(57)【要約】      （修正有）【課題】管理が簡易で、触媒性能の低下や有害物質等の発生を防止できる燃料電池発電システムを提供すること。【解決手段】原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質装置と前記改質ガスの水素を燃料として発電を行う燃料電池本体とを備えた燃料電池発電装置１が各住戸に配置され、窒素ガス発生源２と、該窒素ガス発生源２から供給される窒素ガスを貯留する窒素ガスホルダー３が各住戸の共同設備として配置され、窒素ガスホルダー３が、各燃料電池発電装置１の燃料電池本体及び改質装置と接続して、窒素ガスホルダー３から各燃料電池発電装置１の燃料電池本体及び改質装置へ窒素ガスを供給するように構成されている、所定地域内又は集合住宅内の各住戸に電力を供給する燃料電池発電システム。【選択図】図１
2008091286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定地域内又は集合住宅内の各住戸に電力を供給する燃料電池発電システムにおいて、
原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質装置と前記改質ガスの水素を燃料として発電を行う燃料電池本体とを備えた燃料電池発電装置が前記各住戸に配置され、
窒素ガス発生源と、該窒素ガス発生源から供給される窒素ガスを貯留する窒素ガスホルダーが前記各住戸の共同設備として配置され、
前記窒素ガスホルダーが、前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置と接続して、前記窒素ガスホルダーから前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置へ窒素ガスを供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記窒素ガスホルダーと、前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置が、パージガス遮断弁を介して接続している請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記各燃料電池発電装置が、該燃料電池発電装置の改質装置へ原燃料として供給する液体燃料を一時的に貯留する液体燃料タンクを更に備え、
前記共同設備として、液相部が前記各燃料電池発電装置の液体燃料タンクと接続し、気相部が弁を介して前記窒素ガスホルダーと接続する液体燃料貯留槽を更に備える請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記液体燃料貯留槽と、前記各燃料電池発電装置の液体燃料タンクが、燃料遮断弁を介して接続している請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記液体燃料タンクには、該液体燃料タンクに貯留された液体燃料の残量を計測する燃料計が配置されている請求項３又は４に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定地域内又は集合住宅内の各住戸に電力を供給する燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素との結合エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。かかる燃料電池には、電解質と、これを挟持する燃料極及び空気極から成る単位電池を複数積層することによって構成された燃料電池本体が使用されている。そして、燃料電池は、ＮＯｘ、ＳＯＸ等の公害原因物質の発生が極めて少なく、また、高い発電効率が得られることから、従来の化石燃料由来の代替となる新たなエネルギー供給源として期待がもたれており、戸建住宅や集合住宅等に配置して、各住戸に電力を供給する燃料電池装置システムの開発が行われている。例えば、下記特許文献１、２には、燃料電池本体を各住戸の個別装置として配備し、改質装置を共用設備として配備した、所定地域内又は集合住宅内の各住戸に電力を供給する燃料電池発電システムが開示されている。
【０００３】
しかしながら、改質装置を燃料電池発電システムにおける共用設備として利用した場合、以下のような問題点があった。
【０００４】
（１）改質ガスの配管経路が長くなるにつれ圧力損失が増加する傾向にあり、各住戸の燃料電池本体と改質装置との距離が離れるにつれて改質ガスを安定供給しにくくなる。
【０００５】
（２）マンション等の高層住宅において、改質装置を地上に設置した場合、上層階の需要先に改質ガスを供給するには鉛直方向に配管を設置する必要があるが、改質ガスには水素の他に水蒸気等も含まれている。このため、この水蒸気が、需要先である各住戸の燃料電池本体に到達する前に、凝縮して配管内に凝縮水が滞留してしまい、特に冬季や寒冷地等では配管が凍結するおそれがある。
【０００６】
また、燃料電池発電装置は、電力の需要に応じて起動・停止する、いわゆるＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｔｏｐ）運転が行われている。燃料電池発電装置内に水蒸気や改質ガス等が滞留した状態で、燃料電池発電装置の稼動を停止すると、水蒸気が徐々に凝縮して燃料電池発電装置内に水が徐々に滞留していき、触媒が劣化して性能低下したり、再起動時に目的の温度に速やかに昇温しにくくなるという問題を有していることから、燃料電池発電装置の稼動を停止させる際には、改質装置や燃料電池本体に滞留している水蒸気や改質ガスをパージする必要がある。
【０００７】
これらの水蒸気や改質ガスをパージさせる方法として、下記特許文献３には、空気や窒素等を流通させて水蒸気や改質ガスをパージすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８８６０３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９１８号公報
【特許文献３】特開２００６−１５５９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、燃料電池発電装置に空気を流通させてパージする方法では、改質装置や燃料電池発電装置の各触媒が、酸化劣化してしまうことがあり、触媒性能が損なわれ易いという問題があった。
【０００９】
また、窒素ガスを流通させてパージする方法では、触媒が酸化劣化するおそれはないものの、窒素ボンベ等の別途窒素パージのための設備が各住戸に必要となることから、各住戸に設置する燃料電池発電装置が付帯設備の増加に伴い大型化する傾向にあった。このため、設置面積を確保しにくくなる問題があり、設置場所に限りのある現在の住宅事情においては住宅用の燃料電池発電装置には適用しにくいものであった。
【００１０】
その他、原燃料ガスや燃焼排ガス等を事前処理した排ガスを流通させて、上記水蒸気や改質ガスをパージする方法も知られているが、排ガス中に含まれる炭化水素が熱分解して炭素が析出し、触媒を被毒してしまうことがあり、更には、触媒として比較的安価なニッケル系触媒を使用した場合、ニッケルが排ガス中に含まれるＣＯと反応して、揮発性有害物質であるニッケルカルボニルが生成されることがあり、触媒劣化やその他環境への悪影響を及ぼすおそれがあった。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決し、管理が簡易で、触媒性能の低下や有害物質等の発生を防止できる燃料電池発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池発電システムは、所定地域内又は集合住宅内の各住戸に電力を供給する燃料電池発電システムにおいて、原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質装置と前記改質ガスの水素を燃料として発電を行う燃料電池本体とを備えた燃料電池発電装置が前記各住戸に配置され、窒素ガス発生源と、該窒素ガス発生源から供給される窒素ガスを貯留する窒素ガスホルダーが前記各住戸の共同設備として配置され、前記窒素ガスホルダーが、前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置と接続して、前記窒素ガスホルダーから前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置へ窒素ガスを供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の燃料電池発電システムによれば、各住戸に配置された個別装置である燃料電池発電装置の運転停止時に、共同設備である窒素ガスホルダーから燃料電池本体及び改質装置に窒素ガスを供給するので、燃料電池本体及び改質装置に滞留している改質ガス等を窒素ガスでパージすることができ、燃料電池本体の触媒や、改質装置内の改質触媒等の性能劣化を防止できる。
【００１４】
そして、窒素ガス発生源と窒素ガスホルダーとを共同設備とすることで、各住戸におけるこれらの装置の設置面積や減圧弁等の付帯設備の点数を削減でき、燃料電池発電装置の設置スペースや装置コストを低減できる。更には、窒素ガスの消費状況を一元管理できるので、窒素ボンベ等の窒素ガス発生源の交換・補充等の作業を容易に行え、作業時間を短縮できる。
【００１５】
本発明の燃料電池発電システムは、前記窒素ガスホルダーと、前記各燃料電池発電装置の燃料電池本体及び改質装置が、パージガス遮断弁を介して接続していることが好ましい。この態様によれば、パージガス遮断弁の開閉で各住戸の燃料電池本体及び改質装置に窒素ガスを供給できるので、窒素ガスを各住戸に簡単に供給できる。
【００１６】
本発明の燃料電池発電システムは、前記各燃料電池発電装置が、該燃料電池発電装置の改質装置へ原燃料として供給する液体燃料を一時的に貯留する液体燃料タンクを更に備え、前記共同設備として、液相部が前記各燃料電池発電装置の液体燃料タンクと接続し、気相部が弁を介して前記窒素ガスホルダーと接続する液体燃料貯留槽を更に備えることが好ましい。
【００１７】
液体燃料は、都市ガスやＬＰＧ等の気体燃料に比べて安価であるので、改質反応で使用する原燃料として有効的であるが、更に液体燃料タンクを設置する必要があることから、設置スペースの確保が困難である。また、インフラ等の設備が整っていない地域では、各住戸にそれぞれ液体燃料を運搬する必要があり、液体燃料の搬送に手間や費用を要する問題があった。
【００１８】
この態様によれば、液体燃料貯留槽の内圧を窒素ガスで加圧して高めることで、液体燃料の需要時に、液体燃料を槽内の自圧で押出して各住戸の液体燃料タンクへ供給できるので、高層階等に位置する住戸にも液体燃料を需要に応じて、安定かつ速やかに供給できる。そのため、各住戸が必要とする液体燃料タンクを小型化でき、燃料電池発電装置の設置スペースを低減できる。そして、液体燃料の消費状況は、共同設備である液体燃料貯留槽で一元管理できるので、液体燃料の搬送・補充等に要する手間や費用を低減できる。
【００１９】
本発明の燃料電池発電システムは、前記液体燃料貯留槽と、前記各燃料電池発電装置の液体燃料タンクが、燃料遮断弁を介して接続していることが好ましい。この態様によれば、燃料遮断弁の開閉により各住戸の液体燃料タンクに液体燃料を供給できるので、各住戸へ液体燃料の供給を容易に行える。
【００２０】
本発明の燃料電池発電システムは、前記液体燃料タンクには、該液体燃料タンクに貯留された液体燃料の残量を計測する燃料計が配置されていることが好ましい。この態様によれば、液体燃料タンクに取付けられた燃料計によって該液体燃料タンクに貯留された液体燃料の残量を把握できるので、各住戸に取付けられた液体燃料タンクに一定量の液体燃料を貯留し続けることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料電池発電装置の運転停止時に、共同設備の窒素ガスホルダーから、燃料電池本体及び改質装置に窒素ガスを供給できるので、燃料電池本体及び改質装置に滞留している改質ガス等を窒素ガスでパージでき、燃料電池本体の触媒や改質装置内の改質触媒等の性能劣化を防止できる。
【００２２】
そして、窒素ガス発生源と窒素ガスホルダーとを共同設備とすることで、各住戸におけるこれらの装置の設置面積や減圧弁等の付帯設備の点数を削減でき、燃料電池発電装置の設置スペースや装置コストを低減できる。更には、窒素ガスの消費状況を一元管理できるので、窒素ボンベ等の交換・補充作業を容易に行え、窒素ボンベ等の交換・補充作業に要する時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の燃料電池発電システムは、マンション、団地、アパート等の所定地域内や集合住宅内の各住戸に電力を供給する発電システムである。
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の燃料電池発電システムについて説明する。図１は、本発明の燃料電池発電システムの概略構成図の第１の実施形態である。
【００２５】
この実施形態の燃料電池発電システムは、各住戸に個別設備として配置された燃料電池発電装置１（図１では５個）と、各住戸の共同設備として配置された窒素ガス発生源２及び窒素ガスホルダー３とで主に構成されている。
【００２６】
窒素ガス発生源２からは配管Ｌ１が伸びて窒素ガスホルダー３と接続しており、窒素ガス発生源２から供給される窒素ガスを窒素ガスホルダー３で貯留するように構成されている。
【００２７】
窒素ガスホルダー３からは配管Ｌ２が伸び、途中で複数本（図１では５本）に分岐して、各住戸の燃料電池発電装置１に接続している。この配管Ｌ２の分岐部Ｌ２ａには、途中にパージガス遮断弁４がそれぞれ配置されている。
【００２８】
本発明において、燃料電池発電装置１としては、原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質装置と、改質ガス中の水素を燃料として発電を行い、起電力を得る燃料電池本体とを備えたものを用いる。改質装置を個別設備として備えた燃料電池発電装置を用いることで、燃料電池本体へ改質ガスを供給するための配管設備を短くすることができ、その結果、改質ガスの供給時に圧力損失が生じにくくなり、改質ガスを安定供給できる。更には、改質ガスに含まれる水分が凝縮する前に需要先である燃料電池本体へ改質ガスを供給でき、配管内に凝縮水が滞留しにくくなる。
【００２９】
燃料電池発電装置１に用いる燃料電池本体としては、その種類に特に限定は無く、例えば固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等が挙げられる。
【００３０】
上記窒素ガス発生源２としては、特に限定は無いが、例えば圧力スイング吸着（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法を利用した窒素ＰＳＡ装置、窒素ボンベ、窒素タンク等が挙げられる。なかでも、安価で、純度が高く、更には充填作業が容易であるという点から、液体窒素タンクを用いることが好ましい。
【００３１】
本発明の燃料電池発電システムでは、各住戸に取付けられた燃料電池発電装置１は、各々の住戸の電力需要量に応じて起動・停止が繰り返される。
【００３２】
燃料電池発電装置１の起動中は、パージガス遮断弁４を閉とし、改質装置から生成される改質ガスと、空気とを燃料電池本体に供給して、電極反応により電力を得る。
【００３３】
一方、夜間等、電力の需要量が低下し、燃料電池発電装置１を停止させる必要が生じた時には、燃料電池発電装置１の稼動を停止させると共に、パージガス遮断弁４を開とし、窒素ガスを窒素ガスホルダー３から、燃料電池発電装置１へと供給させる。燃料電池発電装置１に供給された窒素ガスは、燃料電池発電装置１内の燃料電池本体及び改質装置を流通し、内部に滞留している水蒸気や改質ガスがパージされる。そして、所定時間経過して燃料電池発電装置１に滞留している水蒸気や改質ガスがパージされた後、パージガス遮断弁４を閉とし、窒素ガスの供給を停止させる。
【００３４】
このように、本発明の燃料電池発電システムによれば、燃料電池発電装置を停止する際、内部に滞留している水蒸気や改質ガスを窒素ガスでパージするので、燃料電池発電装置１の起動・停止を繰り返したとしても、燃料電池本体の触媒や改質装置内の改質触媒等が性能劣化しにくく、また、有害物質の発生のおそれもない。
【００３５】
窒素ガス発生源２と窒素ガスホルダー３とを共同設備とするので、各住戸において、これらの装置の設置面積や減圧弁等の付帯設備の点数を削減でき、燃料電池発電装置１の設置スペースや装置コストを低減できる。更には、パージガスである窒素ガスの消費状況を一元管理できるので、窒素ガスの補充・充填作業を一括で行え、窒素ガスの交換・補充作業に要する時間や手間を短縮できる。
【００３６】
図２に、本発明の燃料電池発電システムの第２の実施形態の概略構成図を示す。なお、以下の実施形態の説明においては、前記実施形態と同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。
【００３７】
この実施形態の燃料電池発電システムは、（１）個別設備として、各住戸が燃料電池発電装置１の改質装置へ供給するための液体燃料を一時的に貯留する液体燃料タンク５を更に備えている点、（２）共同設備として、上記液体燃料タンク５へ供給するための液体燃料を貯留する液体燃料貯留槽６を更に備えている点が、上記第１の実施形態との相違点である。
【００３８】
液体燃料貯留槽６の気相部、すなわち、液体燃料貯留槽６の上側部もしくは上壁部は、窒素ガスホルダー３から伸びた配管Ｌ３と接続しており、液体燃料貯留槽６の内圧を窒素ガスで加圧できるように構成されている。この配管Ｌ３には、途中に弁７が配置されている。
【００３９】
液体燃料貯留槽６の液相部、すなわち、液体燃料貯留槽６の下側部もしくは底部からは、配管Ｌ４が伸び、途中で複数本（図２では５本）に分岐して各住戸の液体燃料タンク５に接続している。この配管Ｌ４の分岐部Ｌ４ａには、途中に燃料遮断弁８がそれぞれ配置されている。
【００４０】
液体燃料タンク５は、燃料電池発電装置１内の改質装置と接続している。また、液体燃料タンク５には燃料計９が取り付けられており、燃料計９の測定値に基づいて図示しない制御手段により、燃料遮断弁８を開閉できるように構成されている。
【００４１】
この実施形態の燃料電池発電システムでは、燃料電池発電装置１の起動中、各住戸において、液体燃料タンク５から液体燃料を燃料電池発電装置１内の改質装置へ供給して改質反応させ、得られた改質ガスと空気とを燃料電池本体に供給して、電極反応により電力を得る。
【００４２】
液体燃料タンク５では、貯留している液体燃料の残量を燃料計９で計測し、所定残量を下回った時点で、燃料遮断弁８を開とし、共同設備である液体燃料貯留槽６から、個別設備である液体燃料タンク５へ液体燃料を供給させる。
【００４３】
この時、液体燃料タンク５へ液体燃料を供給するに先立ち、液体燃料貯留槽６の内圧が所定の圧力に達するまで、窒素ガスホルダー３から液体燃料貯留槽６の気相部へ窒素ガスを供給して昇圧させる。なお、液体燃料貯留槽６の内圧を目的とする所定の圧力にまで昇圧させるタイミングは、特に限定は無く、燃料遮断弁８を開とする時点で目的とする圧力まで昇圧されていればよい。また、液体燃料貯留槽６を窒素ガスで加圧した際、内部に貯留された液体燃料の一部が気化することがあるので、気化した液体燃料の窒素ガスホルダー３への流入を防止するため、液体燃料貯留槽６の内圧を所定値まで加圧した後、弁７は速やかに閉とすることが好ましい。
【００４４】
そして、夜間等、電力の需要量が低下し、燃料電池発電装置１を停止させる必要が生じた時、上記第１の実施形態と同様にして、燃料電池発電装置１の稼動を停止させると共に、パージガス遮断弁４を開とし、窒素ガスを共同設備の窒素ガスホルダー３から、燃料電池発電装置１へと供給させる。
【００４５】
この実施形態によれば、液体燃料貯留槽６の内圧は、窒素ガスホルダー３からの窒素ガスによって加圧されているので、燃料遮断弁８を開とすることで、液体燃料貯留槽６内の自圧によって液体燃料が押出されて、個別設備である液体燃料タンク５へ液体燃料を安定かつ速やかに供給できる。このため、液体燃料タンク５はより小型なものを用いることができ、燃料電池発電装置１の設置スペースをより低減できる。そして、液体燃料は、共同設備である液体燃料貯留槽６で一元管理するので、液体燃料の残量確認や補充作業等に要する手間や時間を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の燃料電池発電システムの第２の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：燃料電池発電装置
２：窒素ガス発生源
３：窒素ガスホルダー
４：パージガス遮断弁
５：液体燃料タンク
６：液体燃料貯留槽
７：弁
８：燃料遮断弁
９：燃料計
【図１】
2008091286.tif 000003
【図２】
2008091286.tif 000004