(57)【要約】【課題】小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム７は、燃料電池６がガス配管を流れる水素ガスから発電した電力を昇圧してガスメータ４に供給する第１昇圧回路７１、第２昇圧回路７３を備えている。スーパーキャパシタ７２が、燃料電池６が発電し、第１昇圧回路７１によって昇圧された電力を蓄電する。スーパーキャパシタ７２により蓄電された電力は、第２昇圧回路７３によってさらに昇圧してガスメータ４に供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池がガス配管を流れる水素ガスから発電した電力を昇圧して電子機器に供給する昇圧回路を備えた電力供給システムにおいて、
前記燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記電子機器に供給する蓄電装置を
備えたことを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記昇圧回路が、前記燃料電池が発電した電力を昇圧して、前記蓄電装置に供給する第１昇圧回路と、前記燃料電池が蓄電した電力を昇圧して、前記電子機器に供給する第２昇圧回路と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記蓄電装置への充電電流を制限する電流制限回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス配管に取り付けられる電子機器としては、ガスメータや無線機、遮断弁などがある。これら電子機器は、例えば、電池を搭載したり、電源線を介して電源供給が行われていた。
【０００３】
ところで、水素ガスと１３Ａガスとの混合ガスをガス配管で需要家に供給する都市ガス供給方法が提案されている（特許文献１、２）。特許文献１、２の都市ガス供給方法では、一部の需要家において、混合ガス中の水素ガスを分離して、燃料電池で発電することも提案されている。
【０００４】
そこで、この燃料電池で発電した電力を使って上記電子機器の電力を賄うことが考えられる。しかしながら、無線機などは消費電力が大きいため、燃料電池を用いた発電システム自体が大きくなってしまう。また、頻繁に通信しないため利用効率が非常に低い、という問題があった。
【０００５】
詳しく説明すると、燃料電池の出力電圧は概ね０．７Ｖであり、無線機で必要な電源は３Ｖ、１２０ｍＡである。このため、燃料電池の出力電圧０．７ＶをＤＣ／ＤＣコンバータなどの電圧変換回路により３Ｖまで昇圧して、無線機に供給する必要がある。図５に、燃料電池の出力電圧に対する変換効率を示す。同図に示すように、燃料電池の出力電圧が０．７Ｖのときの効率は約５０％である。
【０００６】
このため、燃料電池の発電電流は１．１Ａ以上必要となる。このため、大きな発電電流を供給できる大きな燃料電池を用いる必要がある。しかしながら、無線機はこのような電流が必要になるのは１日のうちごくわずか（５分程度）であり、数アンペアの能力の電源系では大がかりすぎると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５３０１９３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる電力供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、燃料電池がガス配管を流れる水素ガスから発電した電力を昇圧して電子機器に供給する昇圧回路を備えた電力供給システムにおいて、前記燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記電子機器に供給する蓄電装置を備えたことを特徴とする電力供給システムに存する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記昇圧回路が、前記燃料電池が発電した電力を昇圧して、前記蓄電装置に供給する第１昇圧回路と、前記燃料電池が蓄電した電力を昇圧して、前記電子機器に供給する第２昇圧回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システムに存する。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記蓄電装置への充電電流を制限する電流制限回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給システムに存する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、蓄電装置が、燃料電池が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を電子機器に供給する。これにより、蓄電装置が蓄電した電力を電子機器に供給するため、燃料電池としては大電流を供給できる大きなものを用いる必要がなく、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、蓄電装置の前段と後段とにそれぞれ昇圧回路を設けることにより、昇圧回路で大きな電流を必要とせず、より一層、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、電流制限回路が蓄電装置への充電電流を制限するので、より一層、小型の燃料電池で無線機などの電子機器への電力供給を賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電力供給システムを組み込んだガス供給システムの一実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態における図１に示すガス供給システムを示すブロック図である。
【図３】図１に示すガス供給システムの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】第２実施形態における図１に示すガス供給システムを示すブロック図である。
【図５】燃料電圧の出力電圧に対する電圧変換回路の変換効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態における本発明の電力供給システムについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の電力供給システムを組み込んだガス供給システムの一実施形態を示す図である。図２は、第１実施形態における図１に示すガス供給システムを示すブロック図である。
【００１７】
ガス供給システム１は、都市ガス製造工場２と、都市ガス製造工場２により製造されたガスを需要家に供給するためのガス供給管３と、需要家で消費されるガスを計量する電子機器としてのガスメータ４と、ガス供給管３を流れるガスから水素ガスを分離する水素分離装置５と、分離した水素ガスにより発電する燃料電池６と、燃料電池６により発電した電力を昇圧してガスメータ４に供給する電力供給システム７と、を備えている。
【００１８】
都市ガス製造工場２は、ＬＮＧが貯蔵されるＬＮＧタンク２１と、ＬＰＧが貯蔵されるＬＰＧタンク２２と、ＬＮＧ及びＬＰＧを混合する混合部２３と、混合されたＬＮＧ及びＬＰＧを気化して１３Ａガスとする気化装置２４と、水素ガスが貯蔵される水素ガス貯蔵装置２５と、気化装置２４により気化された１３Ａガスに水素ガスを添加して混合ガスする混合部２６と、を備えている。
【００１９】
ガス供給管３は、導管３１と、導管３１から各需要家に分岐された配管３２と、を備えている。ガスメータ４は、各需要家に分岐された配管３２にそれぞれ取り付けられ、需要家で消費されるガスを計量する。ガスメータ４には、無線機が内蔵され、例えば２４時間に１回、ガス管理センタと通信を行ってガス積算値などの送信を行う。
【００２０】
水素分離装置５は、内部に水素分離膜（図示せず）を有し、配管３２を流れる混合ガスのうち水素ガスは水素分離膜を通過して燃料電池６に供給され、配管３２を流れる混合ガスのうち水素ガス以外の成分は水素分離膜を通過できずに、導管３１に戻される。
【００２１】
燃料電池６は、水素ガスから発電し、本実施形態においては例えば０．７Ｖの電圧を出力する。本実施形態の燃料電池６は、例えばガスメータ４専用の電源であり、需要家内に設置された電子機器に電源を供給する燃料電池とは別に設けられている。
【００２２】
電力供給システム７は、図２に示すように、燃料電池６が発電した電力を昇圧する第１昇圧回路７１と、第１昇圧回路７１が昇圧した電圧により充電される蓄電装置としてのスーパーキャパシタ７２と、スーパーキャパシタ７２が蓄電した電力を昇圧する第２昇圧回路７３と、システム全体の制御を司る制御部７５と、を備えている。
【００２３】
第１昇圧回路７１は、コイル及びコイルに並列接続されたスイッチＩＣからなる周知の昇圧コンバータから構成されている。本実施形態においては、第１昇圧回路７１は、燃料電池６から出力される０．７Ｖの出力電圧を２．５Ｖに昇圧してスーパーキャパシタ７２に供給する。
【００２４】
また、本実施形態においては、第１昇圧回路７１は、入力電流制限付きの昇圧回路であり、この第１昇圧回路７１によりスーパーキャパシタ７２への充電電流を制限する。本実施形態では第１昇圧回路７１は約５０ｍＡに制限している。以上のことから明らかなように第１実施形態では、第１昇圧回路７１が請求項中の電流制限回路を構成している。
【００２５】
スーパーキャパシタ７２は、急速充放電できる蓄電装置である。第２昇圧回路７３も、コイル及びコイルに並列接続されたスイッチＩＣから成る周知の昇圧コンバータから構成されている。本実施形態においては、第２昇圧回路７３は、スーパーキャパシタ７２から出力される２．５Ｖの出力電圧をガスメータ４の無線機を動作させるのに必要な３Ｖに昇圧する。
【００２６】
定電流回路７４は、第２昇圧回路７３から供給される電圧から例えば１２０ｍＡの定電流をガスメータ４に供給する。制御部７５は、例えばマイクロコンピュータから構成され、第１昇圧回路７１及び第２昇圧回路７３の昇圧動作の制御や、水素分離装置５を制御して燃料電池６による発電を制御する。
【００２７】
次に、上述した構成の電力供給システムの動作について図３を参照して説明する。図３は、電力供給システムの動作を説明するためのフローチャートであり、（Ａ）はガスメータ４に供給される供給電力のタイムチャートであり、（Ｂ）は燃料電池６により発電される発電電力のタイムチャートである。
【００２８】
上述したガスメータ４内の無線機は、上述したように２４時間に１回、通信を行っている。このため、制御部７５は、図３（Ａ）に示すように、例えば２４時間毎に第２昇圧回路７３を制御して、昇圧動作を開始させる。これにより、スーパーキャパシタ７２が放電され、スーパーキャパシタ７２に蓄電された電力が第２昇圧回路７３及び定電流回路７４を介してガスメータ４に供給される。ガスメータ４内の無線機は供給された電力によって通信動作を行う。
【００２９】
また、制御部７５は、ガスメータ４の通信が終わると（５分程度）、第２昇圧回路７３を制御して、昇圧動作を停止させる。昇圧動作を停止させた後、制御部７５は、水素分離装置５内の図示しないポンプを制御して、燃料電池６に水素ガスを供給し、発電させる。さらに、制御部７５は、第１昇圧回路７１を制御して、昇圧動作を開始させる。これにより、燃料電池６が発電した電力が第１昇圧回路７１によって昇圧された後、スーパーキャパシタ７２に充電される。
【００３０】
本実施形態では、ガスメータ４の無線機を動作させるのに必要な電力をスーパーキャパシタ７２に充電するのに要する時間としては約７時間程度である。そこで、制御部７５は、図３（Ｂ）に示すように、スーパーキャパシタ７２の充電開始から７時間経過した後は、水素分離装置５内の図示しないポンプを制御して、燃料電池６への水素ガスの供給を遮断して、発電を停止させると共に、第１昇圧回路７１を制御して昇圧動作を停止させる。
【００３１】
上述した実施形態によれば、スーパーキャパシタ７２が、燃料電池６が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力をガスメータ４に供給する。これにより、スーパーキャパシタ７２が蓄電した電力をガスメータ４に供給するため、燃料電池６としては大電流を供給できる大きなものを用いる必要がなく、小型の燃料電池６で無線機を内蔵したガスメータ４への電力供給を賄うことができる。
【００３２】
また、上述した実施形態によれば、スーパーキャパシタ７２の前段と後段とにそれぞれ第１昇圧回路７１、第２昇圧回路７３を設けることにより、第１、第２昇圧回路７１、７３で大きな電流を必要とせず、より一層、小型の燃料電池６で無線機を内蔵したガスメータ４への電力供給を賄うことができる。
【００３３】
また、上述した実施形態によれば、第１昇圧回路７１が電流制限回路として働き、スーパーキャパシタ７２への充電電流を制限するので、より一層、小型の燃料電池６で無線機を内蔵したガスメータ４への電力供給を賄うことができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態における電力供給システムについて図４を参照して説明する。同図において、上述した第１実施形態で既に説明した図２に示す電力供給システムと同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、第１昇圧回路７１とスーパーキャパシタ７２との間に定電流回路７６を設けた点である。
【００３５】
定電流回路７６は、第１昇圧回路７１が昇圧した電圧から定電流をスーパーキャパシタ７２に供給する回路であり、本実施形態では約５０ｍＡの電流を燃料電池６から供給する。この場合、定電流回路７６が電流制限回路として働くため、第１昇圧回路７１としては入力電流制限付きのものを使用しなくてもよい。
【００３６】
第１昇圧回路７１の変換効率を求めるのならば、第１実施形態のように第１昇圧回路７１で電流制限を行うのが望ましい。第２実施形態のように定電流回路７６を設けて、電流制限回路として機能させると、燃料電池６の負荷を一定にして発電させることができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、蓄電装置としてはスーパーキャパシタ７２を用いていたが、これに限ったものではない。蓄電装置としては、燃料電池６から発電された電力を蓄電できるものであればよく、鉛電池やＮｉ−ＭＨ電池、Ｌｉ電池を用いてもよい。
【００３８】
また、上述した実施形態では、スーパーキャパシタ７２とガスメータ４との間に第２昇圧回路７３を設けていたが、これに限ったものではない。第１昇圧回路７３で燃料電池６の出力電圧０．７Ｖをガスメータ４内の無線機が必要とする３Ｖまで昇圧できれば、第２昇圧回路７３はなくてもよい。
【００３９】
また、上述した第２実施形態では、電流制限回路として定電流回路７６を用いていたが、これに限ったものではない。ＭＯＳＦＥＴを用いた周知の電流制限回路を用いてもよい。
【００４０】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４１】
３  ガス配管
４  ガスメータ（電子機器）
６  燃料電池
７  電力供給システム
７１  第１昇圧回路（電流制限回路）
７２  スーパーキャパシタ（蓄電装置）
７３  第２昇圧回路
７６  定電流回路（電流制限回路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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