(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料源から供給される燃料を消費装置に送る送給路と、
前記燃料から得られる予備燃料を保持し、前記予備燃料から得られる非常時燃料を前記消費装置に供給可能な燃料保持部と、
前記燃料源からの前記燃料の供給状態の異常の有無を検知する検知部と、
前記検知部が前記供給状態の異常を検知した場合に、前記燃料保持部から前記非常時燃料を前記消費装置に送る異常時モードを行い、前記検知部が前記供給状態の異常の解消を検知した場合に、前記燃料保持部に前記燃料を自動で供給して前記予備燃料を再び保持させながら又は保持させた後に、前記燃料源から前記送給路を介して前記燃料を前記消費装置に送って通常運転に復帰させる復帰モードを行う制御部と、
を備えた燃料供給システム。
【請求項２】
前記消費装置は、給湯器、ボイラ、加熱機、乾燥機、エンジン発電機、ガスタービン発電機又は燃料電池発電システムのうち少なくとも何れかを含む、
請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記燃料は都市ガス、ＬＰガス、バイオガス、ガス化ガス、水素ガス、灯油、軽油又はガソリンの何れかである、請求項１又は請求項２に記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記燃料保持部には、前記燃料源から供給される燃料が前記予備燃料として保持される、請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項５】
前記燃料を前記燃料と成分が異なる前記予備燃料へ変換する変換手段を備え、
前記燃料保持部には、
前記変換手段から前記予備燃料が供給される供給管と、
前記消費装置へ前記非常時燃料が排出される排出管と、が接続されている、
請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項６】
一端が前記送給路の上流側に接続され、他端が前記送給路の下流側に接続され、前記送給路と開閉弁で区画されたバイパスを備え、
前記燃料保持部は、前記バイパスに設けられている、請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項７】
前記燃料保持部は、前記送給路に設けられている、請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項８】
前記燃料保持部には気体の予備燃料を吸着する吸着体又は吸収する吸収体が設けられている、請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項９】
前記燃料保持部は、前記燃料を液体の予備燃料に変換する液化装置を備えている、請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項１０】
前記液化装置では前記液体の予備燃料としてエタノール又はメタノールが生成される、請求項９に記載の燃料供給システム。
【請求項１１】
前記消費装置では前記燃料としてメタンを消費し、
前記液化装置では前記燃料としてのメタン及び水から前記エタノール又はメタノールを生成する、請求項１０に記載の燃料供給システム。
【請求項１２】
前記水は前記消費装置で生成される余剰水を含む、請求項１１に記載の燃料供給システム。
【請求項１３】
前記液化装置では前記メタン、前記水及び前記消費装置で生成される二酸化炭素から前記エタノール又はメタノールを生成する、請求項１１又は１２に記載の燃料供給システム。
【請求項１４】
前記液化装置では前記燃料と酸素から前記液体の予備燃料として前記エタノール又はメタノールが生成される、請求項１０に記載の燃料供給システム。
【請求項１５】
前記液体の予備燃料を気体の前記非常時燃料に変換して前記消費装置へ供給する気化装置を備えている、請求項９〜１４の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項１６】
前記気化装置では気体の前記非常時燃料としてメタンが生成される、請求項１５に記載の燃料供給システム。
【請求項１７】
前記燃料保持部は前記予備燃料として水素を保持する、請求項１〜８の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項１８】
前記燃料保持部には吸蔵合金が設けられている、請求項１７に記載の燃料供給システム。
【請求項１９】
前記燃料から前記水素を生成する改質器を備えている、請求項１７又は１８に記載の燃料供給システム。
【請求項２０】
前記改質器は前記消費装置で生成される余剰水から前記水素を生成する、請求項１９に記載の燃料供給システム。
【請求項２１】
前記燃料保持部を加熱又は冷却する温度調整装置を備え、
前記制御部は前記温度調整装置を制御する、請求項１〜８の何れか１項に記載の燃料供給システム。
【請求項２２】
消費装置としての燃料電池と、
請求項１〜２１の何れか１項に記載の燃料電池システムと、
を備えた発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給システム及び発電システムに関するもので、特に燃焼器や発電機などの燃料を消費する消費装置への燃料供給が遮断した際に運転を継続するための予備燃料の供給システム及び発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を消費する消費装置において、非常時に燃料の供給が遮断された際、予備燃料を供給するシステムがある。例えば下記特許文献１には、平常時に都市ガスを消費する燃料電池に対して、非常時に貯蔵タンクからメタノールを供給する液体燃料切替型燃料電池発電システムが記載されている。また、下記特許文献２には、平常時に都市ガスを消費する燃料電池に対し、非常時に液化プロパンガスボンベから液化プロパンガスを供給する燃料電池発電設備が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２２２５６号公報
【特許文献２】特開平８−２３６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１又は上記特許文献２に記載された燃料電池では、予備燃料を使い切った後、次の非常時に備えるためには、予備燃料を使い切った貯蔵タンク又は液化プロパンガスボンベを引き取り、予備燃料が充填された貯蔵タンク又は液化プロパンガスボンベを持ち込んで交換接続する作業が必要となる。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、燃料を消費する消費装置への予備燃料の再充填を自動化し、予備燃料交換の作業を不要にできる燃料供給システム及び発電システムを提供することを目的とする。
【０００６】
請求項１の燃料供給システムは、燃料源から供給される燃料を消費装置に送る送給路と、前記燃料から得られる予備燃料を保持し、前記予備燃料から得られる非常時燃料を前記消費装置に供給可能な燃料保持部と、前記燃料源からの前記燃料の供給状態の異常の有無を検知する検知部と、前記検知部が前記供給状態の異常を検知した場合に、前記燃料保持部から前記非常時燃料を前記消費装置に送る異常時モードを行い、前記検知部が前記供給状態の異常の解消を検知した場合に、前記燃料保持部に前記燃料を自動で供給して前記予備燃料を再び保持させながら又は保持させた後に、前記燃料源から前記送給路を介して前記燃料を前記消費装置に送って通常運転に復帰させる復帰モードを行う制御部と、を備えている。
【０００７】
請求項１に係る燃料供給システムでは、燃料源からの燃料の供給状態が異常となった場合に、予備燃料から得られる非常時燃料が消費装置へ供給される。これにより、消費装置の自立運転を行える。また、異常が解消された場合に、燃料保持部へ燃料が供給され、予備燃料が保持される。これにより予備燃料の再充填を自動化し、予備燃料交換の作業を不要にできる。
【０００８】
請求項２の燃料供給システムは、請求項１の燃料供給システムにおいて、前記消費装置は、給湯器、ボイラ、加熱機、乾燥機、エンジン発電機、ガスタービン発電機又は燃料電池発電システムのうち少なくとも何れかを含む。
【０００９】
請求項２に係る燃料供給システムでは、消費装置は給湯器、ボイラ、加熱機、乾燥機、エンジン発電機、ガスタービン発電機または燃料電池発電システムのうち少なくとも何れかを含んでいる。これらの消費装置に燃料保持部から非常時燃料が供給される。また、燃料源からの燃料供給が健全化又は復帰すれば、燃料保持部への予備燃料が自動で再充填される。これにより、停電や災害等による道路や輸送車の損壊等によって物流機能が低下し、人為的な非常用燃料の再充填が困難な状況が長期化しても、燃料供給システムを早期に自動で復旧できる。すなわち、作業員等が燃料容器の交換や再充填作業のために現地に行くことなく、消費装置の長期継続利用や災害等の再発に備えた非常用燃料の自動再充填が可能となる。
【００１０】
請求項３の燃料供給システムは、請求項１又は２の燃料供給システムにおいて、前記燃料は都市ガス、ＬＰガス、バイオガス、ガス化ガス、水素ガス、灯油、軽油又はガソリンの何れかである。
【００１１】
請求項３に係る燃料供給システムでは、燃料が、都市ガス、ＬＰガス、バイオガス、ガス化ガス、水素ガス、灯油、軽油又はガソリンの何れか、すなわち、消費装置の燃料として汎用的に利用される燃料とされている。このため、汎用的でない燃料を用いる場合と比較して、本発明に係る燃料供給システムを広範に利用できる。
【００１２】
請求項４の燃料供給システムは、請求項１〜３の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部には、前記燃料源から供給される燃料が前記予備燃料として保持される。
【００１３】
請求項４に係る燃料供給システムでは、燃料をそのまま予備燃料とできるため、燃料と成分が異なる予備燃料へ変換するための変換手段を必要としない。このためシステムの構成を簡略化できる。
【００１４】
請求項５の燃料供給システムは、請求項１〜４の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料を前記燃料と成分が異なる前記予備燃料へ変換する変換手段を備え、前記燃料保持部には、前記変換手段から前記予備燃料が供給される供給管と、前記消費装置へ前記非常時燃料が排出される排出管と、が接続されている。
【００１５】
請求項５に係る燃料供給システムでは、燃料保持部には、燃料と成分が異なる予備燃料が保持される。これにより、燃料保持部又は消費装置の種類に応じた予備燃料を保持できる。
【００１６】
請求項６の燃料供給システムは、請求項１〜５の何れか１項の燃料供給システムにおいて、一端が前記送給路の上流側に接続され、他端が前記送給路の下流側に接続され、前記送給路と開閉弁で区画されたバイパスを備え、前記燃料保持部は、前記バイパスに設けられている。
【００１７】
請求項６に係る燃料供給システムでは、燃料を予備燃料として保持及び供給できる。また、バイパスは送給路と開閉弁で区画されているため、送給路と異なる圧力下で管理できる。このためバイパスだけを昇圧できる。バイパスを昇圧すれば、昇圧しない場合と比較して少ない体積で予備燃料の保持量を多くできる。
【００１８】
請求項７の燃料供給システムは、請求項１〜５の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部は、前記送給路に設けられている。
【００１９】
請求項７に係る燃料供給システムでは、送給路に燃料保持部が設けられているため、バイパスを設ける構成と比較してシステムの構成を簡易にできる。
【００２０】
請求項８の燃料供給システムは、請求項１〜７の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部には気体の予備燃料を吸着する吸着体又は吸着する吸収体が設けられている。
【００２１】
請求項８に係る燃料供給システムでは、燃料保持部に気体の予備燃料を吸着する吸着体又は吸収する吸収体が設けられている。このため、吸着体又は吸収体を設けずガスタンクに気体の予備燃料を保持する場合と比較して、予備燃料の保持量を増やすことができる。
【００２２】
請求項９の燃料供給システムは、請求項１〜７の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部は、前記燃料を液体の予備燃料に変換する液化装置を備えている。
【００２３】
請求項９に係る燃料供給システムでは、燃料を液化装置によって液体の予備燃料に変換する。これにより、気体の予備燃料を保持する場合と比較してエネルギー貯蔵密度が高い。
【００２４】
請求項１０の燃料供給システムは、請求項９の燃料供給システムにおいて、前記液化装置では前記液体の予備燃料としてエタノール又はメタノールが生成される。
【００２５】
請求項１０に係る燃料供給システムでは、燃料保持部には予備燃料としてエタノール又はメタノールが保持される。これにより液体の予備燃料を常温で保持できる。
【００２６】
請求項１１の燃料供給システムは、請求項１０の燃料供給システムにおいて、前記消費装置では前記燃料としてメタンを消費し、前記液化装置では前記燃料としてのメタン及び水から前記エタノール又はメタノールを生成する。
【００２７】
請求項１１に係る燃料供給システムでは、燃料としてのメタン及び水から予備燃料としてエタノール又はメタノールを生成できる。すなわち、メタンと水とを反応させるだけでエタノール又はメタノールを生成できる。
【００２８】
請求項１２の燃料供給システムは、請求項１１の燃料供給システムにおいて、前記水は前記消費装置で生成される余剰水を含む。
【００２９】
請求項１２に係る燃料供給システムでは、メタンと反応させてエタノール又はメタノールを生成する水として消費装置で生成される余剰水を使用する。このため、他の水供給源からの水の供給量を少なくできる。
【００３０】
請求項１３の燃料供給システムは、請求項１１又は１２の燃料供給システムにおいて、前記液化装置では前記メタン、前記水及び前記消費装置で生成される二酸化炭素から前記エタノール又はメタノールを生成する。
【００３１】
請求項１３に係る燃料供給システムでは、水だけでなく二酸化炭素とメタンとを反応させてエタノール又はメタノールを生成する。これにより、水だけをメタンと反応させる場合と比較して多くのエタノール又はメタノールを生成できる。また、二酸化炭素として消費装置で生成される二酸化炭素を使用する。このため、他の二酸化炭素供給源からの二酸化炭素の供給量を少なくできる。
【００３２】
請求項１４の燃料供給システムは、請求項１０の燃料供給システムにおいて、前記液化装置では前記燃料と酸素から前記液体の予備燃料として前記エタノール又はメタノールが生成される。
【００３３】
請求項１４に係る燃料供給システムでは、酸素を用いてエタノール又はメタノールを生成する。これにより水とメタンの反応では副生物として水素が生じるのに対し、酸素を用いることで水素のような余剰生成物を生じることなくエタノール又はメタノールを合成できる。
【００３４】
請求項１５の燃料供給システムは、請求項９〜１４の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記液体の予備燃料を気体の前記非常時燃料に変換して前記消費装置へ供給する気化装置を備えている。
【００３５】
請求項１５に係る燃料供給システムでは、液体の予備燃料を気体の非常時燃料に変換して消費装置へ供給する。このため、消費装置に液体の非常時燃料からエネルギーを生成する構成を形成しなくてもよい。
【００３６】
請求項１６の燃料供給システムは、請求項１５の燃料供給システムにおいて、前記気化装置では気体の前記非常時燃料としてメタンが生成される。
【００３７】
請求項１６に係る燃料供給システムでは、液体の予備燃料からメタンが生成され、このメタンが非常時燃料として消費装置に供給される。このためメタン以外の非常時燃料を生成する場合と比較して気化装置の構成を簡易にできる。
【００３８】
請求項１７の燃料供給システムは、請求項１〜８の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部は前記予備燃料として水素を保持する。
【００３９】
請求項１７に係る燃料供給システムでは、予備燃料として水素を保持する。これにより、高い重量密度でエネルギーを貯蔵できる。また、再生可能エネルギー起源の余剰電力を利用して生成された水素を貯蔵した場合、エネルギー変換時に二酸化炭素排出を伴わない燃料が予備燃料として保持される。すなわち、非常時にも二酸化炭素排出のないクリーンな燃料でのエネルギー利用が可能となる。
【００４０】
請求項１８の燃料供給システムは、請求項１７の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部には吸蔵合金が設けられている。
【００４１】
請求項１８に係る燃料供給システムでは、水素が吸蔵合金に吸着される。このため、吸蔵合金を設けない場合と比較して、水素の取り扱いが容易であるとともに、限られた容積の中に、より多量の水素を充填することが可能となる。
【００４２】
請求項１９の燃料供給システムは、請求項１７又は１８の燃料供給システムにおいて、前記燃料から前記水素を生成する改質器を備えている。
【００４３】
請求項１９に係る燃料供給システムでは、改質後の水素を予備燃料として燃料保持部に保持する。このため、燃料が水素の場合と比較して、燃料の取り扱いが容易である。
【００４４】
請求項２０の燃料供給システムは、請求項１９の燃料供給システムにおいて、前記改質器は前記消費装置で生成される余剰水から前記水素を生成する。
【００４５】
請求項２０に係る燃料供給システムでは、消費装置で生成される余剰水から前記水素を生成する。このため、他の水供給源からの水の供給量を少なくできる。
【００４６】
請求項２１の燃料供給システムは、請求項１〜８の何れか１項の燃料供給システムにおいて、前記燃料保持部を加熱又は冷却する温度調整装置を備え、前記制御部は前記温度調整装置を制御する。
【００４７】
請求項２１に係る燃料供給システムでは、温度調整装置によって燃料保持部が加熱又は冷却される。燃料保持部を加熱又は冷却することで、予備燃料の保持量及び非常時燃料の吐出量を多くすることができる。
【００４８】
請求項２２に係る発電システムは、消費装置としての燃料電池と、請求項１〜２１の何れか１項に記載の燃料電池システムと、を備えている。
【００４９】
請求項２２に係る発電システムでは、燃料源からの燃料の供給状態が異常となった場合に、予備燃料から得られる非常時燃料が燃料電池へ供給される。また、異常が解消された場合に、燃料保持部へ燃料が供給され、予備燃料が保持される。これにより予備燃料の再充填を自動化できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明に係る燃料供給システム及び発電システムによると、燃料を消費する消費装置への予備燃料の再充填を自動化し、予備燃料交換の作業を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における燃料供給システムの電気的な構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における燃料供給システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態における燃料供給システムの作用を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態における燃料供給システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態における燃料供給システムの作用を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図９Ａ】本発明の第３実施形態における燃料供給システムの電気的な構成の一例を示すブロック図である。
【図９Ｂ】本発明の第３実施形態における燃料供給システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における燃料供給システムにおいて燃料電池システムの余剰水を利用する変形例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５実施形態における燃料供給システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５実施形態における燃料供給システムにおいて気化装置を省略した変形例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第５実施形態における燃料供給システムにおいて燃料電池システムの余剰水を利用する変形例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第６実施形態における燃料供給システム及び発電システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第６実施形態における燃料供給システムの機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第６実施形態における燃料供給システムにおいて改質器へ水及び二酸化炭素を供給する変形例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第６実施形態における燃料供給システムにおいて改質器へ酸素を供給する変形例を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第６実施形態における燃料供給システムにおいて燃料電池システムの余剰水を利用する変形例を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第６実施形態における燃料供給システムにおいて燃料電池システムの余剰水及び燃料電池システムから排出された二酸化炭素を利用する変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態に係る燃料供給システムについて、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する、又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。
【００５３】
まず、本明細書の記載内容の概略について説明する。詳しくは後述するが、本発明は、燃料源から供給される燃料を消費する消費装置に、非常用燃料を供給するための燃料供給システムに関する。非常用燃料は、燃料保持部に保持された予備燃料から得られる燃料である。
【００５４】
以下に詳述する第１実施形態及び第２実施形態は、燃料保持部に予備燃料として「都市ガス」を保持する実施形態である。また、第３実施形態及び第４実施形態は、燃料保持部に予備燃料として「水素」を保持する実施形態である。さらに、第５実施形態及び第６実施形態は、燃料保持部に予備燃料として「メタノール」を保持する実施形態である。なお、各実施形態において共通する構成及び作用については、適宜説明を省略する。
【００５５】
［第１実施形態］
＜燃料供給システム＞
図１に示す燃料供給システム８０は、消費装置としての燃料電池システム（燃料電池発電システム）１００へ燃料を供給するシステムである。燃料供給システム８０と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１０と称す。
【００５６】
燃料供給システム８０は、燃料源から供給される燃料を燃料電池システム１００に送る送給路２０と、燃料から得られる予備燃料を保持し、予備燃料から得られる非常時燃料を消費装置に供給可能な燃料保持部４０Ａと、検知部１１Ａ及び制御部１１Ｂを備えた燃料供給装置１０と、を備えている。本実施形態において「燃料」は都市ガスとされており、「燃料源」は地中に埋設されたガス管である。都市ガスは、メタンを主成分とする燃料である。
【００５７】
（送給路、バイパス）
送給路２０は、燃料源と燃料電池システム１００とを連結する燃料供給路である。送給路２０には、第１開閉弁３２が設けられている。また、送給路２０において第１開閉弁３２の上流側には、圧力計Ｐ１が設けられている。圧力計Ｐ１は、一例としてガスメータである。
【００５８】
送給路２０にはバイパス２２が接続されている。バイパス２２は、一端が送給路２０の上流側に接続され、他端が送給路２０の下流側に接続されている。具体的には、バイパス２２は、一端が送給路２０における第１開閉弁３２より上流側かつ圧力計Ｐ１より下流側に接続され、他端が送給路２０における第１開閉弁３２より下流側に接続されている。
【００５９】
バイパス２２の上流側と下流側には、それぞれ第２開閉弁３４及び第３開閉弁３６が設けられている。これにより、バイパス２２は、送給路２０と区画されている。
【００６０】
なお、本明細書においては、特に断りのない限り「上流側」とは燃料源に近い側を指し、「下流側」とは燃料電池システム１００に近い側を指す。また、第１開閉弁３２、第２開閉弁３４及び第３開閉弁３６を総称して「開閉弁３０」と称す場合がある。
【００６１】
（燃料保持部）
燃料保持部４０Ａは、バイパス２２に設けられた予備燃料保持機構である。燃料保持部４０Ａは、バイパス２２において第２開閉弁３４の下流側、かつ、第３開閉弁３６の上流側に設けられている。
【００６２】
燃料保持部４０Ａは、タンク４２と、昇圧ブロア４４と、減圧弁４６と、圧力計Ｐ２と、を備えて構成されている。タンク４２には、燃料源から供給される燃料（本実施形態においては都市ガス）が予備燃料として保持される。具体的には、タンク４２には吸着体４２Ａが充填されており、都市ガスはこの吸着体４２Ａに保持される。
【００６３】
以下の説明においては、「都市ガスが吸着体４２Ａに保持されている」ことを、「都市ガスがタンク４２に保持されている」と称す場合がある。
【００６４】
なお、本実施形態において吸着体４２Ａは活性炭とされている。活性炭は、常温の高圧環境において、低圧環境（例えば送給路２０の管内環境）より多くの気体燃料を保持することができる。このため、タンク４２の上流側には昇圧ブロア４４が設けられている。送給路２０から供給された都市ガスは、昇圧ブロア４４によって昇圧されてからタンク４２へ供給される。
【００６５】
一方、タンク４２の下流側には減圧弁４６が設けられている。減圧弁は、高圧の都市ガスを減圧して送給路２０へ供給する。圧力計Ｐ２は、昇圧ブロア４４の下流側、かつ、タンク４２の上流側に設けられている。
【００６６】
なお、燃料保持部４０Ａは、タンク４２に充填された吸着体を加熱又は冷却する温度調整装置４２Ｂを備えるものとしてもよい。
【００６７】
吸着体として活性炭を用いた場合、吸着は発熱反応となるため、温度上昇に伴って吸着可能量が減少する。このため、都市ガスを保持している状態（後述する「平常モード」時）においては、環境温度に応じて適宜タンク４２を冷却して、活性炭が所定量の都市ガスを吸着した状態を維持することが好ましい。一方、非常時に都市ガスを非常時燃料として供給する場合（後述する「非常時モード時」）は、タンク４２を加熱して、活性炭からの都市ガスの放出を促進させることが好ましい。
【００６８】
なお、温度調整装置４２Ｂの加熱機構としては、ヒーターを用いてもよいし、燃料電池システム１００の排熱を用いてもよい。非常時に都市ガスを非常時燃料として供給する際、吸着体として活性炭を用いた場合は、例えば常温(２５℃)〜６００℃の間とすることが好ましく、２００℃〜６００℃の間とすることがさらに好ましい。
【００６９】
（燃料供給装置の電気的な構成）
図２には、燃料供給装置１０の電気的な構成を示すブロック図が示されている。燃料供給装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：プロセッサ）１１、一時記憶領域としてのメモリ１２、不揮発性の記憶部１３、キーボードとマウス等の入力部１４、液晶ディスプレイ等の表示部１５、媒体読み書き装置（Ｒ／Ｗ）１６及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１８を備えている。ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶部１３、入力部１４、表示部１５、媒体読み書き装置１６及び通信Ｉ／Ｆ部１８はバスＢ１を介して互いに接続されている。媒体読み書き装置１６は、記録媒体１７に書き込まれている情報の読み出し及び記録媒体１７への情報の書き込みを行う。
【００７０】
記憶部１３はＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等によって実現される。記憶媒体としての記憶部１３には、燃料供給プログラム１３Ａ及び基本情報データベース１３Ｂが記憶されている。
【００７１】
燃料供給プログラム１３Ａは、燃料供給プログラム１３Ａが書き込まれた記録媒体１７が媒体読み書き装置１６にセットされ、媒体読み書き装置１６が記録媒体１７からの燃料供給プログラム１３Ａの読み出しを行うことで、記憶部１３へ記憶される。ＣＰＵ１１は、燃料供給プログラム１３Ａを記憶部１３から読み出してメモリ１２に展開し、燃料供給プログラム１３Ａが有するプロセスを順次実行する。
【００７２】
基本情報データベース１３Ｂには、検知部１１Ａが検知する情報を異常か否か判定するための情報及び異常が解消されたか否かを判定するための情報が「基本情報」として記憶されている。
【００７３】
入力部１４では、ユーザによって、燃料供給プログラム１３Ａを開始及び終了するための操作が実行される。ユーザとは、一例として、燃料供給システム８０の管理者である。
【００７４】
表示部１５には、燃料供給プログラム１３Ａを開始及び終了するための情報（例えば入力ボタン）が表示される。なお、ユーザが燃料供給プログラム１３Ａの開始及び終了に関与しない場合（例えば、システムの稼働開始と同時に燃料供給プログラム１３Ａが自動的に実行され、システムの稼働停止と同時に燃料供給プログラム１３Ａが自動的に停止される場合等）は、入力部１４及び表示部１５を省略することができる。
【００７５】
（燃料供給装置の機能的な構成）
次に、図３を参照して、本実施形態に係る燃料供給装置１０の機能的な構成について説明する。この図に示すように、燃料供給装置１０は、検知部１１Ａ及び制御部１１Ｂを含んで構成されている。燃料供給装置１０のＣＰＵ１１は燃料供給プログラム１３Ａを実行することで検知部１１Ａ、制御部１１Ｂとして機能する。
【００７６】
検知部１１Ａは、燃料源からの燃料の供給状態の異常の有無を検知する。具体的には、検知部１１Ａに、送給路２０に設けられた圧力計Ｐ１が測定した圧力が伝達される。これにより検知部１１Ａは、燃料の供給状態の異常の有無を検知できる。換言すると、検知部１１Ａは、燃料の供給状態が異常か否かを判定できる。また、燃料の供給状態の異常の解消を検知できる。すなわち、燃料の供給状態の異常が解消されたか否かを判定できる。
【００７７】
ここで、「燃料の供給状態が異常」な場合とは、都市ガスの供給圧力が所定の圧力を下回った場合をはじめ、単位時間当たりの都市ガス供給量が所定値以下である場合や、単位時間当たりの都市ガス供給量が減少傾向にある場合や、単位時間当たりの都市ガス供給量が不安定である場合等を含む。
【００７８】
一方、「燃料の供給状態の異常が解消された」場合とは、単位時間当たりの都市ガス供給量が所定値以上で、かつ、減少傾向や増加傾向がなく安定している（所定の閾値の範囲内である）場合を指す。
【００７９】
さらに、検知部１１Ａは、タンク４２における予備燃料の保持状態を検知する。具体的には、検知部１１Ａに、バイパス２２に設けられた圧力計Ｐ２が測定した圧力が伝達される。これにより、検知部１１Ａには、タンク４２に所定量の都市ガスが補充されたか否かを判定できる。
【００８０】
ここで、「所定量の予備燃料が補充された」状態とは、圧力計Ｐ２が測定した圧力が所定値以上となった場合を指す。つまり、タンク４２に充填された吸着材の都市ガス吸着量が飽和状態となり、圧力が高止まりした状態を指す。
【００８１】
上述した基本情報データベースには、一例として、これらの「所定値」及び「所定の閾値の範囲」が「基本情報」として記憶されている。なお、単位時間当たりの都市ガス供給量は、流量計を用いて測定することもできるが、本実施形態においては圧力計Ｐ１を用いて測定される。
【００８２】
制御部１１Ｂは、検知部１１Ａが燃料の供給状態の異常を検知した場合に、燃料保持部４０Ａから非常時燃料が消費装置としての燃料電池システム１００に送られる「異常時モード」を行う。また、制御部１１Ｂは、検知部１１Ａが燃料の供給状態の異常の解消を検知した場合に、燃料源から燃料保持部４０Ａに燃料を供給して予備燃料を保持させ、送給路２０から燃料が燃料電池システム１００に送られる「復帰モード」を行う。異常時及び復帰モードについては詳細を後述する。
【００８３】
＜燃料電池システム＞
ここで、本発明に係る燃料供給システム８０から燃料を供給されるシステムである燃料電池システム１００について、概略を説明する。燃料電池システム１００は、一例として図示しない気化器、改質器、燃料電池セルスタック、水タンク、燃焼器等を備えている。
【００８４】
気化器には、図示しない水供給管から水が供給される。気化器では、供給された水が気化される。
【００８５】
改質器には、気化器から水蒸気が供給される。また、都市ガスが供給される。改質器では、都市ガスを水蒸気改質して改質ガスが生成される。改質器において都市ガスに含まれるメタンを水蒸気改質させた場合、以下の（１）式の反応により一酸化炭素及び水素が生成される。
【００８６】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２  ・・・（１）
【００８７】
さらに、一酸化炭素をシフト改質させた場合、以下の（２）式の反応により水素及び二酸化炭素が生成される。
【００８８】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２  ・・・（２）
【００８９】
燃料電池セルスタックは例えば固体酸化物系の燃料電池セルスタックであり、電解質層、カソード及びアノードを備えて構成されている。カソードでは、以下の（３）式に示すように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通ってアノードに到達する。
【００９０】
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−  ・・・（３）
【００９１】
一方、アノードでは、以下の（４）式及び（５）式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが改質ガス中の燃料ガスである水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)、二酸化炭素及び電子が生成される。アノードで生成された電子がアノードから外部回路を通ってカソードに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。
【００９２】
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  ・・・(４)
【００９３】
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−  ・・・(５)
【００９４】
燃焼器は、燃料電池セルスタックのカソード及びアノードから供給された使用済みのガスを焼却に供する。燃焼後の排出ガスは、気化器における水の気化に供される。
【００９５】
水タンクには、燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水が蓄えられる。
【００９６】
＜作用＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係る燃料供給システム８０の作用を説明する。ユーザからの入力部１４を介した実行指示等に応じて、燃料供給装置１０のＣＰＵ１１（図２参照）が燃料供給プログラム１３Ａ（図２参照）を実行することにより、図４に示す燃料供給処理が実行される。
【００９７】
錯綜を避けるため、ここでは、基本情報データベース１３Ｂ（図２参照）が予め構築されている場合について説明する。また、燃料供給プログラム１３Ａは、燃料供給システム８０を「平常時モード」で稼働させた状態で開始されるものとする。本実施形態の平常時モードにおいては、タンク４２における予備燃料の保持量の飽和状態が維持されている。
【００９８】
平常時モードにおいては、第１開閉弁３２が開放され、第２開閉弁３４及び第３開閉弁３６が閉鎖されている。また、燃料源から送給路２０を介して、燃料電池システム１００へ都市ガスが供給されている。
【００９９】
燃料供給プログラム１３Ａの実行が開始されると、ステップ２００で、ＣＰＵ１１は、基本情報データベース１３Ｂに記憶されている基本情報を読み出す。
【０１００】
ステップ２０２で、検知部１１Ａは、送給路２０の圧力（圧力計Ｐ１が測定した圧力）を検知する。
【０１０１】
ステップ２０４で、検知部１１Ａは、都市ガスの供給状態が異常か否かを判定する。都市ガスの供給状態が異常と判定された場合は、ステップ２０６へ移行する。一方、ステップ２０４で否定判定となった場合はステップ２０２へ戻る。
【０１０２】
ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第３開閉弁３６を開放する。第１開閉弁３２は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。第２開閉弁３４は閉鎖した状態を維持する。
【０１０３】
開閉弁３０を切り替えたことにより、ステップ２０８で、タンク４２から非常時燃料としての都市ガスが燃料電池システム１００へ供給される。高圧の都市ガスは、減圧弁４６によって減圧される。
【０１０４】
なお、燃料保持部４０Ａに温度調整装置４２Ｂを設ける場合、ステップ２０８において、タンク４２を加熱することができる。これにより、都市ガスの吐出量を多くできる。
【０１０５】
ステップ２１０で、検知部１１Ａは、送給路２０の圧力（圧力計Ｐ１が測定した圧力）を検知する。
【０１０６】
ステップ２１２で、検知部１１Ａは、都市ガスの供給状態の異常が解消されたか否かを判定する。都市ガスの供給状態の異常が解消されたと判定された場合は、ステップ２１４へ移行する。一方、ステップ２０４で否定判定となった場合はステップ２０８へ戻る。
【０１０７】
ステップ２１４で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「復帰モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を開放する。第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。但し、復帰モードにおいて燃料電池システム１００への都市ガスの供給を継続するために、第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６の少なくとも一方を開放することが好ましい。
【０１０８】
開閉弁３０を切り替えたことにより、ステップ２１６で、燃料源から予備燃料としての都市ガスがタンク４２へ供給される。都市ガスは、昇圧ブロア４４によって昇圧された状態でタンク４２へ供給される。
【０１０９】
ステップ２１８で、検知部１１Ａは、タンク４２に所定量の予備燃料が補充されたか否かを判定する。タンク４２に所定量の予備燃料が補充されたと判定された場合は、ステップ２２０へ移行する。一方、ステップ２１８で否定判定となった場合はステップ２１６へ戻る。
【０１１０】
ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「平常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を閉鎖する。また、第３開閉弁３６が閉鎖されている場合は閉鎖状態を維持し、開放されている場合は閉鎖する。さらに、第１開閉弁３２が閉鎖されている場合は開放し、開放されている場合は開放状態を維持する。
【０１１１】
開閉弁３０を切り替えたことにより、ステップ２２２で、燃料源から燃料としての都市ガスが燃料電池システム１００へ供給される。なお、平常時モードにおいては、昇圧ブロア４４の駆動は停止される。
【０１１２】
なお、燃料保持部４０Ａに温度調整装置４２Ｂを設ける場合、ステップ２２２において、タンク４２を適宜冷却することができる。これにより、都市ガスの保持量を多くできる。
【０１１３】
ステップ２２４で、ＣＰＵ１１は、燃料供給処理の終了タイミングが到来したか否かを判定し、肯定判定となった場合は燃料供給処理を終了する。この終了タイミングは、一例として、ユーザが入力部１４を介して燃料供給処理の終了を入力することによって到来する。一方、ステップ２２４で否定判定となった場合は、ステップ２０２へ戻る。
【０１１４】
なお、「燃料供給処理の終了」とは、燃料供給システム８０が平常時モードの稼働を続け、送給路２０の圧力による非常時モードへの移行を行わない状態に移行する（燃料供給装置１０による制御を実行しないで燃料供給システム８０を稼働させる）ことを指す。
【０１１５】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料供給システム８０では、燃料源からの燃料（都市ガス）の供給状態が異常となった場合に、予備燃料から得られる非常時燃料が消費装置（燃料電池システム１００）へ供給される。また、異常が解消された場合に、燃料が燃料保持部４０Ａへ供給され、予備燃料が保持される。これにより予備燃料の再充填を省人化することができる。
【０１１６】
また、燃料供給システム８０では、消費装置は燃料電池（燃料電池システム１００）とされている。燃料電池（燃料電池システム１００）に非常時燃料を供給することより、燃料電池（燃料電池システム１００）の負荷（電力需要者）に蓄電池から非常時電力を供給する場合と比較して、少ない容積で大きな非常時エネルギーを取り出せる。
【０１１７】
また、燃料供給システム８０では、燃料として都市ガスを使用している。このため、燃料が自動的に復旧する。
【０１１８】
また、燃料供給システム８０では、燃料（都市ガス）をそのまま予備燃料とできるため、燃料と成分が異なる予備燃料へ変換するための変換手段を必要としない。このためシステムの構成を簡略化できる。
【０１１９】
また、燃料供給システム８０では、バイパス２２が送給路２０と開閉弁３０で区画されているため、バイパス２２を送給路２０と異なる圧力下で管理できる。このためバイパス２２だけを昇圧できる。バイパス２２を昇圧することにより、昇圧しない場合と比較して少ない体積で予備燃料（都市ガス）の保持量を多くできる。
【０１２０】
また、燃料供給システム８０では、燃料保持部４０Ａに気体の予備燃料（都市ガス）を吸着する吸着体４２Ａが設けられている。このため、吸着体４２Ａを設けずタンク４２に気体の予備燃料を保持する場合と比較して、予備燃料の保持量を増やすことができる。
【０１２１】
なお、吸着体４２Ａは、気体の予備燃料を物理的に吸着して保持する物質である。本実施形態においてはタンク４２に吸着体４２Ａを充填しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。
【０１２２】
例えばタンク４２には、吸着体４２Ａに代えて、吸収剤を充填してもよい。吸収剤は、気体の予備燃料を化学的に変成して保持する物質である。さらに、タンク４２には吸着体４２Ａ及び吸収剤の何れも充填しなくてもよい。すなわち、タンク４２には都市ガスのみを充填する構成としてもよい。
【０１２３】
また、本実施形態においては、消費装置として燃料電池システム１００を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。消費装置としては燃料電池に限らず、給湯器やボイラ、加熱機、乾燥機等の加熱機器や、エンジンやタービン等の発電機を用いてもよい。      
【０１２４】
［第２実施形態］
＜燃料供給システム＞
図５に示すように、第２実施形態に係る燃料供給システム８１においては、上述した燃料保持部４０Ａが送給路２０に設けられている。すなわち、燃料供給システム８１は、第１実施形態に係る燃料供給システム８０におけるバイパス２２を備えていない。また、図６の機能ブロック図にも示すように、燃料供給システム８１は、第２開閉弁３４及び第３開閉弁３６を備えていない。燃料供給システム８１と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１１と称す。
【０１２５】
＜作用＞
次に、本実施形態に係る燃料供給システム８１の作用を説明する。第１実施形態と同様に、本実施形態において燃料供給プログラム１３Ａは、燃料供給システム８０が「平常時モード」で稼働している状態で開始されるものとする。
【０１２６】
本実施形態の平常時モードにおいては、第１開閉弁３２が開放されている。また、燃料源から送給路２０及び送給路２０に設けられた燃料保持部４０Ａを介して、燃料電池システム１００へ都市ガスが供給されている。
【０１２７】
本実施形態の平常時モードにおいては、昇圧ブロア４４が駆動した状態が維持される。つまり都市ガスは、燃料保持部４０Ａの昇圧ブロア４４で昇圧されたあと、タンク４２に充填された吸着体４２Ａへ供給され続ける。これにより、吸着体４２Ａにおける都市ガスの保持量が飽和状態に維持される。そして吸着体４２Ａで保持できなかった都市ガスが、減圧弁４６で減圧されて燃料電池システム１００へ供給される。
【０１２８】
図７のフローチャートについて説明する以下の内容において、第１実施形態と共通する内容については適宜説明を省略し、第１実施形態と異なる内容を中心として説明する。
【０１２９】
本実施形態においては、ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を閉鎖する。第１開閉弁３２を閉鎖することにより、ステップ２０８で、タンク４２から非常時燃料としての都市ガスが燃料電池システム１００へ供給される。
【０１３０】
また、ステップ２１２で、都市ガスの供給状態の異常が解消されたと判定された場合は、ステップ２２０へ移行する。
【０１３１】
ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を切り替えて「平常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を開放する。これにより、ステップ２２２で、燃料源から予備燃料としての都市ガスがタンク４２へ供給される。また、燃料源から燃料としての都市ガスが燃料電池システム１００へ供給される。
【０１３２】
つまり、本実施形態においては、燃料源から供給された都市ガスの一部がタンク４２へ供給されて吸着体４２Ａに保持される。一方で、吸着体４２Ａに吸着されなかった残りの都市ガスが、燃料電池システム１００へ供給される。すなわち、本実施形態においては、「平常時モード」と「復帰モード」とが同時に行われる。
【０１３３】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料供給システム８１では、送給路２０に燃料保持部４０Ａが設けられているため、バイパス２２（図１参照）を設ける構成と比較してシステムの構成を簡易にできる。
【０１３４】
［第３実施形態］
＜燃料供給システム＞
図８に示すように、第３実施形態に係る燃料供給システム８２においては、第１実施形態に係る燃料供給システム８０の燃料保持部４０Ａ（図１参照）に代えて、燃料保持部４０Ｂが設けられている。また、図９Ａの電気ブロック図及び図９Ｂの機能ブロック図にも示すように、燃料供給システム８２は、水蒸気供給装置５４を備えている。燃料供給システム８２と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１２と称す。
【０１３５】
燃料保持部４０Ｂは、改質装置５０と、水素タンク５２と、昇圧ブロア４４と、減圧弁４６と、圧力計Ｐ２と、を備えて構成され、予備燃料として水素を保持する。
【０１３６】
改質装置５０は、燃料から水素を生成する。具体的には、改質装置５０は、都市ガスに含まれるメタンを水蒸気改質して水素を生成する。改質装置５０には、水供給源に接続された水供給管２４Ａから改質水が供給される。
【０１３７】
水供給管２４Ａにおいて、改質装置５０の上流側（水供給源と改質装置との間）には、水蒸気供給装置５４が設けられている。水蒸気供給装置５４は、一例として、水供給源からの改質水の供給量を制御する開閉弁と、改質水を気化させる気化器とを含んで構成されている。水供給源は、一例として地中に埋設された水道管である。
【０１３８】
なお、気化器は改質装置５０に配置してもよい。この場合、水蒸気供給装置５４には開閉弁のみを設ければよい。なお、これらの水蒸気供給装置５４に設ける気化器、改質装置５０に配置する気化器の熱源としては、燃料電池システム１００の排熱を用いることが好ましい。
【０１３９】
改質装置５０においては、上述の（１）式の反応により一酸化炭素及び水素が生成される。さらに、一酸化炭素をシフト改質させた場合、上述の（２）式の反応により水素及び二酸化炭素が生成される。
【０１４０】
あるいは、改質装置５０においては、以下の（６）式の反応により二酸化炭素及び水素が生成される。
【０１４１】
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  ・・・（６）
【０１４２】
改質装置５０で生成された水素は、水素タンク５２に供給される。水素タンク５２には、吸蔵合金５２Ａが充填されており、水素はこの吸蔵合金５２Ａに保持される。
【０１４３】
改質装置５０の上流側には昇圧ブロア４４が設けられている。送給路２０から供給された都市ガスは、昇圧ブロア４４によって昇圧されてから改質装置５０へ供給される。
【０１４４】
一方、水素タンク５２の下流側には減圧弁４６が設けられている。減圧弁は、高圧の水素を減圧して送給路２０へ供給する。圧力計Ｐ２は、改質装置５０の下流側、かつ、水素タンク５２の上流側に設けられている。
【０１４５】
＜作用＞
次に、本実施形態に係る燃料供給システム８２の作用を説明する。本実施形態における燃料供給装置１０の制御内容は第１実施形態と類似しているため、第１実施形態の説明で用いた図４のフローチャートを用いて燃料供給システム８２の作用を説明する。なお、第１実施形態と共通する内容については適宜説明を省略し、第１実施形態と異なる内容を中心として説明する。
【０１４６】
本実施形態においては、ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第３開閉弁３６を開放する。第１開閉弁３２は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。第２開閉弁３４は閉鎖した状態を維持する。開閉弁３０を切り替えたことにより、ステップ２０８で、水素タンク５２から非常時燃料としての水素が燃料電池システム１００へ供給される。高圧の水素は、減圧弁４６によって減圧される。
【０１４７】
また、ステップ２１４で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替え、かつ、水蒸気供給装置５４を駆動させて「復帰モード」を行う。開閉弁３０の切り替えについて具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を開放する。第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。但し、復帰モードにおいて燃料電池システム１００への都市ガスの供給を継続するために、第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６の少なくとも一方を開放することが好ましい。また、制御部１１Ｂは、水蒸気供給装置５４における開閉弁を開放し、かつ、気化器を駆動させる。これにより水蒸気を改質装置５０へ供給する。
【０１４８】
開閉弁３０を切り替え、水蒸気供給装置５４を駆動させたことにより、改質装置５０で水素が生成され、ステップ２１６で、予備燃料としての水素が水素タンク５２へ供給される。
【０１４９】
ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替え、かつ、水蒸気供給装置５４の駆動を停止して「平常時モード」を行う。開閉弁３０の切り替えについて具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を閉鎖する。また、第３開閉弁３６が閉鎖されている場合は閉鎖状態を維持し、開放されている場合は閉鎖する。さらに、第１開閉弁３２が閉鎖されている場合は開放し、開放されている場合は開放状態を維持する。
【０１５０】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料供給システム８２では、予備燃料として水素を保持する。これにより、高い重量密度でエネルギーを貯蔵できる。また、再生可能エネルギー起源の余剰電力を利用して生成された水素を貯蔵した場合、エネルギー変換時に二酸化炭素排出を伴わない燃料が予備燃料として保持される。すなわち、非常時にも二酸化炭素排出のないクリーンな燃料でのエネルギー利用が可能となる。
【０１５１】
また、燃料供給システム８２では、水素が吸蔵合金５２Ａに吸着される。このため、吸蔵合金５２Ａを設けない場合と比較して、水素の取り扱いが容易である。
【０１５２】
また、燃料供給システム８２では、改質後の水素を予備燃料として燃料保持部４０Ｂに保持する。このため、燃料が水素の場合と比較して、燃料の取り扱いが容易である。
【０１５３】
なお、本実施形態においては、改質装置５０は水道管等の水供給源から供給された改質水から水素を生成するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１０に示すように、改質装置５０は消費装置で生成される余剰水から水素を生成するものとしてもよい。
【０１５４】
具体的には、改質装置５０には、燃料電池システム１００における水タンク（燃料電池システム１００の排気ガスなどから回収した水を貯蔵するタンク、不図示）等に接続された水供給管２４Ｂから改質水を供給してもよい。これにより、他の水供給源からの水の供給量を少なくできる。
【０１５５】
［第４実施形態］
＜燃料供給システム＞
図１１に示すように、第４実施形態に係る燃料供給システム８３においては、第３実施形態に係る燃料供給システム８２のバイパス２２（図８参照）に代えて、還流管２６が設けられている。そして還流管２６に、燃料保持部４０Ｃが設けられている。また、燃料供給システム８３は、第３実施形態における水蒸気供給装置５４を備えていない。第４実施形態に係る燃料供給システム８３における電気ブロック図及び機能ブロック図は第１実施形態と同様であり、それぞれ図２、図３に示す。燃料供給システム８３と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１３と称す。
【０１５６】
（還流管）
還流管２６は、一端が燃料電池システム１００の改質器１０２に接続されており、他端が送給路２０において第１開閉弁３２の下流側に接続されている。
【０１５７】
還流管２６の上流側と下流側には、それぞれ第２開閉弁３４及び第３開閉弁３６が設けられている。これにより、還流管２６は、燃料電池システム１００及び送給路２０と区画されている。還流管２６における「上流側」とは燃料電池システム１００に近い側を指し、「下流側」とは燃料源に近い側を指す。
【０１５８】
なお、改質器１０２は、燃料源から供給された燃料を、当該燃料と成分が異なる予備燃料へ変換する変換手段である。より具体的には、改質器１０２において、上述の（１）式、（２）式、（６）式の等の反応により、都市ガスに含まれるメタンを、水素へ変換する。
【０１５９】
（燃料保持部）
燃料保持部４０Ｃは、還流管２６に設けられた予備燃料保持機構である。燃料保持部４０Ｃは、還流管２６において第２開閉弁３４の下流側、かつ、第３開閉弁３６の上流側に設けられている。
【０１６０】
燃料保持部４０Ｃは、水素タンク５２と、昇圧ブロア４４と、減圧弁４６と、圧力計Ｐ２と、を備えて構成され、予備燃料として水素を保持している。また、燃料保持部４０Ｃは、第３実施形態における改質装置５０を備えていない。
【０１６１】
水素タンク５２の上流側には昇圧ブロア４４が設けられている。還流管２６から供給された水素は、昇圧ブロア４４によって昇圧されてから水素タンク５２へ供給される。
【０１６２】
一方、水素タンク５２の下流側には減圧弁４６が設けられている。減圧弁は、高圧の水素を減圧して送給路２０へ供給する。圧力計Ｐ２は、昇圧ブロア４４の下流側、かつ、水素タンク５２の上流側に設けられている。
【０１６３】
なお、還流管２６において変換手段（改質器１０２）から燃料保持部４０Ｃへ予備燃料としての水素を供給する部分、すなわち燃料保持部４０Ｃより上流部分を、供給管２６Ａと称す場合がある。また、還流管２６において燃料保持部４０Ｃから消費装置（燃料電池システム１００）へ予備燃料としての水素を供給する部分、すなわち燃料保持部４０Ｃの下流部分を、排出管２６Ｂと称す場合がある。
【０１６４】
＜作用＞
次に、本実施形態に係る燃料供給システム８３の作用を説明する。本実施形態における燃料供給装置１０の制御内容は第１実施形態と類似しているため、第１実施形態の説明で用いた図４のフローチャートを用いて燃料供給システム８３の作用を説明する。なお、第１実施形態と共通する内容については説明を省略し、第１実施形態と異なる内容のみについて説明する。
【０１６５】
本実施形態においては、ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第３開閉弁３６を開放する。第１開閉弁３２は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。第２開閉弁３４は閉鎖した状態を維持する。ステップ２０８で、水素タンク５２から非常時燃料としての水素が燃料電池システム１００へ供給される。高圧の水素ガスは、減圧弁４６によって減圧される。
【０１６６】
また、ステップ２１４で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「復帰モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２が開放されている場合は開放状態を維持し、閉鎖されている場合は開放する。また、第２開閉弁３４は開放する。さらに、第３開閉弁３６は閉鎖する。
【０１６７】
開閉弁３０を切り替えたことにより、ステップ２１６で、燃料電池システム１００における改質器１０２から予備燃料としての水素が水素タンク５２へ供給される。水素は、昇圧ブロア４４によって昇圧される。
【０１６８】
ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「平常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を閉鎖する。
【０１６９】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料供給システム８３では、燃料保持部４０Ｃには、燃料（都市ガス）と成分が異なる予備燃料（水素）が保持される。これにより、消費装置（燃料電池システム１００）の種類に応じた予備燃料を保持できる。つまり、燃料電池システム１００において、エネルギーに変換しやすい成分（水素）を予備燃料として保持できる。すなわち、非常時にエネルギーを取り出し易い。
【０１７０】
［第５実施形態］
＜燃料供給システム＞
図１２に示すように、第５実施形態に係る燃料供給システム８４においては、第１実施形態に係る燃料供給システム８０の燃料保持部４０Ａ（図１参照）に代えて、燃料保持部４０Ｄが設けられている。また、図１３の機能ブロック図にも示すように、燃料供給システム８２は、水蒸気供給装置５４を備えている。なお、第５実施形態に係る燃料供給システム８４における電気ブロック図は第３実施形態と同様であり、図９Ａに示す。燃料供給システム８４と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１４と称す。
【０１７１】
燃料保持部４０Ｄは、燃料（都市ガス）を液体の予備燃料に変換する液化装置を備えている。具体的には、燃料保持部４０Ｄは、液化装置としての改質装置５６と、メタノールタンク５８と、気化装置６０と、昇圧ブロア４４と、圧力計Ｐ２と、を備えて構成されている。
【０１７２】
改質装置５６では、都市ガスに含まれる燃料としてのメタンから液体の予備燃料としてのメタノールが生成される。改質装置５６には、水供給源に接続された水供給管２４Ａから改質水が供給される。
【０１７３】
水供給管２４Ａにおいて、改質装置５６の上流側には、水蒸気供給装置５４が設けられている。水蒸気供給装置５４は、一例として、水供給源からの改質水の供給量を制御する開閉弁と、改質水を気化させる気化器とを含んで構成されている。水供給源は、一例として地中に埋設された水道管である。
【０１７４】
なお、改質装置５６に気化器を配置してもよい。この場合、水蒸気供給装置５４には開閉弁のみを設ければよい。
【０１７５】
改質装置５６においては、以下の（７）式の反応により、メタンと水から水素及びメタノールが生成される。
【０１７６】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２  ・・・（７）
【０１７７】
改質装置５６で生成されたメタノールは、メタノールタンク５８に供給される。
【０１７８】
改質装置５６の上流側には昇圧ブロア４４が設けられている。送給路２０から供給された都市ガスは、昇圧ブロア４４によって昇圧されてから改質装置５６へ供給される。
【０１７９】
一方、メタノールタンク５８の下流側には気化装置６０が設けられている。気化装置６０は、液体の予備燃料を気体の非常時燃料に変換して消費装置へ供給する。具体的には、気化装置６０は、メタノールを、非常時燃料としてのメタンに変換して、送給路２０及び燃料電池システム１００へ供給する。
【０１８０】
圧力計Ｐ２は、昇圧ブロア４４の下流側、かつ、改質装置５６の上流側に設けられている。
【０１８１】
＜作用＞
次に、本実施形態に係る燃料供給システム８４の作用を説明する。本実施形態における燃料供給装置１０の制御内容は第１実施形態と類似しているため、第１実施形態の説明で用いた図４のフローチャートを用いて燃料供給システム８４の作用を説明する。なお、第１実施形態と共通する内容については説明を省略し、第１実施形態と異なる内容のみについて説明する。
【０１８２】
本実施形態においては、ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第３開閉弁３６を開放する。第１開閉弁３２は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。第２開閉弁３４は閉鎖した状態を維持する。ステップ２０８で、メタノールタンク５８から気化装置６０へメタノールが供給される。気化装置６０では、メタノールからメタンが生成される。そして気化装置６０から、非常時燃料としてのメタンが燃料電池システム１００へ供給される。
【０１８３】
また、ステップ２１４で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替え、かつ、水蒸気供給装置５４を駆動させて「復帰モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を開放する。第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６は開放した状態を維持してもよいし閉鎖してもよい。但し、復帰モードにおいて燃料電池システム１００への都市ガスの供給を継続するために、第１開閉弁３２及び第３開閉弁３６の少なくとも一方を開放することが好ましい。また、制御部１１Ｂは、水蒸気供給装置５４における開閉弁を開放し、かつ、気化器を駆動させる。これにより水蒸気を改質装置５６へ供給する。
【０１８４】
開閉弁３０を切り替え、水蒸気供給装置５４を駆動させたことにより、改質装置５６でメタノールが生成され、ステップ２１６で、予備燃料としてのメタノールがメタノールタンク５８へ供給される。
【０１８５】
ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、開閉弁３０を切り替え、かつ、水蒸気供給装置５４の駆動を停止して「平常時モード」を行う。開閉弁３０の切り替えについて具体的には、制御部１１Ｂは、第２開閉弁３４を閉鎖する。また、第３開閉弁３６が閉鎖されている場合は閉鎖状態を維持し、開放されている場合は閉鎖する。さらに、第１開閉弁３２が閉鎖されている場合は開放し、開放されている場合は開放状態を維持する。
【０１８６】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料供給システム８４では、燃料を液化装置（改質装置５６）によって液体の予備燃料に変換する。これにより、気体の予備燃料を保持する場合と比較してエネルギー貯蔵密度が高い。
【０１８７】
具体的には、燃料保持部４０Ｄには予備燃料としてメタノールが保持される。これにより液体の予備燃料を常温で保持できる。
【０１８８】
また、燃料供給システム８４では、燃料としてのメタンから予備燃料としてメタノールを生成できる。すなわち、メタンと水とを反応させるだけでメタノールを生成できる。
【０１８９】
また、燃料供給システム８４では、液体の予備燃料を気体の非常時燃料に変換して消費装置へ供給する。このため、消費装置に液体の非常時燃料からエネルギーを生成する構成を形成しなくてもよい。
【０１９０】
具体的には、液体の予備燃料からメタンが生成され、このメタンが非常時燃料として消費装置に供給される。このためメタン以外の非常時燃料を生成する場合と比較して気化装置の構成を簡易にできる。
【０１９１】
なお、本実施形態においては、メタノールタンク５８の下流側に気化装置６０を設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１４に示すように、気化装置６０を備えない構成としてもよい。この場合、燃料電池システムには、メタノールが非常時燃料として供給される。
【０１９２】
また、本実施形態においては、改質装置５６は水道管等の水供給源から供給された改質水からメタノールを生成するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１５に示すように、改質装置５６は消費装置で生成される余剰水からメタノールを生成するものとしてもよい。
【０１９３】
具体的には、改質装置５６には、燃料電池システム１００における水タンク（不図示）等に接続された水供給管２４Ｂから改質水を供給してもよい。これにより、他の水供給源からの水の供給量を少なくできる。
【０１９４】
さらに、消費装置で生成される余剰水からメタノールを生成する実施例においても、図１４で示したように、気化装置６０を備えない構成とすることもできる。
【０１９５】
［第６実施形態］
＜燃料供給システム＞
図１６に示すように、第６実施形態に係る燃料供給システム８５においては、第２実施形態に係る燃料供給システム８１の燃料保持部４０Ａ（図５参照）に代えて、上述した燃料保持部４０Ｄが設けられている。また、図１７の機能ブロック図にも示すように、燃料供給システム８５は、上述した水蒸気供給装置５４を備えている。なお、第６実施形態に係る燃料供給システム８５における電気ブロック図は第３実施形態と同様であり、図９Ａに示す。燃料供給システム８５と燃料電池システム１００とを総称して、発電システム１１５と称す。
【０１９６】
＜作用＞
次に、本実施形態に係る燃料供給システム８５の作用を説明する。本実施形態における燃料供給装置１０の制御内容は第２実施形態と類似しているため、第２実施形態の説明で用いた図７のフローチャートを用いて燃料供給システム８５の作用を説明する。なお、第２実施形態と共通する内容については説明を省略し、第２実施形態と異なる内容のみについて説明する。
【０１９７】
本実施形態の平常時モードにおいては、第１開閉弁３２が開放されている。また、燃料源から送給路２０及び燃料保持部４０Ｄを介して、燃料電池システム１００へ都市ガスが供給されている。
【０１９８】
本実施形態の平常時モードにおいては、昇圧ブロア４４が駆動した状態が維持される。つまり都市ガスは、燃料保持部４０Ｄの昇圧ブロア４４で昇圧されたあと、改質装置５６へ供給され続ける。また、水供給源及び水蒸気供給装置５４から、改質水が改質装置５６へ供給され続ける。
【０１９９】
これにより、メタノールタンク５８におけるメタノールの保持量が飽和状態に維持される。そしてメタノールタンクで保持できなかったメタノールが、気化装置６０でメタンに変換されて、燃料電池システム１００へ供給される。
【０２００】
本実施形態においては、ステップ２０６で、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を切り替えて「異常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を閉鎖する。第１開閉弁３２を閉鎖することにより、ステップ２０８で、メタノールタンク５８から気化装置６０へメタノールが供給される。気化装置６０では、メタノールからメタンが生成される。そして気化装置６０から、非常時燃料としてのメタンが燃料電池システム１００へ供給される。
【０２０１】
また、ステップ２１２で、都市ガスの供給状態の異常が解消されたと判定された場合は、ステップ２２０へ移行する。
【０２０２】
また、ステップ２２０で、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を切り替えて「平常時モード」を行う。具体的には、制御部１１Ｂは、第１開閉弁３２を開放する。これにより、ステップ２２２で、燃料源から予備燃料としての都市ガスが改質装置５６へ供給される。
【０２０３】
なお、本実施形態においては、メタノールタンク５８の下流側に気化装置６０を設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば気化装置６０を備えない構成としてもよい。この場合、燃料電池システム１００には、メタノールが非常時燃料として供給される。なお、気化装置６０は、以下に示す各変形例（図１８〜図２１に示す変形例）においても、省略することができる。
【０２０４】
また、本実施形態において、改質装置５６は、燃料源から供給された都市ガスに含まれるメタン及び水供給源から供給された水から、水素及びメタノールが生成するものとしたが本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１８に示すように、改質装置５６は、燃料源から供給された都市ガスに含まれるメタン、水供給源から供給された水及び二酸化炭素供給源から供給された二酸化炭素から、メタノールを生成するものとしてもよい。
【０２０５】
この場合、以下の（８）式の反応により、メタン、水及び二酸化炭素からメタノールが生成される。
【０２０６】
３ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２→４ＣＨ３ＯＨ  ・・・（８）
【０２０７】
改質装置５６には、水供給源に接続された水供給管２４Ａから改質水が供給されるほか、二酸化炭素供給源に接続された二酸化炭素供給管２４Ｃから二酸化炭素が供給される。二酸化炭素供給管２４Ｃにおいて、改質装置５６の上流側には、二酸化炭素供給装置６２が設けられている。二酸化炭素供給装置６２は、一例として、二酸化炭素供給源からの二酸化炭素の供給量を制御する開閉弁である。二酸化炭素供給源は、一例としてガスタンクである。又は、大気を二酸化炭素供給源としてもよい。
【０２０８】
また、図１９に示すように、改質装置５６は、燃料源から供給された都市ガスに含まれるメタン及び酸素供給源から供給された酸素から、メタノールを生成するものとしてもよい。
【０２０９】
この場合、以下の（９）式の反応により、メタン及び酸素からメタノールが生成される。
【０２１０】
ＣＨ４＋０．５Ｏ２→ＣＨ３ＯＨ  ・・・（９）
【０２１１】
改質装置５６には、酸素供給源に接続された酸素供給管２４Ｄから酸素が供給される。酸素供給管２４Ｄにおいて、改質装置５６の上流側には、酸素供給装置６４が設けられている。酸素供給装置６４は、一例として、酸素供給源からの酸素の供給量を制御する開閉弁である。酸素供給源は、一例としてガスタンクである。又は、大気を酸素供給源としてもよい。
【０２１２】
また、図１９に示すように、改質装置５６は、消費装置で生成される余剰水からメタノールを生成するものとしてもよい。具体的には、改質装置５６には、燃料電池システム１００における水タンク（不図示）等に接続された水供給管２４Ｂから改質水を供給してもよい。
【０２１３】
水供給管２４Ａにおいて、改質装置５０の上流側には、水蒸気供給装置５４が設けられている。これにより、他の水供給源からの水の供給量を少なくできる。
【０２１４】
また、図２０に示すように、改質装置５６は、消費装置で生成される余剰水及び消費装置で生成される二酸化炭素からメタノールを生成するものとしてもよい。具体的には、改質装置５６には、燃料電池システム１００における水タンク（不図示）等に接続された水供給管２４Ｂから改質水を供給する。
【０２１５】
さらに、燃料電池システム１００における燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから二酸化炭素を取り出す排出管２４Ｅから二酸化炭素を供給する。排出管２４Ｅにおいて、改質装置５６の上流側には、二酸化炭素供給装置６６が設けられている。二酸化炭素供給装置６６は、一例として、燃料電池システム１００からの二酸化炭素の供給量を制御する開閉弁である。
【０２１６】
また、第５実施形態及び第６実施形態においては、予備燃料としてメタノールを保持するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えばメタノールに代えてエタノールを予備燃料として保持してもよい。エタノールもメタノールと同様に常温で液体状態とされている。これにより、気体の予備燃料を保持する場合と比較してエネルギー貯蔵密度が高い。
【０２１７】
また、上記各実施形態においては、燃料源から供給される燃料が都市ガスとされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば都市ガスに代えてＬＰガス、バイオガス、ガス化ガス、水素ガス、灯油、軽油又はガソリンを用いてもよい。すなわち、消費装置の燃料として汎用的に利用される燃料とすることができる。このため、汎用的でない燃料を用いる場合と比較して、本発明に係る燃料供給システムを広範に利用できる。このように、本発明は様々な態様で実施することができる。
【符号の説明】
【０２１８】
１１Ａ  検知部
１１Ｂ  制御部
２０    送給路
２２    バイパス
３４    第２開閉弁（開閉弁）
３６    第３開閉弁（開閉弁）
４０Ａ  燃料保持部
４０Ｂ  燃料保持部
４０Ｃ  燃料保持部
４０Ｄ  燃料保持部
４２Ａ  吸着体
４２Ｂ  温度調整装置
５０    改質装置
５６    改質装置（液化装置）
６０    気化装置
８０    燃料供給システム
８１    燃料供給システム
８２    燃料供給システム
８３    燃料供給システム
８４    燃料供給システム
８５    燃料供給システム
１００  燃料電池システム（消費装置）
１０２  改質器（変換手段）
１１０  発電システム
１１１  発電システム
１１２  発電システム
１１３  発電システム
１１４  発電システム
１１５  発電システム
【要約】
【課題】燃料を消費する消費装置への予備燃料の再充填を自動化し、予備燃料交換の作業を不要にできる燃料供給システム及び発電システムを提供する。
【解決手段】燃料供給システム８０は、燃料源から供給される燃料を消費装置に送る送給路２０と、燃料から得られる予備燃料を保持し、予備燃料から得られる非常時燃料を前記消費装置に供給可能な燃料保持部４０Ａと、燃料源からの前記燃料の供給状態の異常の有無を検知する検知部１１Ａと、検知部１１Ａが供給状態の異常を検知した場合に、燃料保持部４０Ａから非常時燃料が消費装置に送られる異常時モードを行い、検知部１１Ａが供給状態の異常の解消を検知した場合に、燃料保持部４０Ａに燃料を自動で供給して予備燃料を再び保持させながら又は保持させた後に、燃料源から送給路２０を介して燃料を消費装置に送って通常運転に復帰させる復帰モードを行う制御部１１Ｂと、を備えている。
【選択図】図１【図１】
0006691259.tif 000002
【図２】
0006691259.tif 000003
【図３】
0006691259.tif 000004
【図４】
0006691259.tif 000005
【図５】
0006691259.tif 000006
【図６】
0006691259.tif 000007
【図７】
0006691259.tif 000008
【図８】
0006691259.tif 000009
【図９Ａ】
0006691259.tif 000010
【図９Ｂ】
0006691259.tif 000011
【図１０】
0006691259.tif 000012
【図１１】
0006691259.tif 000013
【図１２】
0006691259.tif 000014
【図１３】
0006691259.tif 000015
【図１４】
0006691259.tif 000016
【図１５】
0006691259.tif 000017
【図１６】
0006691259.tif 000018
【図１７】
0006691259.tif 000019
【図１８】
0006691259.tif 000020
【図１９】
0006691259.tif 000021
【図２０】
0006691259.tif 000022
【図２１】
0006691259.tif 000023