(57)【要約】【課題】酸素を利用するエネルギー変換装置に対して、適時に適量の酸素を放出することが可能なエネルギー変換システムを提供すること。【解決手段】エネルギー変換システム１０ａは、エネルギー変換装置２０と、エネルギー変換装置２０に燃料を供給する燃料供給装置３０と、エネルギー変換装置２０に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置４０ａと、システムの動作を制御する制御装置５０とを備えている。酸化剤ガス供給装置４０ａは、酸素を貯蔵する酸素タンク４２と、空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０に供給する切替供給装置４４と、酸素タンク４２の残存酸素量を検出する酸素量検出装置とを備えている。制御装置５０は、エネルギー変換装置２０の酸素の利用要求に応じて切替供給装置４４を制御し、酸素濃度が異なる酸化剤ガスをエネルギー変換装置５０に供給する酸素濃度制御手段を備えている。【選択図】図１
2019075224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えたエネルギー変換システム。
（１）前記エネルギー変換システムは、
酸素及び燃料を他のエネルギーに変換する１又は２以上のエネルギー変換装置と、
前記エネルギー変換装置に前記燃料を供給する燃料供給装置と、
前記エネルギー変換装置に前記酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記エネルギー変換装置、前記燃料供給装置、及び前記酸化剤ガス供給装置の動作を制御する制御装置と
を備えている。
（２）前記酸化剤ガス供給装置は、
酸素を貯蔵する酸素タンクと、
空気及び／又は前記酸素を前記エネルギー変換装置に供給する切替供給装置と、
前記酸素タンクの残存酸素量を検出する酸素量検出装置と、
を備えている。
（３）前記制御装置は、前記エネルギー変換装置の前記酸素の利用要求に応じて前記切替供給装置を制御し、酸素濃度が空気のそれ以上である前記酸化剤ガスを前記エネルギー変換装置に供給する第１酸素濃度制御手段を備えている。
【請求項２】
前記制御装置は、前記エネルギー変換装置の要求出力に応じて、前記酸化剤ガス中の前記酸素濃度を増減させる第２酸素濃度制御手段をさらに備えている請求項１に記載のエネルギー変換システム。
【請求項３】
以下の構成をさらに備えた請求項１又は２に記載のエネルギー変換システム。
（４）前記エネルギー変換装置は、水素を前記燃料とする装置を含み、
前記燃料供給装置は、水電解装置からなる。
（５）前記エネルギー変換システムは、
前記水電解装置の水素極から排出される前記水素を前記燃料として前記エネルギー変換装置に供給する水素供給装置と、
前記水電解装置の酸素極から排出される前記酸素を前記酸素タンクに搬送する酸素搬送装置と
をさらに備えている。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記残存酸素量、及び前記酸素を利用する作動モードが選択可能である旨を前記エネルギー変換装置に通知する通知手段と、
前記酸素の利用要求を行った前記エネルギー変換装置に対して、前記利用要求に対応する前記酸素を供給する第３酸素濃度制御手段と
をさらに備えている請求項１から３までのいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【請求項５】
前記制御装置は、複数個の前記エネルギー変換装置から前記酸素の利用要求があった場合において、前記残存酸素量が前記利用要求から見積もられる総酸素使用量より少ない時には、
（ａ）前記空気を利用した時と前記酸素を利用した時との間のＣＯ2排出量の差を算出し、前記ＣＯ2排出量の削減量が最も多い順に、前記エネルギー変換装置の優先順位を決定する序列化手段と、
（ｂ）前記優先順位の高い前記エネルギー変換装置から順に、前記酸素を優先的に分配する優先分配手段と
をさらに備えている請求項１から４までのいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【請求項６】
前記制御装置は、特定の前記エネルギー変換装置から前記酸素の利用要求があった場合において、供給可能な前記酸素は残存しているが、前記残存酸素量が前記利用要求から見積もられる酸素使用量より少ない時には、
前記特定のエネルギー変換装置に対して、前記利用要求よりも少ない前記酸素の供給を許容するか否かの意思表示を求める確認手段と、
前記意思表示があった時に前記特定のエネルギー変換装置に対して、前記利用要求から見積もられる前記酸素使用量よりも少ない前記酸素を供給する酸素制限供給手段と
をさらに備えている請求項１から５までのいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【請求項７】
前記エネルギー変換装置は、燃料電池及び／又はバーナーを含む請求項１から６までのいずれか１項に記載のエネルギー変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換システムに関し、さらに詳しくは、酸素を利用するエネルギー変換装置に対して、適時に適量の酸素を供給する機能を備えたエネルギー変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水電解装置としては、固体高分子電解質膜を隔膜に用いた水電解装置（固体高分子形（ＰＥＭ）水電解装置）、アルカリ電解液を隔壁で仕切った水電解装置、固体酸化物を電解質に用いた高温水電解装置などが知られている。これらの内、ＰＥＭ水電解装置は、水のみを用いて水素を発生させることができる、水素ガス中に水以外の不純物は含まれない、作動温度が低い、などの利点がある。しかし、水電解で副成する酸素は、用途が少なく、その多くは大気中に廃棄されている。
【０００３】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、
（ａ）通常時には、商用電源を用いて水電解を行い、水電解により生成した水素及び酸素を保存し、かつ、商用電源を用いて二次電池を充電し、
（ｂ）停電時には、二次電池からの電力供給を開始すると同時に、貯蔵された水素を用いて燃料電池による発電を開始し、
（ｃ）燃料電池からの電力供給が安定したところで燃料電池から電力を供給する
無停電電力供給システムが開示されている。
同文献には、
（Ａ）このような装置により、商用電源の停電時においても電力を安定供給することができる点、及び
（Ｂ）水電解で生成した酸素を病院施設内に供給することができる点
が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、再生可能エネルギーを用いた発電部から供給された電力を用いて水の電気分解を行い、生成した水素及び酸素を貯蔵し、貯蔵された水素及び酸素を用いて燃料電池で発電するエネルギー貯蔵システムにおいて、負荷の消費電力量を予想し、予想される消費電力量に対応する水素量を貯蔵する方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、発電部が停止した場合でも、燃料電池から負荷に対して電力を供給することができる点が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、水電気分解装置に電力を供給し、水を電気分解して水素と酸素を生成し、生成した水素及び酸素を、それぞれ、地下に形成した水素貯蔵室及び酸素貯蔵室に貯蔵する水素貯蔵システムが開示されている。
同文献には、
（Ａ）貯蔵された水素及び酸素を発電装置に供給し、発電を行うことができる点、及び
（Ｂ）貯蔵された水素を水素供給ステーションに供給し、水素供給ステーションにおいて燃料電池車に水素を供給することができる点
が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、水電解機能と燃料電池機能を有する固体高分子形のセルを用いた充放電システムにおいて、
（ａ）水電解運転時には、セルの酸素極側から排出された酸素中の水分を気液分離器で回収し、酸素はそのまま放出管から系外に排出し、かつ、
（ｂ）燃料電池運転時には、セルに導入する酸化剤としての空気に対して回収した水分を放出する
方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、燃料電運転の際の起動時の性能を向上させることが可能となる点が記載されている。
【０００７】
水電解では、水素と酸素が作られるが、酸素発生の過電圧が大きい。換言すれば、水電解では、酸素発生に多大なエネルギーが使われている。そのため、副成した酸素を、周辺にある酸素消費源に供給すれば、より高効率なエネルギー変換を行うことができる。しかし、例えば、特許文献１に記載されているように、副成した酸素を病院施設に供給する方法では、水素の需要に比べて酸素の需要が少ない。そのため、この方法では、やはり大量の酸素が廃棄されることになる。
【０００８】
また、酸素を用いてエネルギー変換を行う装置（例えば、燃料電池、空気電池、熱機関、動力装置など）に対して、副成した酸素を供給することも考えられる。
しかし、ある種のエネルギー変換装置に酸素を供給し続けることで、別の問題が発生する場合がある。例えば、燃料電池に純酸素を供給し続けると、作動条件によっては、性能劣化が著しく進行することが知られている。
【０００９】
また、副成した酸素の廃棄量を減少させるために、副成した酸素を複数のエネルギー変換装置に供給することも考えられる。しかしながら、このような場合には、酸素が需要に対して不足し、酸素の安定供給が困難となることもあり得る。
さらに、酸素量が限られている場合において、複数のエネルギー変換装置に対して無作為に酸素を供給すると、エネルギー変換装置の動作が不安定となるだけでなく、システム全体の環境負荷（例えば、ＣＯ2排出量）がかえって増大する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−００９５４８号公報
【特許文献２】特開２０１６−２０８６９４号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３７７９号公報
【特許文献４】特開２０１４−１２５６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、酸素を利用する１又は２以上のエネルギー変換装置に対して、適時に適量の酸素を供給することが可能なエネルギー変換システムを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、酸素を利用するエネルギー変換装置に対して、ＣＯ2排出量の削減量が最も少なくなるように酸素を分配する機能を備えたエネルギー変換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係るエネルギー変換システムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記エネルギー変換システムは、
酸素及び燃料を他のエネルギーに変換する１又は２以上のエネルギー変換装置と、
前記エネルギー変換装置に前記燃料を供給する燃料供給装置と、
前記エネルギー変換装置に前記酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記エネルギー変換装置、前記燃料供給装置、及び前記酸化剤ガス供給装置の動作を制御する制御装置と
を備えている。
（２）前記酸化剤ガス供給装置は、
酸素を貯蔵する酸素タンクと、
空気及び／又は前記酸素を前記エネルギー変換装置に供給する切替供給装置と、
前記酸素タンクの残存酸素量を検出する酸素量検出装置と、
を備えている。
（３）前記制御装置は、前記エネルギー変換装置の前記酸素の利用要求に応じて前記切替供給装置を制御し、酸素濃度が空気のそれ以上である前記酸化剤ガスを前記エネルギー変換装置に供給する第１酸素濃度制御手段を備えている。
【００１３】
エネルギー変換システムは、以下の構成をさらに備えているのが好ましい。
（４）前記エネルギー変換装置は、水素を前記燃料とする装置を含み、
前記燃料供給装置は、水電解装置からなる。
（５）前記エネルギー変換システムは、
前記水電解装置の水素極から排出される前記水素を前記燃料として前記エネルギー変換装置に供給する水素供給装置と、
前記水電解装置の酸素極から排出される前記酸素を前記酸素タンクに搬送する酸素搬送装置と
をさらに備えている。
【００１４】
さらに、前記制御装置は、複数個の前記エネルギー変換装置から前記酸素の利用要求があった場合において、前記残存酸素量が前記利用要求から見積もられる総酸素使用量より少ない時には、
（ａ）前記空気を利用した時と前記酸素を利用した時との間のＣＯ2排出量の差を算出し、前記ＣＯ2排出量の削減量が最も多い順に、前記エネルギー変換装置の優先順位を決定する序列化手段と、
（ｂ）前記優先順位の高い前記エネルギー変換装置から順に、前記酸素を優先的に分配する優先分配手段と
をさらに備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
酸素を酸素タンクに貯蔵し、貯蔵した酸素を必要に応じて空気で希釈し、これを酸素の利用要求に応じて１又は２以上のエネルギー変換装置に酸化剤ガスとして供給すると、各エネルギー変換システムに対して、適時に適量の酸素を供給することができる。
また、酸素源として水電解装置を用いると、発生した水素を燃料として使用することができ、しかも、多大なエネルギーを要する酸素を有効利用することができる。その結果、システム全体のエネルギー変換効率が向上する。
【００１６】
また、エネルギー変換装置の酸素の利用要求に応じて、適時に適量の酸素が供給されるので、エネルギー変換装置の動作が不安定となったり、劣化が進行することもない。
さらに、複数のエネルギー変換装置に対して酸素を分配する場合において、ＣＯ2排出量の削減量に応じてエネルギー変換装置を序列化し、ＣＯ2排出量の削減量が最も大きいエネルギー変換装置に対して優先的に酸素を供給すると、システム全体のエネルギー変換効率が向上するだけでなく、環境負荷も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエネルギー変換システムの模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー変換システムの模式図である。
【図３】バーナーの特性マップの一例である。
【図４】燃料電池の特性マップの一例である。
【図５】図５（ａ）は、バーナーの予定出力の一例である。図５（ｂ）は、空気を使用した時と酸素（又は、酸素富化ガス）を使用した時のバーナーの燃料使用量の比較である。
【００１８】
【図６】図６（ａ）は、燃料電池の予定出力の一例である。図６（ｂ）は、空気を使用した時と酸素（又は、酸素富化ガス）を使用した時の燃料電池の燃料使用量の比較である。
【図７】バーナーの特性マップから利得を読み取る方法の模式図である。
【図８】燃料電池の特性マップから利得を読み取る方法の模式図である。
【図９】各エネルギー変換装置の序列化の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係るエネルギー変換システムを制御するための制御用プログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  エネルギー変換システム（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係るエネルギー変換システムの模式図を示す。図１において、エネルギー変換システム１０ａは、
酸素及び燃料を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置２０と、
エネルギー変換装置２０に燃料を供給する燃料供給装置３０と、
エネルギー変換装置２０に酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置４０ａと、
エネルギー変換装置２０、燃料供給装置３０、及び酸化剤ガス供給装置４０ａの動作を制御する制御装置５０と
を備えている。
【００２０】
［１．１．  エネルギー変換装置］
「エネルギー変換装置」とは、酸素及び燃料を他のエネルギーに変換する装置をいう。本発明において、エネルギー変換装置２０の種類、及びエネルギー変換装置２０において使用される燃料の種類は、特に限定されない。
エネルギー変換装置２０としては、例えば、燃料電池、空気電池、熱機関、動力装置（例えば、ガスタービンエンジン、ジェットエンジン、ロケットエンジン、蒸気タービン、蒸気機関、スターリングエンジン、レシプロエンジン、ロータリーエンジンなど）、バーナー、焼却炉などがある。
燃料としては、例えば、水素、天然ガス、石油、泥炭、石炭、薪、木質ペレット、木炭、ごみ固形燃料、植物油、アルコール、液化石油ガス、ジメチルエーテルなどがある。
特に、エネルギー変換装置２０は、水素を燃料とする装置が好ましい。エネルギー変換装置２０が水素を燃料とするものである場合において、燃料供給装置３０が水電解装置である時には、水電解装置から排出される水素及び酸素の双方をエネルギー変換装置２０において有効利用することができる。そのため、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００２１】
エネルギー変換装置２０は、酸化剤ガスを内部に取り込むための酸化剤ガス吸入口（図示せず）と、燃料を内部に取り込むための燃料吸入口（図示せず）とを備えている。取り込まれた酸素及び燃料は、エネルギー変換装置２０内部において反応し（例えば、電気化学的反応、燃焼反応など）、エネルギー（例えば、電気、熱、動力など）に変換される。
なお、図１においては、１個のエネルギー変換装置２０が記載されているが、これは単なる例示である。エネルギー変換システム１０ａに含まれるエネルギー変換装置２０の数は、特に限定されるものではなく、２以上であっても良い。
【００２２】
［１．２．  燃料供給装置］
燃料供給装置３０は、エネルギー変換装置２０に燃料を供給するためのものである。燃料供給装置３０の燃料排出口（図示せず）は、エネルギー変換装置２０の燃料吸入口に接続されている。
本発明において、燃料供給装置３０の構造は、特に限定されない。例えば、燃料供給装置３０は、外部から供給される燃料を単に貯蔵し、適時に適量の燃料をエネルギー変換装置２０に供給するものでも良い。貯蔵を主目的とする燃料供給装置３０としては、例えば、水素タンク、ガスタンク、石油タンク、アルコールタンク、ジメチルエーテルタンクなどがある。
【００２３】
あるいは、燃料供給装置３０は、自ら燃料を製造し、製造した燃料をエネルギー変換装置２０の供給するものでも良い。燃料を製造する機能をもつ燃料供給装置３０としては、例えば、水電解装置、人工光合成装置、水蒸気電解装置、熱化学水分解装置などがある。特に、水電解装置は、燃料としての水素だけでなく、同時に酸化剤としての酸素を生成させることができるので、燃料供給装置３０として好適である。
【００２４】
燃料供給装置３０が水電解装置である場合、水電解装置は、
水電解装置の水素極から排出される水素を、燃料としてエネルギー変換装置３０に供給する水素供給装置（図示せず）と、
水電解装置の酸素極から排出される酸素を、酸化剤ガス供給装置４０ａに備えられる酸素タンク４２に搬送する酸素搬送装置（図示せず）と
をさらに備えているのが好ましい。
【００２５】
［１．３．  酸化剤ガス供給装置］
酸化剤ガス供給装置４０ａは、エネルギー変換装置２０に酸素を含む酸化剤ガスを供給するためのものである。図１において、酸化剤ガス供給装置４０ａは、
酸素を貯蔵する酸素タンク４２と、
空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０に供給する切替供給装置４４と、
酸素タンク４２の残存酸素量を検出する酸素量検出装置（図示せず）と
を備えている。
【００２６】
切替供給装置４４の出口は、エネルギー変換装置２０の酸化剤ガス吸入口に接続されている。切替供給装置４４の入口は、２つに分岐しており、一方は酸素タンク４２の酸素排出口に接続され、他方は大気に開放されている。
酸素タンク４２は、酸素を貯蔵するためのものである。酸素タンク４２は、システムの外部から供給される酸素を貯蔵するものでも良い。あるいは、燃料供給装置３０が燃料及び酸素の双方を発生させる機能を持つ場合には、酸素タンク４２は、燃料供給装置３０から排出される酸素を貯蔵するものでも良い。酸素タンク４２内の残存酸素量は、酸素量検出装置（図示せず）で検出され、検出された残存酸素量は、制御装置５０に送信される。
【００２７】
切替供給装置４４は、エネルギー変換装置２０が制御装置５０を介して酸化剤ガスの使用を要求した時に、空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０に供給するためのものである。切替供給装置４４は、エネルギー変換装置２０からの要求に応じて、空気、純酸素、又は、空気と純酸素の混合物（すなわち、空気よりも酸素濃度が高い酸素富化ガス）のいずれかを供給する。
切替供給装置４４は、エネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった時に、要求通りの酸素量を供給する場合と、要求量より少ない酸素量を供給する場合とがある。この点については、後述する。
【００２８】
［１．４．  制御装置］
制御装置５０は、エネルギー変換装置２０、燃料供給装置３０、及び酸化剤ガス供給装置４０ａの動作を制御するためのものである。制御装置５０は、これらの装置の動作を制御するための手段に加えて、エネルギー変換装置２０に適時に適量の酸素を供給するための各種の手段を備えている。
具体的には、制御装置５０のメモリ内には、エネルギー変換システム１０ａの動作（特に、切替供給装置４４の動作）を制御するための制御用プログラムが格納されている。エネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった時には、制御装置５０は、残存酸素量、総酸素使用量などの情報を取得し、これらの情報に基づいて、切替装置４４に適時に適量の酸素を供給するよう指令を出す。この点については、後述する。
【００２９】
［２．  エネルギー変換システム（２）］
図２に、本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー変換システムの模式図を示す。図２において、エネルギー変換システム１０ｂは、
酸素及び燃料を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置２０ａ、２０ｂと、
エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに燃料を供給する燃料供給装置３０ａ、３０ｂと、
エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置４０ｂと、
エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂ、燃料供給装置３０ａ、３０ｂ、及び酸化剤ガス供給装置４０ｂの動作を制御する制御装置５０と
を備えている。
【００３０】
［２．１．  エネルギー変換装置］
エネルギー変換システム１０ｂは、２つのエネルギー変換装置２０ａ、２０ｂを備えている。２つのエネルギー変換装置２０ａ、２０ｂは、同種の装置であっても良く、あるいは、異なる種類の装置であっても良い。この点は、３個以上のエネルギー変換装置２０を備えている場合も同様である。
エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３１】
［２．２．  燃料供給装置］
燃料供給装置３０ａは、エネルギー変換装置２０ａに燃料を供給するためのものである。燃料供給装置３０ａの燃料排出口（図示せず）は、エネルギー変換装置２０ａの燃料吸入口に接続されている。
一方、燃料供給装置３０ｂは、エネルギー変換装置２０ｂに燃料を供給するためのものである。燃料供給装置３０ｂの燃料排出口（図示せず）は、エネルギー変換装置２０ｂの燃料吸入口に接続されている。
【００３２】
２つの燃料供給装置３０ａ、３０ｂは、同種の燃料を供給する装置であっても良く、あるいは、異なる種類の燃料を供給するための装置であっても良い。なお、複数個のエネルギー変換装置２０に対して同種の燃料を供給する場合、単一の燃料供給装置を用いて、適時に適量の燃料を各エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに供給・分配しても良い。
燃料供給装置３０ａ、３０ｂに関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
［２．３．  酸化剤ガス供給装置］
酸化剤ガス供給装置４０ｂは、エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに酸素を含む酸化剤ガスを供給するためのものである。図２において、酸化剤ガス供給装置４０ｂは、
酸素を貯蔵する酸素タンク４２と、
空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに供給する切替供給装置４４ａ、４４ｂと、
酸素タンク４２の残存酸素量を検出する酸素量検出装置（図示せず）と
を備えている。
【００３４】
切替供給装置４４ａの出口は、エネルギー変換装置２０ａの酸化剤ガス吸入口に接続されている。切替供給装置４４ａの入口は、２つに分岐しており、一方は酸素タンク４２の酸素排出口に接続され、他方は大気に開放されている。
同様に、切替供給装置４４ｂの出口は、エネルギー変換装置２０ｂの酸化剤ガス吸入口に接続されている。切替供給装置４４ｂの入口は、２つに分岐しており、一方は酸素タンク４２の酸素排出口に接続され、他方は大気に開放されている。
【００３５】
本実施の形態において、酸素タンク４２は、２つのエネルギー変換装置２０ａ、２０ｂにより共有されている。一方、切替供給装置４４ａは、空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０ａに供給するためのものである。また、切替供給装置４４ｂは、空気及び／又は酸素をエネルギー変換装置２０ｂに供給するためのものである。切替供給装置４４ａ、４４ｂは、制御装置５０からの指令に基づいて、酸素濃度が同一又は異なる酸化剤ガスを、それぞれ、エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに供給する。
酸化剤ガス供給装置４０ｂに関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
［２．４．  制御装置］
制御装置５０は、エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂ、燃料供給装置３０ａ、３０ｂ、及び酸化剤ガス供給装置４０ｂの動作を制御するためのものである。制御装置５０は、これらの装置の動作を制御するための手段に加えて、エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに適時に適量の酸素を供給するための各種の手段を備えている。また、本実施の形態においては、エネルギー変換装置２０ａ、２０ｂに対して酸素を分配するための各種の手段を備えている。この点については、後述する。
制御装置５０に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３７】
［３．  酸化剤ガス供給装置の制御方法］
［３．１．  第１酸素濃度制御手段］
制御装置５０は、エネルギー変換装置２０の酸素の利用要求に応じて切替供給装置４４を制御し、酸素濃度が空気のそれ以上である酸化剤ガスをエネルギー変換装置２０に供給する第１酸素濃度制御手段を備えている。
残存酸素量が十分である場合、制御装置５０は、エネルギー変換装置２０に対して、要求通りの酸素を供給することができる。
【００３８】
なお、エネルギー変換装置２０に対して、単に純酸素又は酸素濃度が一定である酸化剤ガスを供給し続けても良い。あるいは、酸素タンク４２内の酸素が枯渇するまでエネルギー変換装置２０に酸素を供給し続け、酸素が枯渇した時に酸化剤ガスを空気に切り替えても良い。しかしながら、エネルギー変換効率２０の作動条件や環境負荷等を考慮すること無く、エネルギー変換装置２０に対して酸素を供給し続けると、種々の問題が生じることがある。
【００３９】
例えば、エネルギー変換装置２０が燃料電池である場合、高出力が要求されている時に燃料電池に純酸素を供給すると、燃料消費量を低減することができる。しかし、低出力が要求されている時に燃料電池に純酸素を供給すると、燃料電池内において過酸化水素の生成量が増大する。過酸化水素は、燃料電池内において・ＯＨラジカルに変化しやすいため、過酸化水素の生成量が多くなるほど、・ＯＨラジカルの生成量も多くなる。その結果、低出力時に燃料電池に純酸素を供給し続けると、電解質の劣化が促進される。
【００４０】
また、複数のエネルギー変換装置２０から同時に酸素の利用要求があった場合、残存酸素量が要求された総酸素量に満たないことがある。このような場合、先着順に酸素を供給したり、あるいは、酸素を均等に分配することも考えられる。しかし、このような方法では、システム全体のエネルギー変換効率を大きく向上させることや、システム全体の環境負荷を低減することはできない。
【００４１】
そのため、制御装置５０は、以下の手段をさらに備えているのが好ましい。以下の手段は、いずれか１種のみを用いても良く、あるいは、物理的に可能な限りにおいて、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００４２】
［３．２．  第２酸素濃度制御手段］
制御装置５０は、エネルギー変換装置２０の要求出力に応じて、酸化剤ガス中の酸素濃度を増減させる第２酸素濃度制御手段をさらに備えていても良い。
エネルギー変換装置２０は、要求出力に応じて、適正な酸素濃度が異なる場合がある。また、要求出力は常に一定とは限らず、時間変動する場合がある。このような場合において、酸素濃度が一定である酸化剤ガスを供給し続けると、エネルギー効率がかえって低下したり、あるいは、エネルギー変換装置２０の劣化が進行する場合がある。このような場合には、要求出力と酸素濃度との関係を予めメモリに記憶させておき、要求出力の値に応じて、酸素濃度を増減するのが好ましい。また、要求出力に複数個の閾値を設けておき、要求出力が閾値を超える毎に酸素濃度を段階的に増減しても良い。
【００４３】
［３．３．  通知手段、第３酸素濃度制御手段］
制御装置５０は、
酸素量検出装置で検出される残存酸素量、及び酸素を利用する作動モードが選択可能である旨をエネルギー変換装置２０に通知する通知手段と、
酸素の利用要求を行ったエネルギー変換装置２０に対して、利用要求に対応する酸素を供給する第３酸素濃度制御手段と
をさらに備えていても良い。
【００４４】
ここで、エネルギー変換装置２０に通知される「残存酸素量」とは、酸素タンク４２に残存している酸素の全量ではなく、安定供給が可能な酸素量の下限値を超える量をいう。酸素量の下限値は、目的に応じて、最適な値を選択することができる。
また、エネルギー変換装置２０から制御装置５０に通知される「利用要求」とは、少なくとも酸素の利用を要求する意思表示をいう。
なお、残存酸素量が十分である時は、「利用要求」は意思表示のみで足りる。一方、残存酸素量が不足している時には、「利用要求」にはＣＯ2排出量を算出するために必要な情報が含まれる。この点は、後述する。
【００４５】
エネルギー変換装置２０の作動時間帯、必要酸素量等がある程度予測可能である場合、過去の作動履歴に基づいて、見込み量の酸素をエネルギー変換装置２０に供給することもできる。しかし、予測に基づく見込み量の酸素を供給する方法では、エネルギー変換装置２０の安定作動や、酸素の安定供給が困難となる場合がある。
【００４６】
このような場合、制御装置５０を介してエネルギー変換装置２０に対して、残存酸素量、及び酸素を利用する作動モードが選択可能である旨を通知し、酸素の利用要求を行ったエネルギー変換装置２０に対して、利用要求に対応する酸素を供給するのが好ましい。
通知を受け取ったエネルギー変換装置２０は、残存酸素量、作動時間帯、要求出力等を考慮して、酸素の供給を受けるか否かを判断する。また、酸素の供給を受ける時には、その旨、作動時間帯、要求酸素量などの必要な情報を制御装置５０に送信する。
【００４７】
［３．４．  序列化手段、優先分配手段］
［３．４．１．  概要］
制御装置５０は、複数個のエネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった場合において、残存酸素量が利用要求から見積もられる総酸素使用量より少ない時には、
（ａ）空気を利用した時と酸素を利用した時との間のＣＯ2排出量の差を算出し、ＣＯ2排出量の削減量が最も多い順に、エネルギー変換装置２０の優先順位を決定する序列化手段と、
（ｂ）前優先順位の高いエネルギー変換装置２０から順に、酸素を優先的に分配する優先分配手段と
をさらに備えていても良い。
【００４８】
ここで、序列化、及び優先分配を行う場合における「利用要求」とは、酸素の利用を要求する意思表示だけでなく、ＣＯ2排出量の算出に必要な情報が含まれる。
このような情報としては、
（ａ）酸素の供給を受けてエネルギー変換装置２０を作動させる作動予定時間、
（ｂ）作動予定時間中の予定出力及び予定出力の時間変化、
（ｃ）作動予定時間中の要求酸素量（酸化剤ガス中の酸素濃度）、
などがある。
【００４９】
複数のエネルギー変換装置２０から利用要求があった場合において、残存酸素量が十分である時には、エネルギー変換装置２０に対して、利用要求に相当する量の酸素を供給することができる。しかし、残存酸素量が総酸素使用量より少ない時には、合理的な基準に基づいて酸素を分配する必要がある。本発明では、ＣＯ2排出量の削減量が最も多いエネルギー変換装置２０から順に、酸素を優先的に分配する。
【００５０】
［３．４．２．  詳細手順］
次に、序列化、及び優先分配の詳細手順について説明する。なお、以下に、エネルギー変換システム１０がバーナー及び燃料電池の２つのエネルギー変換装置２０を備えている例について説明するが、以下の手順は、３個以上のエネルギー変換装置２０を備えている場合、あるいは、バーナー及び燃料電池以外のエネルギー変換装置２０を備えている場合であっても、同様に適用することができる。
【００５１】
［Ａ．  特性マップの作成］
まず、予め酸素を消費するエネルギー変換装置２０ごとに、酸素濃度と出力特性との関係を測定した特性マップを作成し、メモリに記憶させておく。特性マップは、ＣＯ2排出量の削減量を算出する際に用いられる。
【００５２】
例えば、バーナーの場合、目標温度（バーナー排ガス温度）と熱利用効率の関係の酸素濃度依存性を把握し、特性マップを作成するのが好ましい。図３に、バーナーの特性マップの一例を示す。バーナーの場合、図３に示すように、排ガス温度が高くなるほど、熱利用効率が低下する。また、排ガス温度が一定である場合、酸化剤ガス中の酸素濃度が高くなるほど、熱利用効率が向上する。
【００５３】
また、燃料電池の場合、電池出力と発電効率との関係の酸素濃度依存性を把握し、特性マップを作成するのが好ましい。図４に、燃料電池の特性マップの一例を示す。燃料電池の場合、図４に示すように、出力が大きくなるほど、発電効率が低下する。また、出力が一定である場合、酸化剤ガス中の酸素濃度が高くなるほど、発電効率が向上する。
【００５４】
［Ｂ．  ＣＯ2排出量の削減量の推定］
エネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった場合、利用要求及び特性マップに基づいて、ＣＯ2排出量の削減量を推定する。ＣＯ2排出量の削減量を推定する方法には、種々の方法がある。本発明においては、いずれの方法を用いても良い。
【００５５】
［Ｂ．１．  燃料使用量の削減量からＣＯ2排出量の削減量を推定する方法］
エネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった場合、利用要求に含まれる出力特性の時間変化から、酸素を使用した時と酸素又は酸素富化ガスを使用した時の燃料使用量の見込み量をそれぞれ見積もる。これを予定使用時間で積算し、「酸化剤ガスを酸素又は酸素富化ガスに切り替えることでどれだけの燃料が節約できるか」を見積もる。燃料使用量の見積に際しては、特性マップが参照される。
【００５６】
図５（ａ）に、バーナーの予定出力の一例を示す。図５（ｂ）に、空気を使用した時と酸素（又は、酸素富化ガス）を使用した時のバーナーの燃料使用量の比較を示す。
また、図６（ａ）に、燃料電池の予定出力の一例を示す。図６（ｂ）に、空気を使用した時と酸素（又は、酸素富化ガス）を使用した時の燃料電池の燃料使用量の比較を示す。
制御装置５０は、エネルギー変換装置２０毎に特性マップを記憶しているので、バーナーや燃料電池から予定出力（図５（ａ）、図６（ａ））を含む利用要求が送信された時は、特性マップに基づいて、空気を使用した時と酸素又は酸素富化ガスを使用した時の燃料使用量を見積もることができる（図５（ｂ）、図６（ｂ））。
【００５７】
次に、燃料使用量の削減量をＣＯ2排出量の削減量に換算する。
ここで、燃料使用量をＣＯ2排出量に換算する際の「ＣＯ2排出量」とは、燃料がエネルギー変換装置２０で消費された時に排出されるＣＯ2量（直接排出量）と、燃料の製造過程において排出されるＣＯ2量（間接排出量）との和をいう。
「燃料の製造過程において排出されるＣＯ2量」としては、例えば、
（ａ）燃料製造時に排出されるＣＯ2量、
（ｂ）燃料を製造するための製造装置の作製・設置時に排出されるＣＯ2量、
などがある。
【００５８】
例えば、エネルギー変換装置２０が水素を燃料とする燃料電池である場合、発電時に燃料電池からＣＯ2が排出されることはない。しかし、水素が改質反応により製造されている場合、改質反応の副成生物であるＣＯ2が大気中に放出されていることがある。また、水素が水電解により製造されている場合、水電解装置の作製・設置には、通常、ＣＯ2の排出を伴う。燃料使用量をＣＯ2排出量に換算する際には、ＣＯ2の直接排出量だけでなく、このような間接排出量も含める。
【００５９】
エネルギー変換装置２０の種類、及び使用する燃料の種類が既知である場合、単位燃料当たりのＣＯ2の直接排出量及び間接排出量も既知である。これをメモリに記憶させておき、実際に利用要求があった時には、燃料消費量の削減量と、単位燃料当たりのＣＯ2排出量に基づいて、利用要求に対応する酸素を供給した時のＣＯ2排出量の削減量を見積もることができる。
あるいは、要求出力に複数個の閾値を設定し、かつ、閾値ごとに酸素濃度を設定しておくと、要求出力の変化からＣＯ2排出量の削減量を簡便に見積もることができる。
【００６０】
［Ｂ．２．  熱利用効率の向上分からＣＯ2排出量の削減量を推定する方法］
図７に、バーナーの特性マップから利得を読み取る方法の模式図を示す。エネルギー変換装置２０がバーナーである場合、空気から酸素富化ガスに変えたことによる熱利用効率の違いに注目する。酸素富化ガスを採用したことによる燃料削減率は、簡便には熱利用効率の比の逆数から求められる。すなわち、酸素富化ガスを利用することで熱利用効率がＡ倍になれば、燃料使用量は１／Ａ倍で済む。
【００６１】
次いで、燃料使用量の減少分の時間変化を見積もり、これを積算する。また、酸素富化ガスを採用することで、燃焼時間が短縮する方向に作用するならば、それを反映させればよい。さらに、燃料使用量の減少分が見積もられた時は、単位燃料当たりのＣＯ2排出量に基づいて、利用要求に対応する酸素を供給した時のＣＯ2排出量の削減量を見積もることができる。
【００６２】
［Ｂ．３．  発電効率の上昇分からＣＯ2排出量の削減量を推定する方法］
図８に、燃料電池の特性マップから利得を読み取る方法の模式図を示す。エネルギー変換装置２０が燃料電池である場合、空気から酸素富化ガスに変えたことによる発電効率の上昇分を見積もる。
また、燃料電池の熱も利用するシステム、例えば給湯機能を有する燃料電池システムの場合、空気から酸素富化ガスに変えることにより、より小さい電流で同じ電力を得ることができる。この場合、発電効率が上がる一方で、電池内で発生するジュール熱（抵抗×電流）は空気を用いた場合よりも小さくなる。従って、それでも熱需要が低めで発熱量が減っても問題ない場合、利得は発電効率の上昇分と言える。他方、熱需要が足りなくなり、不足した熱需要を補うためにヒーターを使うなど電力消費が生じた場合、その分の燃料を使用することになる。この場合、発電効率の上昇の結果得た利得から、熱需要補填のために用いた燃料分を差し引いたものが本来の利得分と言える。
図８に示すように、Ｏ2濃度を上げたことで、同じ電力を得るにも少ない電流で済むようになる（電流が減る＝燃料消費量が減る（※１））。しかし、電流が低下したことで発生する熱は減ってしまう。それは、発熱の大半が電解質膜のイオン抵抗Ｒによるもので、発熱量はＲ×Ｉ2で見積もられることから説明できる。
熱需要がそれほどなければ問題ないが、熱需要が既に逼迫していた場合、新たな発熱が必要になる。例えば、燃料電池で発電し、その電力でヒーター加熱やマイクロ波加熱を行い熱を得るなどが考えられる。
このようにして熱のために新たに使用した燃料分があれば、トータルでの燃料削減分の計算には、電力効率の向上の結果もたらされた燃料使用量の削減分（※１に記した燃料消費の減少分）からそれを差し引く必要がある。
【００６３】
次いで、燃料使用量の減少分の時間変化を見積もり、これを積算する。さらに、燃料使用量の減少分が見積もられた時は、単位燃料当たりのＣＯ2排出量に基づいて、利用要求に対応する酸素を供給した時のＣＯ2排出量の削減量を見積もることができる。
【００６４】
［Ｃ．  序列化］
各エネルギー変換装置２０毎にＣＯ2排出量の削減量が見積もられた時は、削減量の多い順に序列化する。図９に、各エネルギー変換装置２０の序列化の一例を示す。図９は、酸素利用の募集期間内に、申請１、申請２、申請３の順に利用要求があったケースを示している。図９の例では、申請順とは無関係に、ＣＯ2排出量の削減量に応じて、優先順位は、申請３、申請２、申請１の順となっている。
【００６５】
［Ｄ．  優先分配］
序列化が行われた時は、優先順位の高い順に酸素を分配する。例えば、図９に示す例において、酸素の供給を実行する時に残存酸素量が申請３の利用要求を満たすことはできるが、それ以外の利用要求を満たすことができない時は、申請３を行ったエネルギー変換装置２０のみに対して酸素供給が行われる。
同様に、残存酸素量が申請３、２の利用要求を満たすことはできるが、それ以外の利用要求を満たすことができない時は、申請３、２を行ったエネルギー変換装置２０に対してのみ酸素供給が行われる。
【００６６】
［３．５．  確認手段、酸素制限供給手段］
制御装置５０は、特定のエネルギー変換装置２０から酸素の利用要求があった場合において、供給可能な酸素は残存しているが、残存酸素量が利用要求から見積もられる酸素使用量より少ない時には、
特定のエネルギー変換装置２０に対して、利用要求よりも少ない酸素の供給を許容するか否かの意思表示を求める確認手段と、
意思表示があった時に特定のエネルギー変換装置２０に対して、利用要求から見積もられる酸素使用量よりも少ない酸素を供給する酸素制限供給手段と
をさらに備えていても良い。
【００６７】
例えば、１つのエネルギー変換装置２０から大量の酸素の利用要求があった場合、あるいは、多数のエネルギー変換装置２０から同時に酸素の利用要求があった場合、残存酸素量が利用要求から見積もられる酸素使用量より少ない場合がある。このような場合、要求通りの酸素を供給できないエネルギー変換装置２０に対して酸素の供給を拒否することもできる。しかし、利用要求よりも少ない酸素を供給した場合であっても、システム全体のエネルギー効率が向上する場合もある。このような場合において、エネルギー変換装置２０が酸素の制限供給を許容する時には、そのエネルギー変換装置２０に対して、利用要求よりも少ない酸素の供給を供給しても良い。
【００６８】
利用要求よりも少ない酸素を供給する方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。このような方法としては、例えば、
（ａ）利用要求よりも酸素供給時間を短くする方法、
（ｂ）利用要求よりも酸化剤ガス中の酸素濃度を低くする方法、
などがある。
【００６９】
［４．  制御用プログラム］
図１０に、本発明に係るエネルギー変換システムを制御するための制御用プログラムのフローチャートを示す。まず、ステップ１（以下、単に「Ｓ１」という）において、酸素タンク４２内の残存酸素量を検出する。次に、Ｓ２において、残存酸素量が酸素の安定供給に十分な量か否かが判断される。残存酸素量が十分か否かを判断するための閾値は、目的に応じて最適な値を選択することができる。残存酸素量が十分ではない場合（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ１に戻り、酸素タンク４２に必要量の酸素が貯蔵されるまで、Ｓ１〜Ｓ２の各ステップを繰り返す。一方、残存酸素量が十分である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進む。
【００７０】
Ｓ３では、システムに登録されている各エネルギー変換装置２０に対して、残存酸素量、及び酸素を利用する作動モードが選択可能である旨をエネルギー変換装置２０に通知する（通知手段）。次に、Ｓ４において、酸素の利用要求があったか否かが判断される。酸素の利用要求がない場合（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ１に戻り、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップを繰り返す。一方、酸素の利用要求があった場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｓ５に進む。
【００７１】
Ｓ５において、エネルギー変換装置２０に供給すべき総酸素量を算出するために必要な情報、及び、ＣＯ2排出量の削減量を算出するために必要な情報を取得する。上述したように、このような情報としては、例えば、予定出力変化、作動時間帯、要求酸素量などがある。次に、Ｓ６において、残存酸素量が利用要求から見積もられる酸素使用量に対して十分か否かが判断される。
【００７２】
残存酸素量が十分である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、Ｓ７に進み、利用要求を行ったエネルギー変換装置２０に対して、酸素の供給を許可した旨を通知する。通知を受けたエネルギー変換装置２０は、酸素を用いた作動モードへの変更の準備を行う。さらに、Ｓ８において、利用要求に従い、エネルギー変換装置２０に所定時間に所定量の酸素を供給する（第１〜第３酸素濃度制御手段）。
次に、Ｓ９に進む。Ｓ９では、酸素の利用要求の受付を継続するか否かが判断される。継続する場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、Ｓ１に戻り、上述したＳ１〜Ｓ９の各ステップを繰り返す。
【００７３】
一方、供給可能な酸素は残存しているが（Ｓ２：ＹＥＳ）、残存酸素量が利用要求から見積もられる総酸素使用量より少ない時（Ｓ６：ＮＯ）には、Ｓ１０に進む。Ｓ１０では、空気を利用した時と酸素を利用した時との間のＣＯ2排出量の差を算出し、ＣＯ2排出量の削減量が最も多い順に、エネルギー変換装置２０の優先順位を決定する（序列化手段）。次に、Ｓ１１に進み、優先順位を表す変数ｎに１（初期値）を代入する。
【００７４】
次に、Ｓ１２に進む。Ｓ１２では、優先順位が１位であるエネルギー変換装置２０に対して、利用要求に対応する酸素を供給可能か否かが判断される。利用要求通りの酸素を供給可能な場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）には、Ｓ１３に進み、利用要求を行ったエネルギー変換装置２０に対して、酸素の供給を許可した旨を通知する。次に、Ｓ１４に進み、変数ｎに１を加算する。
【００７５】
次に、Ｓ１５に進む。Ｓ１５では、ｎが利用要求を行ったエネルギー変換装置２０の総数（ｎmax）を超えているか否かが判断される。利用要求を行ったエネルギー変換装置２０が残っている場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、Ｓ１２に戻り、上述したＳ１２〜Ｓ１５の各ステップを繰り返す。
【００７６】
一方、優先順位がｋ番目（１≦ｋ＜ｎmax）であるエネルギー変換装置２０に対して、利用要求通りの酸素を供給できない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１６に進む。Ｓ１６では、優先順位がｋ番目であるエネルギー変換装置２０に対して、利用要求よりも少ない酸素の供給を許容するか否かの意思表示を求める（確認手段）。酸素の制限供給を許容する旨の意思表示があった場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、Ｓ１７に進み、優先順位がｋ番目であるエネルギー変換装置２０に対して、酸素の制限供給を許可した旨を通知する。
【００７７】
次に、Ｓ１８に進む。Ｓ１８では、供給可能な酸素が残存しているか否かが判断される。酸素が残存している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、Ｓ１４に戻り、上述したＳ１２〜Ｓ１８の各ステップを繰り返す。同様に、優先順位がｋ番目であるエネルギー変換装置２０が酸素の制限供給を拒否した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１８に進み、上述したＳ１２〜Ｓ１８の各ステップを繰り返す。
【００７８】
さらに、ｎ＞ｎmaxである場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、又は、供給可能な酸素が残存していない場合（Ｓ１８：ＮＯ）には、Ｓ８に進み、所定時間に所定量の酸素を供給する（優先分配手段、酸素制限供給手段）。
以下、酸素の利用要求の受付を停止する（Ｓ９：ＮＯ）まで、上述したＳ１〜Ｓ１８の各ステップを繰り返す。
【００７９】
［５．  作用］
ＰＥＭ水電解では、水素と酸素が作られるが、特に酸素発生の過電圧が大きい。言い方を変えれば、酸素発生に多大なエネルギーが使われている。こうして作った酸素を有効利用する方策として、病院等で活用することも提案されている。しかし、水素の需要に対して酸素の需要は十分なものではなく、大半の酸素は捨てられている。そのため、酸素を有効に利用するシステムが求められている。
【００８０】
世の中には、空気中に約２０％含まれる酸素を酸化剤として用いる装置は数多くある。代表的なものとして、ガスタービンやエンジンなどの内燃機関、ボイラー、燃料電池などがある。但し、空気を単純に酸素に代えただけでは、正常な作動をしない場合がある。この場合、酸素濃度に応じて作動条件を変えたり、装置設計を大きく変える必要がある。
【００８１】
例えば、燃料電池の場合、酸素を利用すると性能は向上するが、耐久性に問題が起きる場合がある。燃料電池は、放置状態では空気を利用した時よりも酸素を利用した時の方が耐久性が非常に悪くなることが知られている。
また、燃焼という観点でも、純酸素と空気では大きく違う。空気の場合、穏やかに燃焼するような状況でも、酸素にすると激しく燃焼し、危険な状態に陥る可能性がある。
従って、単純に空気の代わりに酸素を使うのではなく、動作モードに応じて空気と酸素とを切り替えたり、純酸素供給時には動作モードを制限するなどの工夫が必要である。
【００８２】
燃料電池についてより詳細に述べると、低出力時や無負荷時に純酸素を供給すると、ネルンストの式に則った分の電圧上昇は起きる。しかし、その利得は効率を３％程度上げるに過ぎず、それよりも燃料電池の劣化が激しいことが問題である。こうした状態での酸素供給は、好ましくない。
他方、高出力時は電極電位がそもそも低いため、酸素を供給しても問題になるような電位に電極が曝されることは無い。むしろ、酸素のガス拡散抵抗による出力低下を防ぐことができる。そのため、高出力時においては、酸素を供給する利点が格段に大きい。こうしたエネルギー変換装置側のニーズに応じ、酸素供給を選択できるようになっていると、全体として好ましい使い方が可能となる。
【００８３】
これに対し、本発明に係るエネルギー変換システムは、酸化剤ガス中の酸素濃度を任意に変更可能な酸化剤ガス供給装置と、エネルギー変換装置の酸素の利用要求に応じて、適時に適量の酸素を供給する酸素濃度制御手段とを備えている。そのため、エネルギー変換装置の動作が不安定となったり、劣化が進行することもない。
また、酸素源として水電解装置を用いると、発生した水素を燃料として使用することができ、しかも、多大なエネルギーを要する酸素を有効利用することができる。その結果、システム全体のエネルギー変換効率が向上する。
【００８４】
さらに、複数のエネルギー変換装置に対して酸素を分配する場合において、ＣＯ2排出量の削減量に応じてエネルギー変換装置を序列化し、ＣＯ2排出量の削減量が最も大きいエネルギー変換装置に対して優先的に酸素を供給すると、システム全体のエネルギー変換効率が向上するだけでなく、環境負荷も低減することができる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係るエネルギー変換システムは、複数のエネルギー変換装置に酸素を安定供給するためのシステムとして用いることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０ａ、１０ｂ        エネルギー変換システム
２０、２０ａ、２０ｂ  エネルギー変換装置
３０、３０ａ、３０ｂ  燃料供給装置
４０ａ、４０ｂ        酸化剤ガス供給装置
５０                  制御装置
【図１】
2019075224.tif 000003
【図２】
2019075224.tif 000004
【図３】
2019075224.tif 000005
【図４】
2019075224.tif 000006
【図５】
2019075224.tif 000007
【図６】
2019075224.tif 000008
【図７】
2019075224.tif 000009
【図８】
2019075224.tif 000010
【図９】
2019075224.tif 000011
【図１０】
2019075224.tif 000012