(57)【要約】【課題】燃料電池から排出されるオフガスに含まれる未利用の水素を有効に再利用でき、かつ省エネルギー性に優れた燃料電池システムの提供。【解決手段】本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池６０が発生するオフガスを水素吸蔵部７０に通すことにより、高純度の水素を抽出する。そして、水素吸蔵部７０から高純度の水素を放出させて再度燃料電池６０に供給する。この場合、燃料電池６０を冷却する冷水を利用して水素吸蔵部７０を冷却することにより水素を吸蔵させる。また、燃料電池６０から発生する排熱を利用して水素吸蔵部７０を加熱することにより、吸蔵した水素を放出させる。【選択図】図１
2006127917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を生成する改質器と、
前記改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出する燃料電池と、
冷却されることにより前記オフガスに含まれる水素を吸蔵し、加熱されることにより高純度の水素を放出して前記燃料電池に供給する水素吸蔵部と、
前記水素吸蔵部及び前記燃料電池の直近に配され、前記燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で前記水素吸蔵部を冷却する冷水用配管と、
前記燃料電池及び前記水素吸蔵部の直近に配され、前記燃料電池から吸収した熱で前記水素吸蔵部を加熱する温水用配管と
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素吸蔵部は、
前記冷水用配管の直近に配され、当該冷水用配管に冷却されて水素を吸蔵する第１の水素吸蔵ユニットと、
前記温水用配管の直近に配され、当該温水用配管に加熱されて水素を放出する第２の水素吸蔵ユニットとを有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷水用配管の直近に配された前記第１の水素吸蔵ユニットと前記温水用配管の直近に配された前記第２の水素吸蔵ユニットとを交換することにより、前記第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替えるユニット交換部
を更に備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ユニット交換部は、前記第２の水素吸蔵ユニットからの単位時間あたりの水素放出量が予め定められた基準を下回った場合に、前記第１の水素吸蔵ユニットと前記第２の水素吸蔵ユニットとを交換する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ユニット交換部は、前記第１の水素吸蔵ユニットの重量増分が予め定められた基準に達した場合に、前記第１の水素吸蔵ユニットと前記第２の水素吸蔵ユニットとを交換する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記冷水用配管及び前記温水用配管は、前記第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれの直近を通る独立した配管を有し、
当該燃料電池システムはさらに、
前記二つの水素吸蔵ユニットのそれぞれの直近を通る独立した前記配管に対して冷却水及び温水のいずれを供給するかを切り替えることにより、前記第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える水供給切替部
を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水供給切替部は、前記第２の水素吸蔵ユニットからの単位時間あたりの水素放出量が予め定められた基準を下回った場合に、前記第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記配管に対して前記冷却水を供給し、前記第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記配管に対して温水を供給するように、前記冷水用配管及び前記温水用配管における水の流れを切り替える、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水供給切替部は、前記第１の水素吸蔵ユニットの重量増分が予め定められた基準に達した場合に、前記第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記配管に対して温水を供給し、前記第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記配管に対して前記冷却水を供給するように、前記冷水用配管及び前記温水用配管における水の流れを切り替える、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記温水用配管に接続され、前記水素吸蔵部の直近を通過した温水を貯める貯湯槽と、
前記貯湯槽から外部に供給する水を加熱する場合に、前記水素吸蔵部が水素を吸収した後に排出されるオフガスを燃焼させる給湯器と
を更に備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
改質器と燃料電池と水素吸蔵部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記改質器が、水素を生成するステップと、
前記燃料電池が、前記改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出するステップと、
前記水素吸蔵部及び前記燃料電池の直近に配されている冷水用配管が、前記燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で前記水素吸蔵部を冷却するステップと、
前記水素吸蔵部が有する複数の独立した水素吸蔵ユニットのうち前記冷水用配管の直近に配されている第１の水素吸蔵ユニットが、当該冷水用配管に冷却されることにより前記オフガスに含まれる水素を吸蔵する吸蔵ステップと、
前記燃料電池及び前記水素吸蔵部の直近に配されている温水用配管が、前記燃料電池から吸収した熱で前記水素吸蔵部を加熱するステップと、
前記複数の水素吸蔵ユニットのうち前記温水用配管の直近に配されている第２の水素吸蔵ユニットが、当該温水用配管に加熱されることにより高純度の水素を放出して前記燃料電池に供給する放出ステップと、
前記第１の水素吸蔵ユニットと前記第２の水素吸蔵ユニットとを交換することにより、前記第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替えるステップと
を備える、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
改質器と燃料電池と水素吸蔵部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記改質器が、水素を生成するステップと、
前記燃料電池が、前記改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出するステップと、
前記水素吸蔵部及び前記燃料電池の直近に配されている冷水用配管が、前記燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で前記水素吸蔵部を冷却するステップと、
前記水素吸蔵部が有する複数の独立した水素吸蔵ユニットのうち前記冷水用配管の直近に配されている第１の水素吸蔵ユニットが、当該冷水用配管に冷却されることにより前記オフガスに含まれる水素を吸蔵する吸蔵ステップと、
前記燃料電池及び前記水素吸蔵部の直近に配されている温水用配管が、前記燃料電池から吸収した熱で前記水素吸蔵部を加熱するステップと、
前記複数の水素吸蔵ユニットのうち前記温水用配管の直近に配されている第２の水素吸蔵ユニットが、当該温水用配管に加熱されることにより高純度の水素を放出して前記燃料電池に供給する放出ステップと、
前記第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記温水用配管に温水を供給して前記第１の水素吸蔵部を加熱することにより前記第１の水素吸蔵ユニットに高純度の水素を放出させ前記燃料電池に供給させるステップと、
前記第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る前記冷水用配管に冷水を供給して前記第２の水素吸蔵部を冷却することにより前記第２の水素吸蔵ユニットに前記オフガスに含まれる水素を吸蔵させるステップと
を備える、燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。特に本発明は、改質器で製造した水素を消費して発電する燃料電池を備えた燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を用いた分散型電源においては、燃料改質型の燃料電池システムが知られている。燃料改質型の燃料電池システムは、灯油、都市ガス、プロパンガス等を改質して水素を生成する改質器を備え、改質器が生成する水素を燃料電池に供給する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１８５１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、改質器で製造した水素を燃料電池に供給する場合、燃料電池は１０％〜２０％程度という低純度の未利用水素と一酸化炭素を含むオフガスを排出する。従来の燃料電池システムでは、燃料電池が排出するオフガスを改質器で燃焼させていた。
【０００４】
しかしながら、集合住宅などにおいて、複数の住戸に分散した燃料電池に供給する水素を集中型改質器で一括して製造する場合、オフガスを燃料電池から集中型改質器まで導く配管を設けることは設備の無駄であった。また、従来は、オフガスに含まれる水素を発電用に再利用することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、水素を生成する改質器と、改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出する燃料電池と、冷却されることによりオフガスに含まれる水素を吸蔵し、加熱されることにより高純度の水素を放出して燃料電池に供給する水素吸蔵部と、水素吸蔵部及び燃料電池の直近に配され、燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で水素吸蔵部を冷却する冷水用配管と、燃料電池及び水素吸蔵部の直近に配され、燃料電池から吸収した熱で水素吸蔵部を加熱する温水用配管とを備える燃料電池システムが提供される。したがって、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる未利用の水素を有効に利用し、しかも燃料電池の冷却水と排熱を利用して水素吸蔵部を機能させることができる。
【０００６】
水素吸蔵部は、冷水用配管の直近に配され、当該冷水用配管に冷却されて水素を吸蔵する第１の水素吸蔵ユニットと、温水用配管の直近に配され、当該温水用配管に加熱されて水素を放出する第２の水素吸蔵ユニットとを有してもよい。これにより、水素吸蔵部は、水素の吸蔵と放出を同時に並行して行うことができる。
【０００７】
冷水用配管の直近に配された第１の水素吸蔵ユニットと温水用配管の直近に配された第２の水素吸蔵ユニットとを交換することにより、第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替えるユニット交換部を更に備えてもよい。これにより、最小限の配管構成で、水素吸蔵ユニットに水素を吸蔵させるか放出させるかを切り替えることができる。
【０００８】
ユニット交換部は、第２の水素吸蔵ユニットからの単位時間あたりの水素放出量が予め定められた基準を下回った場合に、第１の水素吸蔵ユニットと第２の水素吸蔵ユニットとを交換してもよい。これにより、水素の放出量が低下した水素吸蔵ユニットに水素を吸蔵させ、他方の水素吸蔵ユニットに水素を放出させるという切替動作を適切なタイミングで実行することができる。従って、高純度水素を安定的に放出して燃料電池に補給できる。
【０００９】
ユニット交換部は、第１の水素吸蔵ユニットの重量増分が予め定められた基準に達した場合に、第１の水素吸蔵ユニットと第２の水素吸蔵ユニットとを交換してもよい。これにより、水素の吸蔵量が限界に近づいた水素吸蔵ユニットに水素を放出させ、他方の水素吸蔵ユニットに水素を吸蔵させるという切替動作を適切なタイミングで実行することができる。従って、オフガスに含まれる未利用水素を安定的に吸蔵できる。
【００１０】
冷水用配管及び温水用配管は、二つの水素吸蔵ユニットのそれぞれの直近を通る独立した配管を有し、当該燃料電池システムはさらに、二つの水素吸蔵ユニットのそれぞれの直近を通る独立した配管に対して冷却水及び温水のいずれを供給するかを切り替えることにより、第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える水供給切替部を備えてもよい。これにより、水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを、水素吸蔵ユニットを移動させることなく容易に切り替えることができる。
【００１１】
水供給切替部は、第２の水素吸蔵ユニットからの単位時間あたりの水素放出量が予め定められた基準を下回った場合に、第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る配管に対して冷却水を供給し、第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る配管に対して温水を供給するように、冷水用配管及び温水用配管における水の流れを切り替えてもよい。これにより、水素の放出量が低下した水素吸蔵ユニットに水素を吸蔵させ、他方の水素吸蔵ユニットに水素を放出させるという切替動作を適切なタイミングで実行することができる。従って、高純度水素を安定的に放出して燃料電池に補給できる。
【００１２】
水供給切替部は、第１の水素吸蔵ユニットの重量増分が予め定められた基準に達した場合に、第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る配管に対して温水を供給し、第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る配管に対して冷却水を供給するように、冷水用配管及び温水用配管における水の流れを切り替えてもよい。これにより、水素の吸蔵量が限界に近づいた水素吸蔵ユニットに水素を放出させ、他方の水素吸蔵ユニットに水素を吸蔵させるという切替動作を適切なタイミングで実行することができる。従って、オフガスに含まれる未利用水素を安定的に吸蔵できる。
【００１３】
温水用配管に接続され、水素吸蔵部の直近を通過した温水を貯める貯湯槽と、貯湯槽から外部に供給する水を加熱する場合に、水素吸蔵部が水素を吸収した後に排出されるオフガスを燃焼させる給湯器とを更に備えてもよい。これにより、水素吸蔵部から排出されるオフガスを改質器まで導くことなく、給湯器で燃焼させることができる。
【００１４】
本発明の第２の形態によれば、改質器と燃料電池と水素吸蔵部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、改質器が、水素を生成するステップと、燃料電池が、改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出するステップと、水素吸蔵部及び燃料電池の直近に配されている冷水用配管が、燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で水素吸蔵部を冷却するステップと、水素吸蔵部が有する複数の独立した水素吸蔵ユニットのうち冷水用配管の直近に配されている第１の水素吸蔵ユニットが、当該冷水用配管に冷却されることによりオフガスに含まれる水素を吸蔵する吸蔵ステップと、燃料電池及び水素吸蔵部の直近に配されている温水用配管が、燃料電池から吸収した熱で水素吸蔵部を加熱するステップと、複数の水素吸蔵ユニットのうち温水用配管の直近に配されている第２の水素吸蔵ユニットが、当該温水用配管に加熱されることにより高純度の水素を放出して燃料電池に供給する放出ステップと、第１の水素吸蔵ユニットと第２の水素吸蔵ユニットとを交換することにより、第１及び第２の水素吸蔵ユニットのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替えるステップとを備える制御方法が提供される。
【００１５】
本発明の第３の形態によれば、改質器と燃料電池と水素吸蔵部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、改質器が、水素を生成するステップと、燃料電池が、改質器が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出するステップと、水素吸蔵部及び燃料電池の直近に配されている冷水用配管が、燃料電池に供給する冷却水の少なくとも一部で水素吸蔵部を冷却するステップと、水素吸蔵部が有する複数の独立した水素吸蔵ユニットのうち冷水用配管の直近に配されている第１の水素吸蔵ユニットが、当該冷水用配管に冷却されることによりオフガスに含まれる水素を吸蔵する吸蔵ステップと、燃料電池及び水素吸蔵部の直近に配されている温水用配管が、燃料電池から吸収した熱で水素吸蔵部を加熱するステップと、複数の水素吸蔵ユニットのうち温水用配管の直近に配されている第２の水素吸蔵ユニットが、当該温水用配管に加熱されることにより高純度の水素を放出して燃料電池に供給する放出ステップと、第１の水素吸蔵ユニットの直近を通る温水用配管に温水を供給して第１の水素吸蔵部を加熱することにより第１の水素吸蔵ユニットに高純度の水素を放出させ燃料電池に供給させるステップと、第２の水素吸蔵ユニットの直近を通る冷水用配管に冷水を供給して第２の水素吸蔵部を冷却することにより第２の水素吸蔵ユニットにオフガスに含まれる水素を吸蔵させるステップとを備える制御方法が提供される。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池が発生するオフガスを水素吸蔵部に通すことにより、高純度の水素を抽出する。そして、水素吸蔵部から高純度の水素を放出させて再度燃料電池に供給する。この場合、燃料電池を冷却する冷水を利用して水素吸蔵部を冷却することにより水素を吸蔵させる。また、燃料電池から発生する排熱を利用して水素吸蔵部を加熱することにより、吸蔵した水素を放出させる。
【００１９】
図１は、燃料電池システム１００の第１実施例を示す。燃料電池システム１００は、集中型改質器１０、燃料電池６０、水素吸蔵部７０、冷水用配管５２、及び温水用配管５４を備える。集中型改質器１０は、灯油、都市ガス、プロパンガス等を改質して水素を製造する。改質水素供給管１２は、集中型改質器１０が製造した水素を燃料電池６０に供給する。燃料電池６０は、集中型改質器１０が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出する。燃料電池６０は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）である。第１オフガス用配管６２は、燃料電池６０が排出するオフガスを水素吸蔵部７０に供給する。
【００２０】
水素吸蔵部７０は、例えば水素吸蔵合金であり、冷却されることによりオフガスに含まれる水素を吸蔵し、加熱されることにより高純度の水素を放出して燃料電池６０に供給する。水素貯蔵合金は、例えば、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｖ系合金よりなる。水素吸蔵合金は、水素を選択的に吸着するので、水素の純度を高めることができる。冷水用配管５２は、水素吸蔵部７０及び燃料電池６０の直近に配され、燃料電池６０に供給する冷却水の少なくとも一部で水素吸蔵部７０を冷却する。温水用配管５４は、燃料電池６０及び水素吸蔵部７０の直近に配され、燃料電池６０から吸収した熱で水素吸蔵部７０を加熱する。このような構成によれば、燃料電池システム１００は、燃料電池６０から排出されるオフガスに含まれる未利用の水素を有効に利用できる。これにより、燃料電池６０が発生するオフガスを集中型改質器１０に導く配管が不要である。しかも、燃料電池６０の冷却水と排熱を利用して水素吸蔵部７０を機能させることができる。
【００２１】
水素吸蔵部７０は、複数の水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂを有する。水素吸蔵ユニット７２ａは、冷水用配管５２の直近に配され、当該冷水用配管５２に冷却されて水素を吸蔵する。水素吸蔵ユニット７２ｂは、温水用配管５４の直近に配され、当該温水用配管５４に加熱されて水素を放出する。これにより、水素吸蔵部７０は、水素の吸蔵と放出を同時に並行して行うことができる。
【００２２】
燃料電池システム１００は更に、ユニット交換部８０を備える。ユニット交換部８０は、水素吸蔵ユニット７２ａと水素吸蔵ユニット７２ｂとを交換することにより、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える。これにより、最小限の配管構成で、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂに水素を吸蔵させるか放出させるかを切り替えることができる。また、水素吸蔵部７０は3つ以上の水素吸蔵ユニットを有してもよい。例えば、水素を容量一杯まで吸蔵した水素吸蔵ユニットや、大部分の水素を放出しきった水素吸蔵ユニットを予備の水素吸蔵ユニットとして有してもよい。
【００２３】
燃料電池システム１００は、さらに貯湯槽９０、第２オフガス用配管６６、及び給湯器９２を備える。貯湯槽９０は、温水用配管５４に接続され、水素吸蔵部７０の直近を通過した温水を貯める。第２オフガス用配管６６は、水素吸蔵部７０が水素を吸蔵した後に排出される一酸化炭素などのオフガスを給湯器９２に供給する。給湯器９２は、貯湯槽９０から外部に供給する水を加熱する場合に、水素吸蔵部７０から排出されるオフガスを燃料と混合して燃焼させる。これにより、水素吸蔵部７０から排出されるオフガスを集中型改質器１０まで導くことなく、給湯器９２で燃焼させることができる。貯湯槽９０には、下部の冷水を排出して冷水用配管５２に導く冷水用配管５６を設ける。これにより、貯湯槽９０の温水を効率的に加熱することができる。
【００２４】
ユニット交換部８０は、温水用配管５４によって加熱されている水素吸蔵ユニット７２ｂからの単位時間あたりの水素放出量が予め定められた基準を下回った場合に、水素吸蔵ユニット７２ａと水素吸蔵ユニット７２ｂとを交換する。これにより、水素の放出量が低下した水素吸蔵ユニット７２ｂに水素を吸蔵させ、他方の水素吸蔵ユニット７２ａに水素を放出させるという切替動作を適切なタイミングで実行することができる。これにより、水素吸蔵部７０は、高純度水素を安定的に放出して燃料電池６０に補給できる。
【００２５】
図１に示した燃料電池システム１００は、住戸毎に占用部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ・・・を有する。占用部分５０は、燃料電池６０、水素吸蔵部７０、ユニット交換部８０、貯湯槽９０、及び給湯器９２を含む。しかしながら、燃料電池システム１００の形態はこのような構成に限られない。例えば、燃料電池システム１００は、複数の住戸で一つの水素吸蔵部７０を共有してもよい。そのような例を図２に示す。
【００２６】
図２は、燃料電池システム１００の第２実施例を示す。本実施例の燃料電池システム１００は、複数の住戸で一組の水素吸蔵部７０を共有している点で図１に示した第１実施例と異なる。例えば、集合住宅の各フロアにおける１戸に、図１に示した占用部分５０ａと同一の構成を設置し、同一フロアの他の住戸に設置された燃料電池６０から第１オフガス用配管６２を介して水素吸蔵部７０にオフガスを回収する。
【００２７】
図３は、燃料電池システム１００の第３実施例を示す。以下、図１に示した第１の実施例と異なる構成のみを説明する。第1の実施例と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例の燃料電池システム１００は、冷水用配管５２及び温水用配管５４において、二つの水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれの直近を通る独立した配管（５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ）を有する。本実施例の燃料電池システム１００はさらに、供給切替部（８２ａ、８２ｂ、８２ｃ）を有する。供給切替部８２ａ及び８２ｂは、二つの水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれの直近を通る独立した配管（５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ）に対して冷却水及び温水のいずれを供給するかを切り替える。これにより、供給切替部８２ａ及び８２ｂは、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える。
【００２８】
供給切替部８２ｃは、水素を吸蔵する水素吸蔵ユニット７２、すなわち供給切替部８２ａによって冷水が供給される側の水素吸蔵ユニット７２に、燃料電池６０が排出するオフガスを供給する。例えば、供給切替部８２ａが水素吸蔵ユニット７２ａに冷水を供給する場合、供給切替部８２ｃは、燃料電池６０が排出するオフガスを水素吸蔵ユニット７２ａに供給する。本実施例では、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂにそれぞれ第２オフガス用配管６６ａ、６６ｂが設けられる。第２オフガス用配管６６ａ、６６ｂは、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれが水素を吸蔵した後に排出される一酸化炭素などのオフガスを給湯器９２に供給する。
【００２９】
本実施例では、水素吸蔵ユニット７２のそれぞれに高純度水素用配管６４ａ、６４ｂが設けられる。高純度水素用配管６４ａ、６４ｂは、供給切替部８２ｂによって温水が供給される側の水素吸蔵ユニット７２から放出される高純度水素を燃料電池６０に再度供給する。本実施例の構成によれば、燃料電池システム１００は、水素吸蔵ユニット７２のそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを、水素吸蔵ユニット７２を移動させることなく容易に切り替えることができる。
【００３０】
なお、本実施例の占用部分５０は、上述の構成のうちの集中型改質器１０を以外の構成を含む。しかしながら、燃料電池システム１００の形態はこのような構成に限られない。例えば、燃料電池システム１００は、複数の住戸で一つの水素吸蔵部７０を共有してもよい。そのような例を図４に示す。
【００３１】
図４は、燃料電池システム１００の第４実施例を示す。本実施例において、第３の実施例と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例の燃料電池システム１００は、複数の住戸で一組の水素吸蔵部７０を共有している点で図３に示した第３実施例と異なる。例えば、集合住宅の各フロアにおける１戸に、図３に示した占用部分５０と同一の構成を設置し、同一フロアの他の住戸に設置された燃料電池６０から供給切替部８２ｃを介して水素吸蔵部７０にオフガスを回収する。
【００３２】
図５は、燃料電池システム１００の第５実施例を示す。本実施例において、第１の実施例と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例の燃料電池システム１００は、集中型改質器１０と複数戸の燃料電池６０の間に水素吸蔵部７０を備える点で第１の実施形態と異なる。本実施例の水素吸蔵部７０は集中型改質器１０が製造した改質水素を一方の水素吸蔵ユニット７２ａで吸蔵しつつ、他方の水素吸蔵ユニット７２ｂから高純度の水素を放出して各戸の燃料電池６０に供給する。ユニット交換部８０は、冷水用配管５２の直近に配された水素吸蔵ユニット７２ａと温水用配管５４の直近に配された水素吸蔵ユニット７２ｂとを交換することにより、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える。本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池６０に高純度の水素を供給するのでオフガスがほとんど発生しないという利点がある。
【００３３】
図６は、燃料電池システム１００の第６実施例を示す。本実施例において、第３の実施例と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例の燃料電池システム１００は、集中型改質器１０と複数戸の燃料電池６０の間に水素吸蔵部７０を備える点で第３の実施形態と異なる。本実施例の水素吸蔵部７０は集中型改質器１０が製造した改質水素を一方の水素吸蔵ユニット７２ａで吸蔵しつつ、他方の水素吸蔵ユニット７２ｂから高純度の水素を放出して各戸の燃料電池６０に供給する。供給切替部８２ａ及び８２ｂは、二つの水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれの直近を通る独立した配管（５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ）に対して冷却水及び温水のいずれを供給するかを切り替える。これにより、供給切替部８２ａ及び８２ｂは、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える。本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池６０に高純度の水素を供給するのでオフガスがほとんど発生しないという利点がある。
【００３４】
図７は、図１から図４に示した燃料電池システム１００の動作例を示すフロー図である。燃料電池システム１００の制御方法は、集中型改質器１０が、水素を生成するステップ（Ｓ１００）と、燃料電池６０が、集中型改質器１０が生成した水素により発電し、未利用の水素を含むオフガスを排出するステップ（Ｓ１０２）と、水素吸蔵部７０及び燃料電池６０の直近に配されている冷水用配管５２が、燃料電池６０に供給する冷却水の少なくとも一部で水素吸蔵部７０を冷却するステップ（Ｓ１０４）と、水素吸蔵部７０が有する複数の独立した水素吸蔵ユニット７２のうち冷水用配管５２の直近に配されている水素吸蔵ユニット７２ａが、冷水用配管５２に冷却されることによりオフガスに含まれる水素を吸蔵する吸蔵ステップ（Ｓ１０６）と、燃料電池６０及び水素吸蔵部７０の直近に配されている温水用配管５４が、燃料電池６０から吸収した熱で水素吸蔵部７０を加熱するステップ（Ｓ１０８）と、複数の水素吸蔵ユニット７２のうち温水用配管５４の直近に配されている水素吸蔵ユニット７２ｂが、温水用配管５４に加熱されることにより高純度の水素を放出して燃料電池６０に供給する放出ステップ（Ｓ１１０）と、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える切替ステップ（Ｓ１１２）を備える。
【００３５】
図８は、図７における切替ステップ（Ｓ１１２）の詳細を示す。燃料電池システム１００は、温水用配管５４で加熱中の水素吸蔵ユニット７２ｂからの単位時間あたりの水素放出量が、予め定められた基準値以上であるか否かを判断する（Ｓ２００）。ステップ２００における基準値は、水素吸蔵部７０の水素の貯蔵量が残り少ないこと示す基準値である。例えば水素吸蔵ユニット７２による単位時間あたりの水素放出量がピーク時の１０％から２０％程度低下する状態をステップ２００における基準値とする。水素放出量が基準値以上である場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、次に冷水用配管５６で冷却中の水素吸蔵ユニット７２ａの重量増分が予め定められた基準値以下であるか否かを判断する（Ｓ２０２）。ステップ２０２における基準値は、水素吸蔵部７０の水素の貯蔵量が限界に近いことを示す基準値である。例えば、水素吸蔵ユニット７２が水素を最大限吸蔵する状態における水素吸蔵ユニット７２の重量増分（以下、最大重量増分という）を予め実験又は理論計算に基づいて調査する。そして、冷却中の水素吸蔵ユニット７２の重量増分が最大重量増分の８０％から９０％に達する状態をステップ２０２における基準値とする。上記重量増分が基準値以下である場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、本フローは終了する。一方、ステップ２００において、温水用配管５４で加熱中の水素吸蔵ユニット７２ｂからの単位時間あたりの水素放出量が、予め定められた基準値を下回った場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、または、ステップ２０２において、冷水用配管５６で冷却中の水素吸蔵ユニット７２ａの重量増分が予め定められた基準値を超えている場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれに水素を吸蔵させるか水素を放出させるかを切り替える（Ｓ２０４）。
【００３６】
図１及び図２に示したユニット交換部８０を備える燃料電池システム１００の場合、ステップ２０４において、ユニット交換部８０は、水素吸蔵ユニット７２ａと水素吸蔵ユニット７２ｂとを交換する。一方、図３及び図４に示した供給切替部８２を備える燃料電池システム１００の場合、ステップ２０４において、供給切替部８２は、二つの水素吸蔵ユニット７２ａ、７２ｂのそれぞれの直近を通る独立した配管に対して冷却水及び温水のいずれを供給するかを切り替える。これにより、燃料電池システム１００は、水素の放出量が低下した水素吸蔵ユニット７２に水素を吸蔵させ、他方の水素吸蔵ユニット７２に水素を放出させる切替動作を容易に実行することができる。さらに、加熱中の水素吸蔵ユニット７２からの単位時間あたりの水素放出量が基準値以上であるか否かの判断結果に基づいて切替動作を実行するので、水素吸蔵部７０は、高純度水素を燃料電池６０に安定的に放出できる。また、水素吸蔵ユニット７２の重量増分が基準値以下であるか否かの判断結果に基づいて切替動作を実行するので、水素吸蔵部７０は、燃料電池６０が排出するオフガスに含まれる未利用水素を安定的に吸蔵できる。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料電池６０が排出するオフガスを集中型改質器１０まで導く配管が不要である。また、燃料電池６０から排出されるオフガスに含まれる未利用の水素を有効に利用し、しかも燃料電池６０の冷却水と排熱を利用して水素吸蔵部７０を機能させる省エネルギー性に優れた燃料電池システム１００が提供できる。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料電池システム１００の第１実施例を示すブロック図である。
【図２】燃料電池システム１００の第２実施例を示すブロック図である。
【図３】燃料電池システム１００の第３実施例を示すブロック図である。
【図４】燃料電池システム１００の第４実施例を示すブロック図である。
【図５】燃料電池システム１００の第５実施例を示すブロック図である。
【図６】燃料電池システム１００の第６実施例を示すブロック図である。
【図７】燃料電池システム１００の動作例を示すフロー図である。
【図８】図７のステップ１１２の詳細を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  集中型改質器
１２  改質水素供給管
５０  占用部分
５２、５６  冷水用配管
５４  温水用配管
６０   燃料電池
６２  第１オフガス用配管
６４  高純度水素用配管
６６  第２オフガス用配管
７０  水素吸蔵部
７２  水素吸蔵ユニット
８０  ユニット交換部
８２  供給切替部
９０  貯湯槽
９２  給湯器
１００  燃料電池システム
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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