(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、補機を直流電圧駆動とするとともに補機に燃料電池から出力される直流電圧を入力して駆動させることにより、変換損失を失くし発電効率を向上させる。【解決手段】燃料電池システムＡは、供給された水素ガスと酸素ガスにより発電して直流電圧を出力する燃料電池１１と、天然ガスなどの燃料、水、空気から水素ガスを生成して燃料電池１１に供給する燃料生成系１２と、燃料生成系１２に燃料、水、空気を供給し燃料電池１１に水素ガスを供給するためのバルブ、ポンプなどの補機１３と、燃料電池１１から入力した直流電圧を交流電圧に変換して交流電圧源１５に出力するＤＣ／ＡＣインバータ１７から構成され、補機１３として直流電圧駆動のものを採用し、この補機１３に燃料電池１１の直流電圧を供給し、燃料電池１１の出力電圧と補機１３の駆動電圧とが等しくなるように構成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された水素ガスと酸素ガスにより発電して直流電圧を出力する燃料電池と、天然ガスなどの燃料、水、空気から前記水素ガスを生成して前記燃料電池に供給する燃料生成系と、前記燃料生成系に前記燃料、水、空気を供給し前記燃料電池に前記水素ガスを供給するためのバルブ、ポンプなどの補機とから構成され、前記補機として直流電圧駆動のものを採用し、該補機に前記燃料電池の直流電圧を供給し、前記燃料電池の出力電圧と前記補機の駆動電圧とが等しくなるように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスなどの燃料、水、空気から生成された水素ガスと酸素ガスにより発電して交流電圧を出力する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、特開２０００−３６３１２号公報に示されているように、供給された水素ガスと酸素ガスにより発電して直流電圧を出力する燃料電池と、天然ガスなどの燃料、水、空気から水素ガスを生成して燃料電池に供給する燃料生成系と、燃料生成系に燃料、水、空気を供給し燃料電池に水素ガスを供給するためのバルブ、ポンプなどの補機と、燃料電池が出力した直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータから構成され、天然ガスなどの燃料から生成された水素ガスと酸素ガスにより発電して交流電圧を出力する燃料電池システムが知られている。補機は、常時には商用電力系統（交流電圧源）から変圧器により降圧された電力を遮断器（常時閉）を経て受電し、停電時には補機電源インバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）から供給される電力を受電するものである。補機電源インバータは、燃料電池から出力される直流電圧を入力して交流電圧に変換して出力するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力電圧を利用して補機を駆動させる際には、補機電源インバータが燃料電池から出力される直流電圧を入力して交流電圧に変換して出力することにより補機は駆動されるものの、変換損失があるため燃料電池システムはその分だけ発電効率が悪くなるという問題があった。例えば、補機電源インバータの変換損失が９０％であり、燃料電池システムの出力を１０００ｗ、補機の合計消費電力を１６０ｗとする場合には、燃料電池の必要出力は１２８９ｗ（＝（１０００ｗ＋１６０ｗ）／０．９）となる。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、補機を直流電圧駆動とするとともに補機に燃料電池から出力される直流電圧を入力して駆動させることにより、変換損失のない発電効率のよい燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、供給された水素ガスと酸素ガスにより発電して直流電圧を出力する燃料電池と、天然ガスなどの燃料、水、空気から水素ガスを生成して燃料電池に供給する燃料生成系と、燃料生成系に燃料、水、空気を供給し燃料電池に水素ガスを供給するためのバルブ、ポンプなどの補機とから構成され、補機として直流電圧駆動のものを採用し、この補機に燃料電池の直流電圧を供給し、燃料電池の出力電圧と補機の駆動電圧とが等しくなるように構成されたことである。
【０００６】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池の出力電圧を利用して補機を駆動させる際には、補機には燃料電池が発電した直流電圧が入力され、補機は供給された直流電圧により駆動される。これにより、燃料電池から出力された直流電圧を交流電圧に変換することなく補機に供給することにより補機を駆動させることができるので、変換による電力損失の発生を失くすことができる。したがって、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。
【０００７】
また、燃料電池の出力電圧と補機の駆動電圧とが等しくなるように構成されているので、燃料電池の出力電圧をそのまま補機に供給してその補機を駆動させることができる。したがって、変圧器などの降圧手段を設ける必要がないので、燃料電池システムをコストダウンし、または燃料電池システムの構造を簡単にすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による燃料電池システムについて図面を参照して説明する。図１は燃料電池システムＡの構成を示す構成概念図である。燃料電池システムＡは、燃料電池１１と燃料生成系１２と補機１３と制御装置１４とＡＣ／ＤＣコンバータ１６とＤＣ／ＡＣインバータ１７から構成されている。
【０００９】
燃料電池１１は、水素ガスおよび酸素ガスが供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電圧（例えば３６Ｖ）を出力するものである。
【００１０】
燃料生成系１２は、主として改質装置１２ａ、一酸化炭素シフト反応装置１２ｂおよび一酸化炭素選択酸化反応装置１２ｃから構成されるものである。改質装置１２ａは燃料供給源および水供給源からそれぞれ供給された燃料および水を水素ガスに改質して一酸化炭素シフト反応装置１２ｂに供給するものである。一酸化炭素シフト反応装置１２ｂは改質装置１２ａから供給された水素ガスに含まれる一酸化炭素ガスを除去して一酸化炭素選択酸化反応装置１２ｃに供給するものである。一酸化炭素選択酸化反応装置１２ｃは一酸化炭素シフト反応装置１２ｂから供給された水素ガスに空気供給源から供給された空気（酸素）を反応させて水素ガスに含まれる一酸化炭素ガスをさらに除去して燃料電池１１に供給するものである。これにより、燃料生成系１２は燃料電池１１に一酸化炭素濃度の極めて低い水素ガスを供給する。
【００１１】
補機１３は、燃料生成系１２に燃料、水、空気を供給するためのポンプ（モータ駆動の）およびバルブ（電磁式の）、燃料電池１１に水素ガス、空気（酸素）を供給するためのバルブ（電磁式の）などから構成されている。この補機１３は直流電圧にて駆動されるものであり、駆動電圧は燃料電池１１の出力電圧とほぼ同じ電圧値である。
【００１２】
制御装置１４は、各圧力センサ、各温度センサ（何れも図示省略）などから入力された信号に基づいて補機１３を制御して、燃料生成系１２に燃料、水、空気を供給して水素ガスを生成したり、燃料電池１１に水素ガスを供給して発電させたりするものである。
【００１３】
燃料電池１１の出力電圧はＤＣ／ＡＣインバータ１７、補機１３および制御装置１４に出力されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１７は、燃料電池１１が出力した直流電圧を交流電圧に変換して交流電圧源１５に出力するものである。一方、燃料電池１１は第１切換スイッチ１８を介して補機１３に接続され、第２切換スイッチ１９および降圧装置２０を介して制御装置１４に接続されている（図１における実線）。いずれの場合も、補機１３および制御装置１４は燃料電池１１から直流電圧を供給されている。なお、本燃料電池システムの起動時など燃料電池１１から十分な出力電圧を得られない場合には、第１および第２切換スイッチ１８，１９は図１にて破線で示すように切り換えられて補機１３および制御装置１４はＡＣ／ＤＣコンバータ１６から直流電圧を供給される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１６は交流電圧源１５から供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力するものである。
【００１４】
上述した燃料電池システムＡにおいて、起動運転時には、第１および第２切換スイッチ１８，１９をＡＣ／ＤＣコンバータ１６が補機１３および制御装置１４に接続されるように切り換えて（図１の破線）、補機１３および制御装置１４にはＡＣ／ＤＣコンバータ１６から直流電圧が供給される。このとき、制御装置１４により補機１３が制御されて、天然ガス、水および空気（酸素）が燃料生成系１２に供給され、生成された水素ガスに含まれる一酸化炭素が所定濃度以下となるまで、燃料生成系１２から生成された水素ガスは燃料電池１１に供給されない。したがって、燃料電池１１は発電しない。
【００１５】
そして、生成された水素ガスに含まれる一酸化炭素が所定濃度以下となると、制御装置１４は定常運転を開始する。このとき、制御装置１４により補機１３が制御されて、天然ガス、水および空気（酸素）が燃料生成系１２に供給され、燃料生成系１２にて生成された水素ガスが燃料電池１１に供給されるとともに、空気（酸素）も燃料電池１１に供給される。したがって、燃料電池１１は発電を開始する。
【００１６】
燃料電池１１による発電が開始されると、制御装置１４は、第１および第２切換スイッチ１８，１９を燃料電池１１が補機１３および制御装置１４に接続されるように切り換えて（図１の実線）、補機１３および制御装置１４には燃料電池１１から直流電圧が供給される。例えば、従来と同様に、ＤＣ／ＡＣインバータ１７の変換損失が９０％であり、燃料電池システムの出力を１０００ｗ、補機１３の合計消費電力を１６０ｗとする場合には、燃料電池１１の必要出力は１２７１ｗ（＝１０００ｗ／０．９＋１６０ｗ）となる。従来では燃料電池１１の出力は１２８９ｗであったの対して本発明では１８ｗ小さい１２７１ｗとなるので、燃料電池システムの発電効率を向上させることとなる。
【００１７】
上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、燃料電池１１の出力電圧を利用して補機１３を駆動させる際には、補機１３には燃料電池１１からの直流電圧が出力され、補機１３は供給された直流電圧により駆動する。これにより、燃料電池１１から出力された直流電圧を交流電圧に変換することなく補機１３に供給することにより補機１３を駆動させることができるので、変換による電力損失の発生を失くすことができる。したがって、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。
【００１８】
また、燃料電池１１の出力電圧と補機１３の駆動電圧とが等しくなるように構成されているので、燃料電池１１の出力電圧をそのまま補機１３に供給してその補機１３を駆動させることができる。したがって、変圧器などの降圧手段を設ける必要がないので、燃料電池システムをコストダウンし、または燃料電池システムの構造を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池システムの構成を示す構成概念図である。
【符号の説明】
１１…燃料電池、１２…燃料生成系、１３…補機、１４…制御装置、１５…交流電圧源、１６…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１７…ＤＣ／ＡＣインバータ。
【図１】
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