JP2005108815A - 燃料電池の調整および温度制御 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】例示的なシステムは、電気的出力を提供可能な第1の燃料電池FC1と、電気的出力を提供可能な第2の燃料電池FC2と、第1の燃料電池FC1の電気的出力と第2の燃料電池FC2の電気的出力を並列または直列に配列して、これにより、電気的出力の効率と熱生成を調整するための1つまたは複数のスイッチSs、Sp1、Sp2を含む切り換え回路とを備える。
【選択図】図8
Description
燃料電池は、荷電化学種(charged species)を移動させるためにイオン伝導電解質を使用して燃焼なしに燃料と酸化剤を電気化学的に反応させることによって電気と熱を発生させることができる。代表的な燃料電池は、燃料(例えば、水素、天然ガス、メタノールなど)と酸化剤(例えば、酸素)に蓄えられたエネルギーの変換によって電圧を発生させることができる。
燃料電池の理論上の熱力学的効率(ηThermo)は、供給される燃料のギブス自由エネルギー(ΔGf)と生成エンタルピー(ΔHf)の比率に基づいて決定することができる。
前述したように、複数電池システムは、一定の電流および電圧の条件で一定の電力出力を維持しながら複数の状態で動作することができる。更に、電池EMFと電流密度は、燃料消費やEMF効率などと関連した可変パラメータである。例示的な配列は、複数電池システム内の少なくともいくつかの電池を並列電気配列と直列電気配列とで切り換えることを可能にする。最初に、様々な例示的な配列について説明し、次に、電力と燃料の問題点を考慮する例示的な配列を動作させる様々な方法について説明する。
様々な例示的な配列が、複数燃料電池システムの動作制御性を高めることができる。例えば、例示的な方法は、供給ブロックを含み、そのブロックで、複数の燃料電池システムに過剰な量の燃料が供給される。次に、切り換えブロックで、電池のうちの少なくともいくつかが、並列電気配列から直列電気配列に切り換えられる。一般に、切り換えによって、1つまたは複数の負荷に対する電力出力が一定に維持される。しかしながら、前述のように、並列電気配列から直列電気配列へ電池を切り換えることにより、電池を高EMF効率状態から低EMF効率状態に切り換えることができる。したがって、そのような環境では、例示的な方法は、生成ブロックを含み、そのブロックで、並列から直列に切り換えられた電池に関連した低EMF効率状態の方が多くの燃料を必要とするので(例えば、より高い燃料利用率)、過剰な燃料の少なくとも一部分から熱が生じる。本質的には、この切り換えにより、供給された燃料の量に対する反応した燃料の量として定義される、切換え式電池の燃料効率が高まる。
1.電気出力を提供することができる第1の燃料電池と、
電気出力を提供することができる第2の燃料電池と、
前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を並列または直列に配列し、それにより電気出力効率および熱発生を調整するための1つまたは複数のスイッチを備える切り換え回路
とを備える、システム。
2.前記第1の燃料電池または前記第2の燃料電池の温度を測定し、信号を前記切り換え回路に提供することが可能な温度測定回路を有する、上項1に記載のシステム。
3.前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池が、固体酸化物型燃料電池である、上項1に記載のシステム。
4.前記切り換え回路を制御するコントローラをさらに備え、前記コントローラが、オプションとして、温度測定回路から信号を受け取り、それに応答して前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を配列するように構成され、前記コントローラが、オプションとして、前記切り換え回路に、前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を並列に配列させて、前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池の電気出力効率を高め、前記コントローラが、オプションとして、前記切り換え回路に、前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を直列に配列させて、前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池の電気出力効率を下げることからなる、上項1に記載のシステム。
5.複数燃料電池システムに過剰量の燃料を供給するステップと、
前記燃料電池の少なくとも一部分を並列電気配列から直列電気配列に切り換えるステップと、
前記過剰量の燃料の少なくとも一部分から熱を生成するステップ
とを含む、方法。
6.前記燃料が水素を含み、前記複数燃料電池システムが、オプションとして、固体酸化物型燃料電池を具備する、上項5に記載の方法。
7.前記切り換えるステップが、負荷に提供される電力を変化させないことからなる、上項5に記載の方法。
8.前記切り換えるステップが、設定温度以下での燃料電池温度の測定に応答して行われる、上項5に記載の方法。
9.複数燃料電池システムにほぼ一定量の燃料を供給するステップと、
燃料電池のうちの少なくともいくつかを直列電気配列から並列電気配列に切り換えるステップと、
EMF効率を高めるステップと、
燃料効率を低下させるステップ
とを含む、方法。
10.前記燃料が水素を含み、前記複数燃料電池システムが、オプションとして、固体酸化物型燃料電池を具備することからなる、上項9に記載の方法。
910 燃料電池
920 コントローラ
Claims (10)
- 電気出力を提供することができる第1の燃料電池と、
電気出力を提供することができる第2の燃料電池と、
前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を並列または直列に配列し、それにより電気出力効率および熱発生を調整するための1つまたは複数のスイッチを備える切り換え回路
とを備える、システム。 - 前記第1の燃料電池または前記第2の燃料電池の温度を測定し、信号を前記切り換え回路に提供することが可能な温度測定回路を有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池が、固体酸化物型燃料電池である、請求項1に記載のシステム。
- 前記切り換え回路を制御するコントローラをさらに備え、前記コントローラが、オプションとして、温度測定回路から信号を受け取り、それに応答して前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を配列するように構成され、前記コントローラが、オプションとして、前記切り換え回路に、前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を並列に配列させて、前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池の電気出力効率を高め、前記コントローラが、オプションとして、前記切り換え回路に、前記第1の燃料電池の前記電気出力と前記第2の燃料電池の前記電気出力を直列に配列させて、前記第1の燃料電池と前記第2の燃料電池の電気出力効率を下げることからなる、請求項1に記載のシステム。
- 複数燃料電池システムに過剰量の燃料を供給するステップと、
前記燃料電池の少なくとも一部分を並列電気配列から直列電気配列に切り換えるステップと、
前記過剰量の燃料の少なくとも一部分から熱を生成するステップ
とを含む、方法。 - 前記燃料が水素を含み、前記複数燃料電池システムが、オプションとして、固体酸化物型燃料電池を具備する、請求項5に記載の方法。
- 前記切り換えるステップが、負荷に提供される電力を変化させないことからなる、請求項5に記載の方法。
- 前記切り換えるステップが、設定温度以下での燃料電池温度の測定に応答して行われる、請求項5に記載の方法。
- 複数燃料電池システムにほぼ一定量の燃料を供給するステップと、
燃料電池のうちの少なくともいくつかを直列電気配列から並列電気配列に切り換えるステップと、
EMF効率を高めるステップと、
燃料効率を低下させるステップ
とを含む、方法。 - 前記燃料が水素を含み、前記複数燃料電池システムが、オプションとして、固体酸化物型燃料電池を具備することからなる、請求項9に記載の方法。
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