(57)【要約】【課題】炭化水素を含む原料ガスから生成した水素を用いる燃料電池システムであって、二酸化炭素の外気への放出を抑制できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１００は、都市ガスのガス導管網に接続されるガス配管３０から炭化水素を含む都市ガスの供給を受け、触媒と熱とを用いて、都市ガスに含まれる炭化水素を直接分解し、炭素を触媒上に析出させて水素ガスを生成する反応管１１と、反応管１１にて生成された水素ガスを用いて発電する燃料電池２０と、反応管１１にて触媒上に析出させた炭素である炭素析出物を下水道管７０に排出する排出部１２と、を備える。【選択図】図１
2019133800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ガスのガス導管網から炭化水素を含む原料ガスの供給を受け、触媒と熱とを用いて、前記原料ガスに含まれる炭化水素を直接分解し、炭素を前記触媒上に析出させて水素ガスを生成する反応管と、
前記反応管にて生成された水素ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記反応管にて前記触媒上に析出させた炭素である炭素析出物を下水道管に排出する排出部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載する燃料電池システムにおいて、
前記反応管にて生成された水素ガスの量と、前記ガス導管網から供給された原料ガスの量と、の少なくとも一方を測定する測定部を備え、
前記排出部は、
前記測定部の測定結果に基づいて、前回の排出後に生成された水素ガスの量、または、前回の排出後に供給された原料ガスの量が、所定量を超えた後に、前記炭素析出物の排出を行う、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する燃料電池システムにおいて、
前記排出部は、
前記炭素析出物の排出を、深夜の時間帯に行う、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載する燃料電池システムにおいて、
前記反応管は、
外容器と、
前記外容器の内部に配置され、前記触媒を収容する内容器と、
前記炭素析出物を前記触媒から剥離する剥離部と、
前記内容器に形成されている貫通孔と、
を備え、
前記排出部は、
前記剥離部によって剥離され、前記内容器から、前記貫通孔を通って前記外容器と前記内容器との間の空間に出た前記炭素析出物を、排出する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載する燃料電池システムにおいて、
前記外容器は、前記内容器よりも下方に開口を備え、
前記排出部は、
前記開口を開閉する上開閉弁と、
前記下水道管への連通を開閉する下開閉弁と、
前記上開閉弁と前記下開閉弁とを連通する中間配管と、
を備え、
前記炭素析出物の排出を行わない場合、前記上開閉弁と前記下開閉弁とをいずれも閉とし、
前記炭素析出物の排出を行う場合、まず、前記下開閉弁を閉としたままで前記上開閉弁を開とし、所定時間後に前記上開閉弁を閉とし、その後、前記下開閉弁を開とする、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載する燃料電池システムにおいて、
前記排出部は、
前記中間配管から分岐して外部に連通する排気配管と、
前記排気配管を開閉する排気開閉弁と、
を備える、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素を含む原料ガスから水素を生成し、生成した水素を燃料電池に供給して発電させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家庭用の燃料電池システムとして、例えば、炭化水素を含む原料ガスを水蒸気改質して、水素と二酸化炭素とを含む改質ガスとし、その改質ガスを燃料電池に供給するシステムがある。このようなシステムでは、水素と酸素との反応により電気と熱とが発生する。また、二酸化炭素は、燃料電池における反応には関与せず、外気に排出される。一方、改質ガスから二酸化炭素を分離精製して燃料電池に供給するシステムもある。例えば、特許文献１には、原料ガスを用いる燃料電池システムであって、発生した二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収させて除去した後、二酸化炭素吸収液から二酸化炭素を放出させて二酸化炭素吸収液を再生する技術が開示されている。この特許文献１では、二酸化炭素吸収液から放出させた二酸化炭素は、系外に排出するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、二酸化炭素を外気に放出することは、地球温暖化の原因となり好ましくない。また、二酸化炭素は気体であるため体積が大きく、二酸化炭素を吸収させるための二酸化炭素吸収液のタンク等の設備も大きいものとなる。二酸化炭素を外気に放出せずに蓄積しておくことも考えられるが、さらに大型の設備が必要となり、現実的ではない。例えば、一般家庭の戸外に設置する場合には、大型の設備を設置するための設置スペースを確保することは困難であった。
【０００５】
本発明は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、炭化水素を含む原料ガスから生成した水素を用いる燃料電池システムであって、二酸化炭素の外気への放出を抑制できる燃料電池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】
【０００６】
この課題の解決を目的としてなされた燃料電池システムは、都市ガスのガス導管網から炭化水素を含む原料ガスの供給を受け、触媒と熱とを用いて、前記原料ガスに含まれる炭化水素を直接分解し、炭素を前記触媒上に析出させて水素ガスを生成する反応管と、前記反応管にて生成された水素ガスを用いて発電する燃料電池と、前記反応管にて前記触媒上に析出させた炭素である炭素析出物を下水道管に排出する排出部と、を備えるものである。
【０００７】
本明細書に開示される燃料電池システムでは、反応管にて炭化水素を直接分解して水素を生成するので、水素の生成工程では二酸化炭素が発生しない。また、生成した水素を用いて発電する燃料電池を備えるので、発電工程においても二酸化炭素は発生しない。従って、二酸化炭素の外気への放出は抑制されている。さらに、触媒上に析出した炭素である炭素析出物は、下水道管に排出されるので、炭素析出物を貯蔵するための設備は不要であり、炭素析出物の回収の手間は少ない。
【０００８】
また、前記反応管にて生成された水素ガスの量と、前記ガス導管網から供給された原料ガスの量と、の少なくとも一方を測定する測定部を備え、前記排出部は、前記測定部の測定結果に基づいて、前回の排出後に生成された水素ガスの量、または、前回の排出後に供給された原料ガスの量が、所定量を超えた後に、前記炭素析出物の排出を行う、とよい。水素の量または原料ガスの量を測定することで、炭素析出物の量を、適切に推定できる。さらに、水素の量または原料ガスの量が所定量を超えた後に炭素析出物の排出を行うので、炭素析出物の排出の機会を減少させることが期待できる。
【０００９】
また、前記排出部は、前記炭素析出物の排出を、深夜の時間帯に行う、とよい。炭素析出物の排出中は、発電量が低下する可能性が高い。燃料電池システムは、通常商用系統と連系しており、発電量が電力の使用量を下回ると、商用電力から電力が供給される。深夜の時間帯は、電力需要が小さいことが予想されることから、深夜に炭素析出物の排出を行うことで、商用電力からの電力供給を抑制できる。
【００１０】
また、前記反応管は、外容器と、前記外容器の内部に配置され、前記触媒を収容する内容器と、前記炭素析出物を前記触媒から剥離する剥離部と、前記内容器に形成されている貫通孔と、を備え、前記排出部は、前記剥離部によって剥離され、前記内容器から、前記貫通孔を通って前記外容器と前記内容器との間の空間に出た前記炭素析出物を、排出する、とよい。外容器内に内容器があり、内容器内に触媒が収容されて、内容器に貫通孔が形成されていれば、触媒を内容器内に保持したままで触媒から剥離させた炭素析出物を外容器内に落下させることができる。従って、炭素析出物の排出が容易である。
【００１１】
また、前記外容器は、前記内容器よりも下方に開口を備え、前記排出部は、前記開口を開閉する上開閉弁と、前記下水道管への連通を開閉する下開閉弁と、前記上開閉弁と前記下開閉弁とを連通する中間配管と、を備え、前記炭素析出物の排出を行わない場合、前記上開閉弁と前記下開閉弁とをいずれも閉とし、前記炭素析出物の排出を行う場合、まず、前記下開閉弁を閉としたままで前記上開閉弁を開とし、所定時間後に前記上開閉弁を閉とし、その後、前記下開閉弁を開とする、とよい。炭素析出物の排出時に、上開閉弁を開とする時には、下開閉弁が閉となっていることから、反応管と下水道管とが直接連通することはなく、多くの水素ガスが反応管内から流出する可能性は小さく、また、反応管内に異物が進入する可能性も小さい。
【００１２】
また、前記排出部は、前記中間配管から分岐して外部に連通する排気配管と、前記排気配管を開閉する排気開閉弁と、を備える、とよい。排気配管と排気開閉弁とを備えることで、中間配管内を排気できる。中間配管内を排気しておけば、炭素析出物の排出時に上開閉弁を開放しても、反応管内に異物が進入する可能性をさらに小さくできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炭化水素を含む原料ガスから生成した水素を用いる燃料電池システムであって、二酸化炭素の外気への放出を抑制できる燃料電池システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】分解部の構成を示す説明図である。
【図３】炭素を排出する時の分解部を示す説明図である。
【図４】炭素を排出する時の分解部を示す説明図である。
【図５】炭素を排出する時の分解部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、例えば、都市ガスの供給設備と下水道設備とが備わっている家庭において、燃料電池を用いて発電した電力を使用する燃料電池システムに、本発明を適用したものである。
【００１６】
本形態の燃料電池システム１００は、図１に示すように、分解部１０と、燃料電池２０と、ガス配管３０と、配管４０と、電力線５１と、温水管５２と、導管６０と、を有している。分解部１０は、反応管１１と、排出部１２とを含み、都市ガスの供給を受けて水素ガスを生成し、生成した水素ガスを燃料電池２０に供給する。燃料電池２０は、分解部１０から供給される水素ガスと空気とを使用して発電する発電装置である。燃料電池２０からは、電力と温水とが出力される。
【００１７】
ガス配管３０は、都市ガスを供給するガス導管網と分解部１０の反応管１１とを接続して、ガス導管網を介して供給される都市ガスを反応管１１に供給するガス管である。配管４０は、反応管１１と燃料電池２０とを接続して、反応管１１にて生成された水素ガスを燃料電池２０に供給するガス管である。電力線５１は、燃料電池２０にて発電された電力を電気機器等に伝送する電線である。温水管５２は、燃料電池２０から出力される温水を給湯器等に送る水道管である。導管６０は、分解部１０の排出部１２と下水道管７０とを接続する管である。下水道管７０は、下水導管網を介して、下水処理場に下水を送る水道管である。
【００１８】
ガス配管３０には、ガスメータ３１と、開閉弁３２と、が接続されている。ガスメータ３１は、ガス配管３０を介して、分解部１０に供給された都市ガスの使用量を測定する。燃料電池システム１００は、ガスメータ３１の測定結果と都市ガスの成分とに基づいて、分解部１０にて水素ガスの生成に使用された炭化水素の量を推定できる。開閉弁３２は、ガス配管３０を介してのガスの流通を開閉する。なお、図１では、ガスメータ３１を分解部１０の外部に示しているが、ガスメータ３１は、分解部１０に含まれていても良い。
【００１９】
分解部１０の反応管１１は、ガス配管３０から都市ガスの供給を受けて、水素ガスを生成する。具体的には、反応管１１は、内部に触媒を収容し、都市ガスの主成分であるメタン等の炭化水素を、触媒に接触させつつ加熱することで直接分解し、水素ガスを生成させる。例えば、メタンは、次の式１のように分解される。
ＣＨ4  →  Ｃ  ＋  ２Ｈ2      …  式１
【００２０】
反応管１１に収容される触媒は、式１の反応を促進する作用を有する物質であり、カーボン触媒、または、金属触媒が適用できる。カーボン触媒としては、例えば、カーボングラファイト、活性炭、カーボンナノチューブ、または、これらの混合物が適用できる。また、金属触媒としては、例えば、ニッケル、鉄、プラチナ、または、これらの合金や混合物が適用できる。反応管１１では、炭化水素を６００〜１０００℃に加熱する。なお、この反応により、固体の炭素が、炭素析出物として、触媒の表面上に付着した状態で析出する。
【００２１】
反応管１１にて生成された水素ガスは、配管４０を介して、燃料電池２０に供給される。配管４０には、燃料電池２０に供給される水素ガスの量を測定する測定部４１と、水素ガスの流通を開閉する開閉弁４２と、が設けられている。燃料電池システム１００は、測定部４１の測定結果に基づいて、分解部１０によって生成された水素ガスの量、および、析出された炭素析出物の量を推定する。なお、配管４０には、水素ガスを未反応ガス等の水素ガス以外のガスと分離するための水素分離装置や、炭素析出物等の異物を通過させないためのフィルタ等が設けられていてもよい。
【００２２】
分解部１０では、炭素析出物によって触媒の表面が覆われると、触媒による反応促進作用が低下する。本形態の分解部１０は、炭素析出物を触媒から剥離して触媒を再生し、さらに、剥離した炭素析出物を排出部１２から導管６０に排出する。導管６０は下水道管７０に連通されているので、排出部１２から排出された炭素析出物は、家庭から出る下水とともに、下水道管７０から下水導管網を介して、下水処理場に送られる。
【００２３】
燃料電池２０は、電解質を燃料極と酸化極とで挟んだセルを備え、燃料極に供給される水素と、酸化極に供給される空気中の酸素とを反応させて、電気エネルギーと温水とを得る。燃料電池２０にて得られた電気エネルギーは、電力線５１を介して家庭内に供給され、電気機器等にて消費される。発電電力が消費電力より大きい場合には、例えば、売電や蓄電してもよいし、熱エネルギーに変換して利用してもよい。また、燃料電池２０から得られる温水は、温水管５２を介して家庭内に供給され、給湯器等にて消費される。
【００２４】
本形態の分解部１０は、例えば、図２に示すように、地表面上であって、下水道管７０の上方の位置に設置される。本形態の分解部１０の反応管１１は、例えば、図２に示すように、外容器１１１と、内容器１１２と、駆動部１１３と、加熱部１１４と、を備える。外容器１１１は、例えば、略円筒状であり、下部は、下側ほど断面積が小さいテーパ形状となって、下端に開口１１１ａが形成されている。なお、外容器１１１には、ガス配管３０と配管４０とが接続されている。
【００２５】
内容器１１２は、例えば、図２に示すように、略円筒状であり、外容器１１１の内部に収まる大きさとなっている。内容器１１２には複数の貫通孔１１２ａが形成されている。あるいは、内容器１１２の全体が網状の部材で形成されていてもよい。内容器１１２の内部には触媒１３が収容されている。各貫通孔１１２ａは、触媒１３から剥離された炭素析出物１３１が通過できる大きさであり、かつ、触媒１３を通過させない大きさに形成されている。内容器１１２は、触媒１３を内部に保持して、各種のガスや炭素析出物１３１を内外に通過させるものである。
【００２６】
駆動部１１３は、内容器１１２を、回転または振動させる。内容器１１２が回転または振動することで、触媒１３上に析出した炭素が触媒１３から剥離する。駆動部１１３は、剥離部の一例である。例えば、球状、多角柱形状、多角錐形状の触媒１３を用い、内容器１１２の回転または振動により触媒１３同士を接触させて、触媒１３の表面から炭素析出物１３１を剥離する。または、触媒１３以外の剥離用部材を触媒１３とともに内容器１１２に収容し、内容器１１２の回転または振動により触媒１３と剥離用部材とを接触させて、触媒１３の表面から炭素析出物１３１を剥離する。
【００２７】
または、例えば、平板状や格子状の触媒１３や、平板状や格子状の支持部材上に配置させた触媒１３を用い、その平板などの固有振動数の振動を含む振動を与えることにより、触媒１３から炭素析出物１３１を剥離する。なお、触媒１３やその支持体の形状、駆動部１１３の回転方向や振動方向、回転速度や振動数等は、上記の例に限らず、どのようなものでもよい。
【００２８】
加熱部１１４は、例えば、図２に示すように、外容器１１１の周囲に設けられ、外容器１１１及び内容器１１２の内部を加熱する。つまり、加熱部１１４により、反応管１１内に供給された都市ガスが加熱される。加熱部１１４の加熱方式は、例えば、反応管１１にて生成された水素ガスの一部の燃焼、燃料電池２０にて生成した電力によるヒータ加熱、ガス配管３０から供給される都市ガスの燃焼、燃料電池２０から出力される温水から得られる熱の利用、あるいは、これらの組み合わせを採用できる。また、さらに他の方式を組み合わせてもよい。
【００２９】
本形態の反応管１１によれば、ガス配管３０を介して外容器１１１に供給された都市ガスは、貫通孔１１２ａを介して内容器１１２内に進入する。さらに、加熱部１１４によって加熱されることで、都市ガス中の炭化水素が直接分解され、水素ガスが生成されるとともに内容器１１２内の触媒１３の表面上に炭素が析出して炭素析出物１３１となる。生成された水素ガスは、内容器１１２の貫通孔１１２ａを通って外容器１１１内に出て、さらに、配管４０を介して燃料電池２０に供給される。
【００３０】
また、触媒１３に炭素析出物１３１が付着した状態で、駆動部１１３によって内容器１１２を回転または振動させると、触媒１３から炭素析出物１３１が剥離する。剥離した炭素析出物１３１は、内容器１１２の貫通孔１１２ａから内容器１１２と外容器１１１との間の空間に出る。そして、図２に示すように、炭素析出物１３１は、内容器１１２内および外容器１１１内を落下して、外容器１１１の下部のテーパ形状の部分に溜まる。一方、触媒１３は、貫通孔１１２ａを通過できないので、内容器１１２内に留まる。
【００３１】
本形態の分解部１０の排出部１２は、例えば、図２に示すように、自動開閉弁１２１、１２２、１２３と、配管１２４、１２５と、を備える。自動開閉弁１２１、１２２、１２３は、燃料電池システム１００の全体の動作を制御する制御部（不図示）の制御に基づいて、それぞれ開閉される。自動開閉弁１２１は、上開閉弁の一例であり、自動開閉弁１２２は、下開閉弁の一例であり、自動開閉弁１２３は、排気開閉弁の一例である。配管１２４は、中間配管の一例であり、配管１２５は、排気配管の一例である。
【００３２】
自動開閉弁１２１は、反応管１１の外容器１１１の開口１１１ａの直下に設けられている。自動開閉弁１２２は、配管１２４を介して、自動開閉弁１２１の下方に設けられている。自動開閉弁１２２は、配管１２４と、炭素析出物１３１を分解部１０の外部に導出する導管６０との連通を開閉する。なお、導管６０は、下水道管７０に連通している。配管１２５は、自動開閉弁１２１の直下から斜め上方へ向かう配管であり、自動開閉弁１２３を介して外部に開口している。
【００３３】
そして、自動開閉弁１２１を開とすると、外容器１１１と配管１２４とが連通し、自動開閉弁１２１を閉とすると、外容器１１１と配管１２４とが連通しない。自動開閉弁１２２を開とすると、配管１２４と導管６０とが連通し、自動開閉弁１２２を閉とすると、配管１２４と導管６０とが連通しない。また、自動開閉弁１２３を開とすると、配管１２５から外部への排気が行われ、自動開閉弁１２３を閉とすると、配管１２５からの排気は行われない。つまり、自動開閉弁１２１〜１２３の全てを閉とすることで、配管１２４と配管１２５の一部とを含む空間が閉止される。
【００３４】
次に、本形態の燃料電池システム１００の動作を説明する。燃料電池システム１００は、加熱部１１４にて反応管１１の外容器１１１の内部を加熱するとともに、ガス配管３０から都市ガスの供給を受ける。すなわち、加熱された反応管１１内に都市ガスが供給されることで、反応管１１内で炭化水素が直接分解され、炭素析出物１３１が触媒１３上に析出するとともに、水素ガスが生成される。生成された水素ガスは、配管４０を介して燃料電池２０に供給される。燃料電池２０は、水素ガスを使用して発電し、電気機器に電力を供給する。本形態では、水素ガスの生成時には、図２に示すように、自動開閉弁１２１〜１２３を全て閉とする。
【００３５】
本形態の燃料電池システム１００では、水素ガスの生成と並行して、駆動部１１３を駆動させ、炭素析出物１３１を触媒１３から剥離する。つまり、駆動部１１３は、内容器１１２を回転または振動させ、触媒１３から炭素析出物１３１を剥離させる。剥離された炭素析出物１３１は、図２に示すように、重力によって下方に向かって移動し、内容器１１２の貫通孔１１２ａを通過して内容器１１２から外に出て、外容器１１１の下部に移動する。この段階では、自動開閉弁１２１が閉であることから、炭素析出物１３１は、外容器１１１の外部へ出ることはなく、外容器１１１の底部のテーパ状の部分に溜まる。
【００３６】
燃料電池システム１００の制御を行う制御部は、外容器１１１に溜まった炭素析出物１３１の量が規定の量を超えたと判断した場合、その後の適切なタイミングで炭素析出物１３１の排出を開始する。前述した式１によって、水素ガスと炭素析出物１３１とが同時にできることから、炭素析出物１３１の量は、水素ガスの生成量に基づいて推定できる。そこで、制御部は、生成された水素ガスの量と供給された都市ガスの量との少なくとも一方を監視し、前回の炭素析出物１３１の排出後に生成された水素ガスの量が所定量を超えた場合に、炭素析出物１３１の量が規定の量を超えたと判断する。
【００３７】
本形態の燃料電池システム１００では、測定部４１を用いて、配管４０を通過した水素ガスの量を測定する。例えば、測定部４１は、制御部によってリセットされるまで水素ガスの通過量の累積値を取得し、制御部は、測定部４１の累積値に基づいて、炭素析出物１３１の排出を開始するとともに測定部４１をリセットする。あるいは、測定部４１は、単位時間当たりの水素ガスの通過量を測定して随時制御部に送信し、制御部が水素ガスの量の累積値を算出してもよい。
【００３８】
本形態の燃料電池システム１００では、ガスメータ３１を用いて、ガス配管３０から供給を受けた都市ガスの使用量を測定している。そこで、制御部は、測定部４１に代えて、ガスメータ３１の測定結果を用いて炭素析出物１３１の量を推定し、炭素析出物１３１の排出を開始させても良い。この場合、測定部４１は、無くてもよい。あるいは、制御部は、測定部４１の結果とガスメータ３１の結果との両方を用いて判断しても良い。
【００３９】
一方、駆動部１１３による駆動は、水素ガスの生成時に常時行ってもよいし、定期的に行ってもよい。あるいは、測定部４１の信号に基づいて、触媒１３上の炭素析出物１３１の量が所定量を超えたと判断される場合に行ってもよい。なお、駆動部１１３の駆動を行うか否かの閾値である炭素析出物１３１の所定量は、炭素析出物１３１の排出を行うか否かの閾値である所定量よりも少ない量である。あるいは、駆動部１１３による駆動は、炭素析出物１３１を排出する動作を開始する前に行うとしてもよい。
【００４０】
そして、燃料電池システム１００の制御部は、測定部４１またはガスメータ３１の信号に基づいて、炭素析出物１３１の排出動作を開始する。炭素析出物１３１の排出を開始すると、制御部は、加熱部１１４による加熱を停止し、開閉弁３２と開閉弁４２とをともに閉として都市ガスの供給と水素ガスの生成とを中断する。炭素析出物１３１の排出中は、水素の製造を行わず、燃料電池システム１００からの電力の供給量が減少する可能性が高いことから、燃料電池システム１００では、炭素析出物１３１の排出動作は、深夜の時間帯等の電気エネルギーの需要が少ない期間に行われる。
【００４１】
炭素析出物１３１の排出を開始すると、制御部は、図３〜図５に示すように、各自動開閉弁１２１〜１２３を操作し、炭素析出物１３１を下水道管７０に排出する。なお、炭素析出物１３１の排出時には、駆動部１１３の駆動を停止する。
【００４２】
制御部は、まず、自動開閉弁１２２を閉としたままで自動開閉弁１２１を開とする。これにより、テーパ部分に溜まった炭素析出物１３１は、図３に示すように、重力により自動開閉弁１２１を通過して、外容器１１１から配管１２４へと落下する。自動開閉弁１２２が閉であるので、移動した炭素析出物１３１は、配管１２４の内部に留まる。
【００４３】
テーパ部分に溜まった炭素析出物１３１が落下するのに十分な時間が経過した後、制御部は、図４に示すように、自動開閉弁１２１を閉とし、その後、自動開閉弁１２３を開とする。これにより、配管１２４の内部に有る水素などの気体は、配管１２５を介して外部に排気される。配管１２４の下部が斜め上方に向かう構成となっているので、炭素析出物１３１とともに配管１２４に流入した水素ガスは、容易に排気される。従って、水素ガスが下水道管７０に流れ込む可能性は小さい。なお、配管１２５に真空ポンプ等を接続して、配管１２４、１２５の内部を減圧してもよい。
【００４４】
そして、排気に十分な時間が経過した後、制御部は、図５に示すように、自動開閉弁１２３を閉とし、自動開閉弁１２２を開とする。これにより、配管１２４の内部に留まっていた炭素析出物１３１は、重力によって導管６０を介して下水道管７０に排出される。このとき、導管６０に水を流してもよい。自動開閉弁１２１が閉であるので、下水道管７０から何らかの異物が進入した場合でも、異物は配管１２４の内部に留まる。炭素析出物１３１を下水道管７０に排出した後、制御部は、自動開閉弁１２２を閉とし、図２に示した状態に戻る。
【００４５】
下水道管７０に排出された炭素析出物１３１は、下水導管網によって下水処理場に運ばれる。下水処理場では、炭素析出物１３１等の固形物は回収され、適切に処理される。従って、回収された炭素析出物１３１から二酸化炭素が発生して外気に放出される可能性は小さい。また、下水処理場では、多くの家庭から排出された下水がまとめて処理されることから、多くの家庭から排出された炭素析出物１３１を一括して処理できる。
【００４６】
以上詳細に説明したように本形態の燃料電池システム１００によれば、反応管１１にて原料ガスを直接分解し、炭素を触媒１３上に析出させて水素ガスを生成するので、水素ガスの生成工程において、二酸化炭素は発生しない。さらに、炭素析出物１３１を下水道管７０に排出するので、家庭において炭素析出物１３１を貯蔵あるいは処理する必要はない。また、炭素析出物１３１を回収するための設備や手間も少ない。また、生成した水素ガスを用いて、燃料電池２０にて発電するので、発電工程においても二酸化炭素は発生しない。従って、二酸化炭素の外気への放出を抑制したシステムとなっている。
【００４７】
なお、本形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、外容器１１１や内容器１１２の形状は、図示の例に限らず、どのようなものであってもよい。
【００４８】
また、例えば、炭素析出物１３１の排出後、図２に示した状態に戻る前に、再び自動開閉弁１２３を開として、配管１２４の内部を排気しても良い。
【００４９】
また、例えば、水素ガスの生成量または都市ガスの使用量を測定して炭素析出物１３１を排出するタイミングを決定するとしたが、これに限らない。例えば、燃料電池２０による発電量に基づいて決定してもよいし、所定の時間間隔で定期的に排出してもよい。ただし、水素ガスの生成量または都市ガスの使用量に基づいて決定することで、炭素析出物１３１の量をより正確に推定できる。
【００５０】
また、例えば、炭素析出物１３１の排出を深夜の時間帯に行うとしたが、深夜に限らない。例えば、１日や１週間等の所定期間における電力の使用量の変化を測定して、使用量が少ない期間であると推定される期間に行うとしてもよい。
【００５１】
また、例えば、内容器１１２は無くてもよい。例えば、メッシュ状の支持部材上に触媒１３を配置し、その支持部材を外容器１１１内に直接配置してもよい。また、駆動部１１３は、内容器１１２だけでなく外容器１１１も回転または振動させてもよい。また、加熱部１１４は、外容器１１１の内部にあってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１１  反応管
１２  排出部
１３  触媒
２０  燃料電池
３１  ガスメータ
４１  測定部
６０  導管
７０  下水道管
１００  燃料電池システム
１１１  外容器
１１１ａ  開口
１１２  内容器
１１２ａ  貫通孔
１１３  駆動部
１２１〜１２３  自動開閉弁
１２４、１２５  配管
１３１  炭素析出物
【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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