為的に停止する。凍結の恐れがあると操作者が判断すれば、停止状態切替えスイッチ７を稼動停止状態とすることで、本実施形態に係る電源システムの動作は第３、または、第４実施形態と同一のものとなる。 <Action>
The power supply system according to the present embodiment artificially stops the heating means by setting the stop state changeover switch 7 to the normal stop state when there is no fear of freezing according to the operator's judgment. If the operator determines that there is a risk of freezing, the operation of the power supply system according to this embodiment is the same as that of the third or fourth embodiment by setting the stop state changeover switch 7 to the operation stop state. It becomes.

＜効果＞
本実施形態に係る電源システムは、操作者が、凍結の恐れがないと判断した場合には停止状態切替えスイッチ７を用いて停止状態を通常停止状態にすることで、加熱や充電等の動作を人為的に停止することができる。これにより加熱装置２等の作動に係るバッテリ３の電力の不必要な消費を防止できる。また、第４の実施形態と組み合わせた場合にはバッテリの電力の不必要な消費、ならびに燃料の不必要な消費を防止できる。 <Effect>
When the operator determines that there is no risk of freezing, the power supply system according to the present embodiment performs operations such as heating and charging by setting the stop state to the normal stop state using the stop state changeover switch 7. Can be artificially stopped. Thereby, the unnecessary consumption of the electric power of the battery 3 which concerns on operation | movement of the heating apparatus 2 grade | etc., Can be prevented. Further, when combined with the fourth embodiment, unnecessary consumption of battery power and unnecessary consumption of fuel can be prevented.

なお、本発明は電解質膜を挟んでアノードとカソードを有するセルを備え、前記アノードに液体有機燃料を直接供給するとともに、前記カソードに酸化剤を気体で供給することによって発電する燃料電池、および、加熱手段を有する電源システムに関する発明である。それ以外は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の加熱装置やバッテリ、温度センサや、加熱制御装置等の具体的な構成は、前述したものに限定されることは無く、加熱手段が作動できれば、自由に選択できる。 The present invention includes a cell having an anode and a cathode with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a fuel cell that directly supplies liquid organic fuel to the anode and generates electricity by supplying an oxidant in the form of a gas to the cathode, and It is an invention relating to a power supply system having a heating means. Other than that, it is not limited to the above-mentioned embodiment. Specific configurations of the heating device, battery, temperature sensor, heating control device, and the like of the present invention are not limited to those described above, and can be freely selected as long as the heating means can be operated.

以下に本発明における実施例を示す。以下の全ての実施例において、燃料電池には３％メタノール水溶液を燃料とするＤＭＦＣを用い、加熱装置には電気抵抗を用いている。バッテリーを有する実施例においては、Ｌｉイオン電池をバッテリーとして使用している。なお、全ての実施例、および、比較例において同一の構成要素はその同一の機能を有するものである。 Examples of the present invention are shown below. In all the following examples, DMFC using 3% aqueous methanol as fuel is used for the fuel cell, and electric resistance is used for the heating device. In an embodiment having a battery, a Li-ion battery is used as the battery. In all of the examples and comparative examples, the same components have the same functions.

実施例１は第１の実施形態の構成を有する、すなわち、燃料電池、加熱手段、温度センサ、加熱制御装置、および、外部出力端子を有する電源システムである。 Example 1 is a power supply system having the configuration of the first embodiment, that is, a fuel cell, a heating unit, a temperature sensor, a heating control device, and an external output terminal.

実施例２は第４の実施形態の構成を有する、すなわち、第３の実施形態の構成要素に加え、容量監視装置、および、始動制御装置を有する電源システムである。 Example 2 is a power supply system having the configuration of the fourth embodiment, that is, a power supply system having a capacity monitoring device and a start control device in addition to the components of the third embodiment.

また、比較例は燃料電池、および、外部出力端子のみを有する電源システムである。 The comparative example is a power supply system having only a fuel cell and an external output terminal.

全ての実施例において、第１基準温度を４℃、第２基準温度を７℃と設定し、また、実施例２における第１残存容量を最大容量の２０％、第２残存容量を最大容量の８５％とした。 In all the examples, the first reference temperature is set to 4 ° C., the second reference temperature is set to 7 ° C., the first remaining capacity in Example 2 is set to 20% of the maximum capacity, and the second remaining capacity is set to the maximum capacity. 85%.

電源システムの評価
第１の評価例
実施例１、および、比較例の電源システムを停止状態で−１０℃の環境に放置し、１時間後および６時間後に電源システムが起動するかを確認した。結果を表１に示す。 Evaluation of Power Supply System First Evaluation Example The power supply systems of Example 1 and the comparative example were left in an environment of −10 ° C. in a stopped state, and it was confirmed whether the power supply system started after 1 hour and 6 hours. The results are shown in Table 1.

表１より、−１０℃の低温環境下では、加熱手段をもたない比較例の電源システムは起動不能になる。それに対し、加熱手段を有する実施例１の電源システムは低温環境下でも起動することができる。

From Table 1, in the low temperature environment of -10 degreeC, the power supply system of the comparative example which does not have a heating means becomes unstartable. On the other hand, the power supply system according to the first embodiment having the heating means can be activated even in a low temperature environment.

第２の評価例
実施例２、比較例の電源システムを停止状態で−１０℃の環境に放置し、１時間後および６時間後に電源システムが起動するかを確認した。結果を表２に示す。 Second Evaluation Example The power supply systems of Example 2 and Comparative Example were stopped and left in an environment of −10 ° C., and it was confirmed whether the power supply system started up after 1 hour and 6 hours. The results are shown in Table 2.

表２より、−１０℃の低温環境下では、加熱手段をもたない比較例の電源システムは起動不能になった。それに対し、加熱手段を有する実施例２の電源システムは１時間後に低温環境下でも起動することができた。また、低温環境下で長時間保存した場合、バッテリーを充電するための機能を有する実施例２では燃料電池からバッテリーへ充電が行われたため起動が可能であった。

From Table 2, under the low temperature environment of −10 ° C., the power supply system of the comparative example having no heating means became unstartable. On the other hand, the power supply system of Example 2 having the heating means was able to start up even in a low temperature environment after 1 hour. In addition, when the battery was stored for a long time in a low temperature environment, in Example 2 having a function for charging the battery, it was possible to start the battery because the battery was charged from the fuel cell.

本発明に係る燃料電池を用いた電源システムは、凍結防止効果を有し、移動型電源システム等として有用である。 The power supply system using the fuel cell according to the present invention has an anti-freezing effect and is useful as a mobile power supply system or the like.

第１の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 1st embodiment. 第２の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 2nd embodiment. 第３の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 3rd embodiment. 第４の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１・・燃料電池２・・加熱手段
３・・バッテリー４・・温度センサ
５・・加熱制御装置６・・外部出力端子
７・・停止状態切替えスイッチ８・・容量監視装置
９・・始動制御装置１０・・燃料電池セル
１１・・燃料タンク１２・・燃料供給経路
１３・・酸化剤供給経路
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ・・・・電源システム
１０１・・電解質膜１０２・・アノード
１０３・・カソード

1 .. Fuel cell 2 .. Heating means 3 .. Battery 4 .. Temperature sensor 5 .. Heating control device 6 .. External output terminal 7 .. Stop state changeover switch 8 .. Capacity monitoring device 9. 10 .. Fuel cell 11 .. Fuel tank 12 .. Fuel supply path 13 .. Oxidant supply path 100a, 100b, 100c, 100d... Power supply system 101 .. Electrolyte membrane 102 .. Anode 103 .. Cathode

Claims

電解質膜の両側にアノードおよびカソードをそれぞれ接合し、前記アノードおよび前記カソードにそれぞれ液体有機燃料および気体酸化剤を供給することによって継続的に発電可能な燃料電池を電力源とする電源システムであって、
前記電源システムの停止状態において、少なくとも前記燃料電池の一部、または、前記電源システム全体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする電源システム。 A power supply system using a fuel cell as a power source that can continuously generate power by joining an anode and a cathode to both sides of an electrolyte membrane and supplying a liquid organic fuel and a gaseous oxidant to the anode and the cathode, respectively. ,
A power supply system comprising heating means for heating at least a part of the fuel cell or the entire power supply system when the power supply system is stopped.

さらに、前記加熱手段へ電力を供給するバッテリーを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1, further comprising a battery that supplies electric power to the heating unit.

前記加熱手段が通電により加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 1, wherein the heating unit heats by energization.

前記加熱手段は前記燃料電池から電力が供給されることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 3, wherein the heating unit is supplied with electric power from the fuel cell.

さらに、前記燃料電池の温度、前記電源システム全体の温度、前記電源システムの外部の温度のうち少なくとも１つを計測する温度センサと、
前記加熱手段を制御する加熱制御装置とを備え、
前記加熱制御装置が前記温度センサからの信号を受け、前記信号が第１基準温度を下回る値を示す場合に前記加熱手段を作動させることを特徴とする、請求項１ないし４に記載の電源システム。 A temperature sensor that measures at least one of the temperature of the fuel cell, the temperature of the entire power supply system, and the temperature outside the power supply system;
A heating control device for controlling the heating means,
5. The power supply system according to claim 1, wherein the heating control device receives a signal from the temperature sensor and activates the heating unit when the signal indicates a value lower than a first reference temperature. 6. .

前記加熱手段が動作している場合において、前記加熱制御装置が前記温度センサからの信号を受け、前記信号が、前記第１基準温度以上である、第２基準温度を上回る値を示す場合に前記加熱手段の動作を停止させることを特徴とする、請求項５に記載の電源システム。 In the case where the heating means is operating, the heating control device receives a signal from the temperature sensor, and the signal is equal to or higher than the first reference temperature and indicates a value exceeding a second reference temperature. 6. The power supply system according to claim 5, wherein the operation of the heating means is stopped.

さらに、前記バッテリーの残存容量を監視する容量監視装置、および、
前記容量監視装置と接続された始動制御装置とを有し、
前記始動制御装置が前記容量監視装置からの信号を受け、受信した前記信号の示す前記バッテリーの残存容量が第１残存容量を下回っている場合、前記燃料電池を始動させ、前記始動制御装置からの指示で発電状態になった前記燃料電池により、前記バッテリーを充電することを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の電源システム。 A capacity monitoring device for monitoring the remaining capacity of the battery; and
A start control device connected to the capacity monitoring device;
When the start control device receives a signal from the capacity monitoring device and the remaining capacity of the battery indicated by the received signal is lower than the first remaining capacity, the fuel cell is started, and the start control device The power supply system according to any one of claims 2 to 6, wherein the battery is charged by the fuel cell that is in a power generation state according to an instruction.

前記始動制御装置により前記燃料電池が前記バッテリーを充電している場合において、前記始動制御装置が前記容量監視装置からの信号を受け、前記信号の示す前記バッテリーの残存容量が第２残存容量を上回っている場合、前記始動制御装置からの指示で発電状態になっている前記燃料電池の発電を停止させることを特徴とする、請求項７に記載の電源システム。 When the fuel cell is charging the battery by the start control device, the start control device receives a signal from the capacity monitoring device, and the remaining capacity of the battery indicated by the signal exceeds the second remaining capacity. 8. The power supply system according to claim 7, wherein power generation of the fuel cell that is in a power generation state is stopped by an instruction from the start control device.

さらに、前記電源システムの停止状態において、前記停止状態を、前記加熱手段が稼動しない通常停止状態、または、前記加熱手段が稼動可能な稼動停止状態のいずれかに切替える停止状態切替え手段を設けたことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電源システム。

Furthermore, in the stop state of the power supply system, there is provided stop state switching means for switching the stop state to either a normal stop state where the heating means does not operate or an operation stop state where the heating means can operate. The power supply system according to claim 1, wherein: