(57)【要約】【課題】従来は、水素製造装置で製造した水素から水分を除去した乾燥状態の水素を定置型燃料電池及び水素供給装置に供給していたが、定置型燃料電池で使用される固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）には、加湿された水素が供給される必要があるため、水素を加湿するための純水を製造するコストが増大する問題があった。【解決手段】第１供給経路の分岐点と精製機との間に気液分離器を設置し、水素供給装置に供給される水素も含めた水素全体から水分を回収して定置型燃料電池へ供給する水素の加湿に利用することにより、加湿用の水製造コストを増大させることなく、ＰＥＦＣに適した加湿状態の水素を定置型燃料電池に供給するとともに、水素供給装置に乾燥状態の水素を供給する事ができる。【選択図】図１
2019149266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された前記水素を外部に供給する水素供給装置と、
前記水素を用いて発電する発電装置と、
を備えた水素電力併給システムであって、
前記水素製造装置が生成した前記水素を前記発電装置へ供給する第１供給経路と、
前記第１供給経路の分岐点で分岐し、前記水素製造装置が生成した前記水素を前記水素供給装置へ供給する第２供給経路と、
前記第１供給経路の前記分岐点より上流側に配置され、前記水素製造装置が生成した前記水素中の水の一部を分離する気液分離器と、
前記第１供給経路の前記分岐点と前記発電装置との間に配置され、前記気液分離器で分離した前記水により前記第１供給経路から前記発電装置に供給される前記水素を加湿する加湿器と、
を備えた、水素電力併給システム。
【請求項２】
水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置によって製造された前記水素を外部に供給する水素供給装置と、
前記水素を用いて発電する発電装置と、
を備えた水素電力併給システムであって、
前記水素製造装置が生成した前記水素を前記発電装置へ供給する第１供給経路と、
前記第１供給経路の分岐点で分岐し、前記水素製造装置が生成した前記水素を前記水素供給装置へ供給する第２供給経路と、
前記第２供給経路の前記分岐点と前記水素供給装置との間に配置され、前記水素製造装置が生成した前記水素中の水の一部を分離する気液分離器と、
前記第１供給経路の前記分岐点と前記発電装置との間に配置され、前記気液分離器で分離した前記水により前記第１供給経路から前記発電装置に供給される前記水素を加湿する加湿器と、
を備えた、水素電力併給システム。
【請求項３】
前記第２供給経路において、前記気液分離器と前記水素供給装置との間に配置され、前記水素製造装置から供給された前記水素を圧縮する圧縮機をさらに備えた、請求項１または２に記載の水素電力併給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定置型燃料電池及び燃料電池自動車の両方への水素供給を可能とする水素電力併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境負荷が小さいクリーンな発電技術として期待される燃料電池は、近年、定置型燃料電池（家庭用／業務用コージェネレーション）及び燃料電池自動車で実用化されている。
【０００３】
一方、水素をエネルギー源として利用するにあたっては、燃料となる水素を安全に、かつ、安定的に供給することが欠かせない。これについて、圧縮水素又は液体水素として水素を直接供給する方法、水素吸蔵合金、カーボンナノチューブなどの水素吸蔵材料を利用して水素を貯蔵及び供給する方法、メタノール又は炭化水素を水蒸気改質して水素を供給する方法など、種々の方法が提案され、将来的には、太陽光を利用した水の電気分解で水素を製造することが環境負荷から考えて理想的とされるものの、当面は、化石燃料の改質によって製造された水素を燃料とし、水素供給インフラの整備とともに燃料電池が普及していくとの見通しが主流になっている。
【０００４】
化石燃料から改質によって水素を製造する過程を具体的に説明すると、まず、水素生成装置は、炭化水素化合物からなる原料ガスと改質用水とから、改質触媒を用いた水蒸気改質反応により、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応のメタン及び水分を含む改質ガスを生成する。このとき、原料ガスとしては、都市ガス、ＬＰＧ、灯油などが用いられ、改質用水には、触媒の劣化及び水素生成装置内のスケールの堆積を避けるために純水が用いられる。水蒸気改質反応によって水素を製造する場合、一酸化炭素（ＣＯ）の副生は避けられない。例えば、メタンを主成分とする天然ガスを原料とする場合、水蒸気改質反応（６００℃程度）により、水素、二酸化炭素及びＣＯの混合ガスを製造し、さらに、ＣＯと水分とを水素と二酸化炭素とに変える変成反応（３００℃程度）で、ＣＯを低減させる方法が採られる。それでもなお、１０００ｐｐｍ〜１ｖｏｌ％程度のＣＯが含まれており、さらに、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法、水素選択透過膜分離法、一酸化炭素選択酸化法などによって、ＣＯを１０ｐｐｍ程度まで除去する。
【０００５】
ＣＯを除去した改質ガスには、まだ、微量のＣＯ、二酸化炭素、未反応のメタン及び水分が含まれるが、水素を燃料電池自動車に供給する事を考慮する場合、自動車に搭載された燃料電池が、水素を余らせない、すなわち、水素を極力使い切るような方式となっており、ＣＯ、二酸化炭素、メタン、水分などの不純物ガスを十分に除去し、９９．９９９％以上の高い純度とした水素が要求される。このため、高純度の水素を供給する方法として、燃料電池自動車への水素供給経路に、不要ガスを吸着する吸着剤を充填した不純物ガス除去器を配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
高純度の水素を供給するための不純物ガス除去器には、吸着剤を用いる水素ＰＳＡ装置のほか、水素選択透過膜分離装置、又は、固体高分子膜に電圧を印加し、正極側に水素含有ガスを供給し、負極側から昇圧された高純度の水素ガスを取り出す、水素精製昇圧装置などが用いられる（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
図５は、特許文献３に記載の従来の水素ステーションの概略構成図である。
【０００８】
図５に示すように、従来の水素ステーション１では、水素を貯蔵する水素貯蔵タンク３に水素を流入させる前に、圧縮機１２４で圧力を上昇させるため、圧縮工程において水分が凝縮し、凝縮した水が排出された後に貯蔵され、水分を除去した乾燥状態の水素が、定置型燃料電池及び燃料電池自動車に供給されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２１９９９１号公報
【特許文献２】特許第３３５８８２０号公報
【特許文献３】特開２００７−１６９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、定置型燃料電池としては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が主に使用されるが、ＰＥＦＣは、加湿状態の水素を用いて発電するため、前記従来の構成では、定置型燃料電池に供給する水素は、定置型燃料電池への流入前に加湿する必要が生じる。これは、ＰＥＦＣでは、内部の高分子電解質膜の陽子伝導度を保つために、高分子電解質膜を湿った状態に保つ必要があるためであり、ＰＥＦＣの動作温度より露点の低い水素は、供給時に高分子電解質膜を乾燥させるため、供給に適さない。従来の水素ステーション１では、水素製造装置２から供給される、水分を含む加湿状態の水素から、水素中の水分が除去された乾燥状態で水素の貯蔵及び供給が行われていたため、定置型燃料電池に水素を供給する際に、水素を加湿する必要が生じ、加湿用の清浄な水を確保するため、水浄化装置を設置するなど、機器コストが増大するという課題があった。
【００１１】
また、加湿状態の水素を供給する方法として、水素製造装置で生成された水素を、圧縮などによって水分除去を行わず、直接供給する方法が考えられるが、この場合には、水素供給装置側にも加湿状態の水素が供給され、水素供給装置から水素の供給を受ける水素利用機器での水素貯蔵時に、結露水が発生するなどの問題が生じるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素電力併給システムは、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、水素製造装置によって製造された水素を外部に供給する水素供給装置と、水素を用いて発電する発電装置と、を備えた水素電力併給システムであって、水素製造装置が生成した水素を発電装置へ供給する第１供給経路と、第１供給経路の分岐点で分岐し、水素製造装置が生成した水素を水素供給装置へ供給する第２供給経路と、第１供給経路の分岐点より上流側に配置され、水素製造装置が生成した水素中の水の一部を分離する気液分離器と、第１供給経路の分岐点と発電装置との間に配置され、気液分離器で分離した水により第１供給経路から発電装置に供給される水素を加湿する加湿器と、を備えた構成としたものである。
【００１３】
これによって、水素供給装置側に供給する水素を含めた水素全体から水分を回収して、発電装置側に分岐した後の水素の加湿に利用することができ、加湿用の水浄化装置を設置するなど、機器コストを増大させることなく、水素供給装置へ乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池等の発電装置に適した水分量を含む水素を燃料電池に供給する事ができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水素電力併給システムは、発電装置に供給する水素に含まれる水分も回収して、発電装置に供給することができ、加湿用の水浄化装置を設置するなど、機器コストを増大させることなく、水素供給装置へ乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池等の発電装置に適した水分量を含む水素を定置型燃料電池等の発電装置に供給する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における水素電力併給システムの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるガス成分の説明図
【図３】本発明の実施の形態２における水素電力併給システムの概略構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるガス成分の説明図
【図５】特許文献３に記載の従来の水素ステーションの概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、水素製造装置によって製造された水素を外部に供給する水素供給装置と、水素を用いて発電する発電装置と、を備えた水素電力併給システムであって、水素製造装置が生成した水素を発電装置へ供給する第１供給経路と、第１供給経路の分岐点で分岐し、水素製造装置が生成した水素を水素供給装置へ供給する第２供給経路と、第１供給経路の分岐点より上流側に配置され、水素製造装置が生成した水素中の水の一部を分離する気液分離器と、第１供給経路の分岐点と発電装置との間に配置され、気液分離器で分離した水により第１供給経路から発電装置に供給される水素を加湿する加湿器と、を備えた水素電力併給システムとしたものである。
【００１７】
これによって、発電装置に供給する水素を含めた水素全体から水分を回収して、発電装置に分岐した後の水素の加湿に利用することができ、加湿用の水浄化装置を設置するなど、機器コストを増大させることなく、水素供給装置へ乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池等の発電装置に適した水分量を含む水素を定置型燃料電池等の発電装置に供給する事ができる。また、第１供給経路での結露による流路閉塞を、気液分離器から加湿器までの間の距離によらず避けることができ、発電装置が安定発電できる機器配置の自由度を向上できる。
【００１８】
第２の発明は、水素元素を含む原料から水素を製造する水素製造装置と、水素製造装置によって製造された水素を外部に供給する水素供給装置と、水素を用いて発電する発電装置と、を備えた水素電力併給システムであって、水素製造装置が生成した水素を発電装置へ供給する第１供給経路と、第１供給経路の分岐点で分岐し、水素製造装置が生成した水素を水素供給装置へ供給する第２供給経路と、第２供給経路の分岐点と水素供給装置との間に配置され、水素製造装置が生成した水素中の水の一部を分離する気液分離器と、第１供給経路の分岐点と発電装置との間に配置され、気液分離器で分離した水により第１供給経路から発電装置に供給される水素を加湿する加湿器と、を備えた水素電力併給システムとしたものである。
【００１９】
これによって、発電装置に供給する水素から水分を回収して、発電装置に分岐した後の水素の加湿に利用することができ、加湿用の水浄化装置を設置するなど、機器コストを増大させることなく、水素供給装置へ乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池等の発電装置に適した水分量を含む水素を定置型燃料電池等の発電装置に供給する事ができる。また、気液分離器において、発電装置に供給される水素のみの水分を回収するため、気液分離器の処理能力を低く抑える事ができ、装置コストを下げ、システムの経済性を向上させる事ができる。
【００２０】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の水素電力併給システムの第２供給経路において、気液分離器と水素供給装置との間に配置され、水素製造装置から供給された水素を圧縮する圧縮機をさらに備えた構成としたものである。
【００２１】
これによって、高圧の水素を水素供給器から供給することで、より多量の水素を水素利用機器で貯蔵する事ができるようになり、水素利用機器の利便性を高める事ができる。また、摺動部を有し、不純物が混入しやすい圧縮機へ水素が流入する前に、水素中の水分を回収する事ができ、より純度の高い水を加湿器に供給する事で、加湿器に不純物が堆積する事による性能劣化を防ぎ、システムの耐久性を向上させる事ができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素電力併給システムの概略構成図であり、図２は、本発明の実施の形態１におけるガス成分の説明図である。
【００２４】
図１において、水素電力併給システム１００Ａは、原料ガス供給部２０と、改質用水供給部２５と、水素を生成する水素発生器２６と、精製機２３と、定置型燃料電池７と、水素供給装置２８と、加湿器１５Ａで構成されている。また、水素電力併給システム１００Ａは、製造された水素を定置型燃料電池７に供給する第１供給経路１３と、第１供給経路１３から分岐点２７で分岐し、水素供給装置２８へ水素を供給する第２供給経路１４と、第１供給経路１３に設置され、水素中の水分を分離する気液分離器９Ａと、気液分離器９Ａで分離された水を加湿器１５Ａに供給する回収水供給経路１１と、改質用水である純水を製造する純水製造器８で構成されている。本明細書において、「水分」とは、液体の水又は水蒸気を意味する。定置型燃料電池７は、水素を用いて発電する発電装置の一例である。水素供給装置２８は、水素を外部に供給することができる。
【００２５】
水素供給装置２８は、水素の貯蔵機能を持ち、水素利用機器への水素供給を行わない間にも、第２供給経路１４から水素の供給を受け、水素利用機器への水素供給に備えて水素の貯蔵を行う。
【００２６】
第１供給経路１３は、水素発生器２６のガス出口に接続された一端と定置型燃料電池７のアノードガス入口に接続された他端とを有する。第１供給経路１３の分岐点２７から第２供給経路１４が分岐している。精製機２３、気液分離器９Ａ及び加湿器１５Ａのそれぞれは、第１供給経路１３に配置されている。精製機２３は、水素発生器２６と分岐点２７との間に位置する。気液分離器９Ａは、分岐点２７よりも上流側に位置している。詳細には、気液分離器９Ａは、精製機２３と分岐点２７との間に位置している。加湿器１５Ａは、分岐点２７と定置型燃料電池７との間に位置している。
【００２７】
第２供給経路１４は、分岐点２７に接続された一端と水素供給装置２８のガス入口に接続された他端とを有する。
【００２８】
回収水供給経路１１は、気液分離器９Ａの液体出口に接続された一端と加湿器１５Ａの液体入口に接続された他端とを有する。
【００２９】
水素発生器２６は、改質触媒を用いて、原料ガス供給部２０から供給される、炭化水素化合物を含む原料ガスを、改質用水供給部２５から供給される改質用水を用いて改質し、水素を主成分とする改質ガスを生成するものである。ここで、定置型燃料電池７は、例えば、ＰＥＦＣであり、原料ガス供給部２０は、例えば、水素発生器２６に原料ガスを供給するためのブースターである。また、改質用水供給部２５は、例えば、水素発生器２６に改質用水を供給するための水ポンプであり、精製機２３は、水素中の水蒸気以外の不純物ガスを取り除いた高純度の水素に精製するもので、本実施例では、水素選択透過膜分離装置である。
【００３０】
以下、水素電力併給システム１００Ａが原料ガス及び改質用水を受け入れて水素を製造し、定置型燃料電池７及び水素供給装置２８へ水素を供給するまでの工程について順を追って説明する。
【００３１】
まず、原料ガス供給部２０から原料ガスを水素発生器２６に供給し、水蒸気で改質して、水素、副生したＣＯ、二酸化炭素、未反応のメタン及び水分を含むガスとした後、さらに、ＣＯと水分とを水素と二酸化炭素とに変える変成反応によって、水素を主成分とし、ＣＯ含有量を１０００ｐｐｍ〜１ｖｏｌ％程度に低減した水素リッチな改質ガスを製造する。改質ガスは、未反応の水分を含み、加湿状態のガスとなる。さらに、この改質ガスを精製機２３に流通させて、ＣＯ、二酸化炭素、メタンなどの不純物ガスを除去し、乾燥状態換算で９９．９９９％以上の高純度水素を得る。
【００３２】
精製機２３で生成された高純度の水素は、第１供給経路１３を経由し、気液分離器９Ａに供給され、水分が分離される。水分が分離された乾燥状態の水素は、加湿器１５Ａへ供給されるとともに、分岐点２７で分岐し、第２供給経路１４を経由し、水素供給装置２８に供給され、燃料電池自動車などの水素利用機器に供給される。本実施の形態では、分岐点２７で５０％の流量の水素が分岐して第２供給経路１４に供給される。また、気液分離器９Ａで分離された結露水は、回収水供給経路１１を経由し、加湿器１５Ａへ供給され、定置型燃料電池７に供給する水素の加湿に利用される。
【００３３】
上記内容を、図２を用いてさらに詳細に説明する。
【００３４】
図２において、矢印は、ガス及び結露水の流れを示す。
【００３５】
本実施の形態では、水と、組成がＣＨ4１００％の原料ガスとを用い、水素発生器２６において転化率９５％で水蒸気改質を行い、精製機２３にて、Ｈ2Ｏ及びＨ2以外の成分が完全に取り除かれる。この結果、図２に示すとおり、精製機２３の出口付近の水素に含まれる水蒸気分圧は、０．１４ａｔｍとなり、露点は、５２℃まで上昇する。
【００３６】
ここで、第１供給経路１３から供給される水素を用いて発電を行い、電力を住居（家庭）及びオフィスに供給する定置型燃料電池７は、ＰＥＦＣであり、６０℃で動作する。ＰＥＦＣは、発電動作の為に燃料電池内の電解質膜を湿った状態に保つ必要があり、定置型燃料電池７に供給する水素は、定置型燃料電池７の動作温度である６０℃よりも露点の高い水素を供給する必要があるため、精製機２３の出口付近の水素は、定置型燃料電池７への供給には適さない。
【００３７】
気液分離器９Ａでは、水素が３０℃まで温度低下し、０．４３ｍｏｌ／ｍｉｎの水が結露する。結露した水は、その全てが回収され、回収水供給経路１１を経由して、加湿器１５Ａに供給される。加湿器１５Ａで加湿された水素には、図２に示すとおり、加湿の結果、水蒸気分圧０．２１ａｔｍの水分が含まれ、露点は６２℃となり、定置型燃料電池７の動作温度である６０℃よりも高い露点を有する水素となって、定置型燃料電池７への供給に適したものとなる。
【００３８】
このように、本実施の形態に記載の構成をとることにより、水素供給装置２８に供給する水素を含めた水素全体から水分を回収して、第１供給経路１３の分岐点２７より下流側の水素の加湿に利用し、定置型燃料電池７に供給される水素の露点を上げることができ、水素供給装置２８に乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池７への供給に適した水分量を含む水素を供給する事ができる。また、気液分離器９Ａから加湿器１５Ａまでの間の第１供給経路１３において、水分が凝縮することによって流路が閉塞し、定置型燃料電池７での発電動作が停止することを、経路の距離によらず回避することができる。これによって、電力を使用する家屋の近くに定置型燃料電池７を設置して、送電ロスを最小化しながら、家屋から離れた場所に位置する燃料電池自動車のガレージ付近に水素供給装置２８を設置するなど、機器の配置の自由度を向上させることができる。
【００３９】
なお、気液分離器９Ａは、供給されるガスから、ガス中の水分の一部を分離して排出できる除湿器、湿分除去手段などであれば特に限定されない。また、凝縮水とともに水蒸気が気液分離器９Ａから排出されても良い。気液分離器９Ａは、例えば、冷却式の分離器、膜透過式の分離器又は吸着式の分離器であってもよい。
【００４０】
なお、精製機２３は、水蒸気以外の不純物ガスを除去できるものであれば良く、例えば、水素ＰＳＡ装置、又は、固体高分子膜に電圧を印加し、正極側に水素含有ガスを供給し、負極側から昇圧された高純度の水素ガスを取り出す、水素精製昇圧装置であっても良い。
【００４１】
なお、水素発生器２６は、水を原料として使用するものであればよく、水蒸気改質方式の水素製造装置のほか、水電解方式の水素製造装置であってもよい。
【００４２】
なお、水素供給装置２８から供給を受ける水素利用機器は、燃料電池自動車のほか、水素エンジン自動車など、水素を利用する機器であれば特に限定されない。
【００４３】
水素供給装置２８は、水素を外部に供給できるものであれば特に限定されない。水素供給装置２８は、例えば、タンク及びディスペンサを備える。タンクとディスペンサとは配管によって接続されている。タンクは、第２供給経路１４から供給された水素を一時的に保存する。ディスペンサは、水素利用機器に接続可能な構造を有する。ディスペンサによって、タンク内の水素を水素利用機器に供給できる。
【００４４】
加湿器１５Ａは、水素を加湿できるものであれば特に限定されない。加湿器１５Ａは、例えば、透湿膜式の加湿器である。
【００４５】
第１供給経路１３、第２供給経路１４、回収水供給経路１１などの各経路は、少なくとも１つ以上の配管で構成されている。配管は、例えば、金属製の配管又は樹脂製の配管である。
【００４６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における水素電力併給システムの概略構成図であり、図４は、本発明の実施の形態２におけるガス成分の説明図である。
【００４７】
図３において、水素電力併給システム１００Ｂは、実施の形態１における水素電力併給システム１００Ａの構成に対し、気液分離器９Ａを設置せず、気液分離器９Ｂを、第２供給経路１４の経路上で、分岐点２７と水素供給装置２８との間に設置したものである。また、水素の供給圧力を上げるための圧縮機２４を、第２供給経路１４の経路上で、気液分離器９Ｂと水素供給装置２８との間に設置したものであり、また、加湿器１５Ｂを加湿器１５Ａの代わりに、第１供給経路１３の分岐点２７と定置型燃料電池７との間に設置したものである。圧縮機２４は、水素を圧縮することができるものであれば特に限定されない。圧縮機２４は、例えば、ロータリ圧縮機又はターボ圧縮機である。回収水供給経路１１は、気液分離器９Ｂで回収された水分を、加湿器１５Ｂへ供給し、その他の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
以下、水素電力併給システム１００Ｂが原料ガス及び改質用水を受け入れて水素を製造し、定置型燃料電池７及び水素供給装置２８へ水素を供給するまでの工程について順を追って説明する。
【００４９】
まず、原料ガス供給部２０から原料ガスを水素発生器２６に供給し、水蒸気で改質して、水素、副生したＣＯ、二酸化炭素、未反応のメタン及び水分を含むガスとした後、さらに、ＣＯと水分とを水素と二酸化炭素とに変える変成反応によって、水素を主成分とし、ＣＯ含有量を１０００ｐｐｍ〜１ｖｏｌ％程度に低減した水素リッチな改質ガスを製造する。改質ガスは、未反応の水分を含み、加湿状態のガスとなる。さらに、この改質ガスを精製機２３に流通させて、ＣＯ、二酸化炭素、メタンなどの不純物ガスを除去し、乾燥状態換算で９９．９９９％以上の高純度水素を得る。
【００５０】
精製機２３で生成された高純度の水素は、第１供給経路１３を経由し、加湿器１５Ｂへ供給されるとともに、分岐点２７で分岐し、第２供給経路１４を経由し、気液分離器９Ｂに供給され、水分が分離される。水分が分離された乾燥状態の水素は、水素供給装置２８に供給され、燃料電池自動車などの水素利用機器に供給される。本実施の形態では、分岐点２７で５０％の流量の水素が分岐して第２供給経路１４に供給される。また、気液分離器９Ｂで分離された結露水は、回収水供給経路１１を経由し、加湿器１５Ｂへ供給され、定置型燃料電池７に供給する水素の加湿に利用される。
【００５１】
上記内容を、図４を用いてさらに詳細に説明する。
【００５２】
本実施の形態では、水と、組成がＣＨ4１００％の原料ガスとを用い、水素発生器２６において転化率９５％で水蒸気改質を行い、精製機２３にて、Ｈ2Ｏ及びＨ2以外の成分が完全に取り除かれる。この結果、図４に示すとおり、精製機２３の出口付近の水素に含まれる水蒸気分圧は、０．１４ａｔｍとなり、露点は、５２℃まで上昇する。また、流路が分岐した後、第２供給経路１４に設置された気液分離器９Ｂでは、水素が３０℃まで温度低下し、結露した水の全てが回収され、第１供給経路１３に設置された加湿器１５Ｂに供給される。気液分離器９Ｂで回収され、加湿器１５Ｂに供給される結露水量は、０．２２ｍｏｌ／ｍｉｎであり、実施の形態１において、気液分離器９Ａで回収され、加湿器１５Ａに供給される結露水量である０．４３ｍｏｌ／ｍｉｎの約半分の流量となる。
【００５３】
加湿器１５Ｂで加湿された水素には、図４に示すとおり、加湿の結果、水蒸気分圧０．２１ａｔｍの水分が含まれ、露点は６２℃となり、定置型燃料電池７の動作温度である６０℃よりも高い露点を有する水素となって、定置型燃料電池７への供給に適したものとなる。
【００５４】
このように、本実施の形態の構成をとることにより、第２供給経路１４に供給される水素に含まれる水分を回収して、第１供給経路１３の分岐点２７より下流側の水素の加湿に利用し、定置型燃料電池７に供給される水素の露点を上げることができる。これによって、水素供給装置２８に乾燥状態の水素を供給するとともに、定置型燃料電池７への供給に適した水分量を含む水素を供給する事ができる。また、気液分離器９Ｂ及び加湿器１５Ｂで処理する凝縮水の量を抑え、機器の能力を小さいものとすることができ、機器コストを下げ、システムの経済性を向上させることができる。また、定置型燃料電池７に適した常圧の水素を供給するとともに、水素供給装置２８から高圧の水素を供給する事で、より多量の水素を燃料電池自動車などの水素利用機器で貯蔵する事ができ、水素の供給１回あたりの燃料電池自動車の航続距離が長くなるなど、利便性を高める事ができる。また、摺動部を有し、不純物が混入しやすい圧縮機２４より上流の経路で水素中の水を回収することができ、回収する水への不純物の混入を抑制し、より純度の高い水を加湿器１５Ｂに供給することで、加湿器１５Ｂに不純物が堆積することによる性能劣化を防ぎ、システムの耐久性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本明細書に開示された技術は、水素電力併給システムなどに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１  水素ステーション
２  水素製造装置
３  水素貯蔵タンク
４  水素供給ライン
５  水素供給ライン
６  不純物ガス除去器
７  定置型燃料電池
８  純水製造器
９Ａ  気液分離器
９Ｂ  気液分離器
１０  電力供給経路
１１  回収水供給経路
１３  第１供給経路
１４  第２供給経路
１５Ａ  加湿器
１５Ｂ  加湿器
２０  原料ガス供給部
２１  原料ホルダ
２２  改質器
２３  精製機
２４  圧縮機
２５  改質用水供給部
２６  水素発生器
２７  分岐点
２８  水素供給装置
１００Ａ  水素電力併給システム
１００Ｂ  水素電力併給システム
【図１】
2019149266.tif 000003
【図２】
2019149266.tif 000004
【図３】
2019149266.tif 000005
【図４】
2019149266.tif 000006
【図５】
2019149266.tif 000007