(57)【要約】【課題】  メタン発生装置と水素発生装置を燃料電池に組み込み、環境を汚染するガスを大幅に削減できる燃料電池発電システム及び発電方法を提供する。【解決手段】  水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって、廃棄物１０から水素ガスを発生させる水素発生部１２と、廃棄物１０からメタンガスを発生させるメタン発生部１４と、メタン発生部１４で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置３４と、水素発生部１２から水素ガスを供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電する燃料電池部３８と、燃料処理装置３４により得られた水素ガスを燃料電池部３８へ供給する水素燃料供給部５４と、燃料電池部３８からの排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給する排熱供給ライン４２と、を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって；
廃棄物から水素ガスを発生させる水素発生部と；
廃棄物からメタンガスを発生させるメタン発生部と；
前記メタン発生部で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置と；
前記水素発生部から水素ガスを供給し、酸化剤との電気化学的反応により発電する第１の燃料電池部と；
前記燃料処理装置により得られた水素ガスを供給し、酸化剤との電気化学的反応により発電する第２の燃料電池部と；
前記第１及び第２の燃料電池部からの排熱を前記水素発生部及びメタン発生部へ供給する排熱供給ラインと；
を備える燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料処理装置へメタンを主成分とする燃料ガスを外部から供給する燃料ガス供給部をさらに備える請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって；
廃棄物から水素ガスを発生させる水素発生部と；
廃棄物からメタンガスを発生させるメタン発生部と；
前記メタン発生部で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置と；
前記水素発生部から水素ガスを供給し、酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池部と；
前記燃料処理装置により得られた水素ガスを前記燃料電池部へ供給する水素燃料供給部と；
前記燃料電池部からの排熱を前記水素発生部及びメタン発生部へ供給する排熱供給ラインと；
を備える燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記水素発生部から発生する水素ガスを貯蔵する水素貯蔵部と、前記メタン発生部から発生するメタンガスを貯蔵するメタン貯蔵部と、をさらに備える請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
廃棄物を原料とし、水素発生部及びメタン発生部から供給される水素を主成分とした燃料ガスを燃料電池部へ供給し、酸化剤との電気化学的反応により発電すると共に、前記燃料電池の排熱を前記水素発生部及びメタン発生部へ供給する燃料電池発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法に係わり、特に、メタン発生部より供給されるメタンを燃料処理装置にて水素に改質した水素と、水素発生部から供給される水素を主成分とする燃料ガスを酸化剤と電気化学的反応により発電する燃料電池発電システム及び燃料電池発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生ゴミ、汚泥、糞尿、草木、雑草のような廃棄物を水素又はメタン製造用の原料とし、回収された水素又はメタンを発電装置に供給して発電する発電システムが知られている。従来のメタン発生装置から発生したメタンガスは、燃焼させて環境へそのまま放出するか、メタンガスをガスエンジンやボイラ等の燃焼装置の燃料として利用していた。さらに、メタンガスの発生に伴い廃棄物から発生した水素ガスを有効に利用することが望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の発電システムでは、上述の如く、メタンガスを燃焼させていたので、窒素酸化物（ＮＯｘ）や亜硫酸ガス（ＳＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）等が発生し環境を汚染するという課題が存在していた。
【０００４】
そこで、本発明は、メタン発生装置と水素発生装置を燃料電池に組み込み、環境を汚染するガスを大幅に削減できる燃料電池発電システム及び発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば、図１に示すように、水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって、廃棄物１０から水素ガスを発生させる水素発生部１２と、廃棄物１０からメタンガスを発生させるメタン発生部１４と、メタン発生部１４で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置３４と、水素発生部１２から水素ガスを供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電する第１の燃料電池部２１と、燃料処理装置３４により得られた水素ガスを供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電する第２の燃料電池部３８と、第１及び第２の燃料電池部からの排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給する排熱供給ライン４０と、を備える。
【０００６】
このように構成すると、廃棄物からメタンガスと水素ガスを選択的に発生させ、水素発生部１２から発生する水素ガスを第１の燃料電池部２１に供給し酸化剤２４と電気化学的反応により発電させ、メタン発生部で発生するメタンガスを燃料処理装置３４で改質して得られた水素ガスを第２の燃料電池部へ供給し酸化剤２４と電気化学的反応により発電させると伴に、第１及び第２の燃料電池部からの排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給するため、水素発生部１２及びメタン発生部１４を加温させることができる。
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による請求項１に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図２に示されるように、燃料処理装置３４へメタンを主成分とする燃料ガス５０を外部から供給する燃料ガス供給部５２をさらに備える。
【０００８】
このように構成すると、燃料ガス５０を外部から供給する燃料ガス供給部５２をさらに備えるので、水素発生部１２とメタン発生部１４を外部の燃料ガス５０により補完することができ、メタン発生部又は水素発生部が故障した場合でも、継続して運転することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば、図３に示すように、水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって、廃棄物１０から水素ガスを発生させる水素発生部１２と、廃棄物１０からメタンガスを発生させるメタン発生部１４と、メタン発生部１４で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置３４と、水素発生部１２から水素ガスを供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電する燃料電池部３８と、燃料処理装置３４により得られた水素ガスを燃料電池部３８へ供給する水素燃料供給部５４と、燃料電池部３８からの排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給する排熱供給ライン４２と、を備える。
【００１０】
このように構成すると、メタン発生部１４で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置３４と、燃料処理装置３４により得られた水素ガスを燃料電池部３８へ供給する水素燃料供給部５４とを備えるので、燃料電池部３８は水素発生部１２とメタン発生部１４とを兼用することができ、どちらか一方が故障した場合であっても継続して運転することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４に係る発明による請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池発電システムは、例えば、図４に示すように、水素発生部１２から発生する水素ガスを貯蔵する水素貯蔵部６２と、メタン発生部１４から発生するメタンガスを貯蔵するメタン貯蔵部６４と、をさらに備える。
【００１２】
このように構成すると、水素発生部１２から発生した水素を水素貯蔵部６２により一時的に貯蔵し、メタン発生部１４から発生するメタンガスをメタン貯蔵部６４により一時的に貯蔵するため、電力需要３２の変動に合致した発電をすることができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による燃料電池発電方法は、例えば、図３に示すように、廃棄物１０を原料とし、水素発生部１２及びメタン発生部１４から供給される水素を主成分とした燃料ガスを燃料電池部３８へ供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電すると共に、燃料電池部３８の排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給する。
【００１４】
このように構成すると、燃料電池部３８は、水素発生部１２とメタン発生部１４を兼用すると伴に、燃料電池部３８の排熱を水素発生部１２とメタン発生部１４を加温する熱源として利用する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、水素燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムであって、廃棄物１０から水素ガスを発生させる水素発生部１２と、廃棄物１０からメタンガスを発生させるメタン発生部１４と、メタン発生部１４で発生するメタンガスを改質して水素ガスを得る燃料処理装置３４と、水素発生部１２から水素ガスを供給し、酸化剤２４との電気化学的反応により発電する燃料電池部３８と、燃料処理装置３４により得られた水素ガスを燃料電池部３８へ供給する水素燃料供給部５４と、燃料電池部３８からの排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給する排熱供給ライン４２と、を備えるので、燃料電池部３８は水素燃料とメタン燃料を兼用して利用する燃料電池発電システムを提供することが可能となる。
【００１６】
また、水素もメタンも酸化剤と電気化学的な反応により発電する燃料に使用されるため窒素酸化物等のガスが減少し、環境に優しい燃料電池発電システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１のシステム系統図を参照して、本発明による第１の実施の形態である燃料電池発電システムを説明する。燃料電池発電システムは、生ゴミ、汚泥、糞尿のような廃棄物としてのバイオマスの原料１０を収容する水素発生部１２と、バイオマスの原料１０を収容するメタン発生部１４と、水素発生部１２とガス配管で接続された水素燃料用燃料電池２０と、メタン発生部１４と燃料処理装置３４を経由して接続されたメタン燃料用燃料電池２６とを備える。
【００１９】
ここで、水素発生部１２及びメタン発生部１４は、バイオマスや有機性廃棄物等の発酵によって得られる水素ガスやメタンガスを主成分とするガスを各々発生する。また、バイオマスとは、藻類、稲がら、砂糖きび粕、アルコール発酵粕等であり、有機性廃棄物とは、食品製造廃液、畜産排水や下水処理等で発生する余剰汚泥等である。
【００２０】
バイオマスの原料１０には微生物の培養に必要な栄養素および水素発酵に必要な基質が多く含まれている。この水素発酵は、培地を用いる必要がなく低コストで水素を製造することができる。また、藻類、稲がら、砂糖きび粕、アルコール発酵粕、食品製造廃液、畜産排水や下水処理等で発生する余剰汚泥には水素生成能力がある微生物が共生し、そのまま原料を用いれば水素を発生させることができる。さらに共生している水素生成能力を有する微生物としては、例えば、クロストリジウム属に属する微生物、バチルス属に属する微生物、エンテロバクター属に属する微生物、シトロバクター属に属する微生物、光合成細菌等が挙げられる。また、食品製造廃液、畜産排水や汚泥等の有機性廃棄物を微生物が資化できる程度まで分解することができる土着の他の微生物、例えば、クロストリジウム属に属する微生物、シュードモナス属に属する微生物、ルーメン細菌に属する微生物、放線菌に属する微生物、ペニシリウム属に属する糸状菌、カビ属に属する菌類が共生していることがある。
【００２１】
水素発生部１２は、原料１０と共に土壌を加えても良い。添加する土壌としては、水素生成能力を有する微生物、例えば、クロストリジウム属に属する微生物、バチルス属に属する微生物、エンテロバクター属に属する微生物、シトロバクター属に属する微生物、光合成細菌などを含んでいる土壌、あるいは植物あるいは有機酸や糖質を微生物が資化できる程度まで分解することができる微生物、例えば、クロストリジウム属に属する微生物、シュードモナス属に属する微生物、ルーメン細菌に属する微生物、放線菌に属する微生物、ペニシリウム属に属する糸状菌、カビ属に属する菌類などが含まれている土壌が挙げられる。
【００２２】
また、土壌の使用量は、使用原料１００に対して０．０１から１００の比率で添加してよい。土壌を添加することにより、水素生成開始までの誘導期間を短くすることができる。ここで、水を添加する場合、使用する原料１０と水との混合比率は重量比で１：０．１から１：１０００である。水としては蒸留水、水道水、河川水、生活排水、海水などを用いることができる。
【００２３】
水素発生部１２は、原料１０の酸素生成を阻害する化合物を添加することもできる。例えば、メチルビオローゲン等のビオローゲン誘導体、塩化白金酸、ニッケルイオン、鉄イオン、コバルトイオン、亜鉛イオン、クロムイオン、ルテニウムイオン、ジサリチリデンプロパンジアミン、ポリリジン、アンチマイシンＡ等の化合物を添加するとよい。この化合物の使用量は、使用廃棄物１００に対して０．００１から１の比率で添加する。これら化合物を添加することにより、明条件における原料１０の光合成による酸素生成を抑えることができ、結果的に水素生成開始までの誘導期間を短くすることができ、かつ生成した水素が酸素による酸化反応が抑えられ、結果として水素生成の総量を向上させることができる。さらに原料１０の酸素生成を抑制する方法としては、水銀処理、ヘキサン抽出、トリス処理、アルカリ処理などの方法も有効である。
【００２４】
水素発生部１２は、水素生成量を増大させるために、有機酸および／または糖質を添加することができる。有機酸としては、グルコン酸、クエン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、乳酸、ピルビン酸、リンゴ酸、マロン酸、酢酸、プロピオン酸などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
特に、グルコン酸を添加した場合には大幅に水素生成量が向上する。また、添加する糖質としてはアラビノース、キシロース、リボース、ラムノース、ガラクトース、フルクトース、グルコース、セロビオース、ソルボース、マンノース、ラクトース、スクロース、マルトース、トレハロース、メリビオース、デンプン、インスクリン、イノシトール、マンニトール、ソルビトール、セルロース、グルカンペプチドなどが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、廃棄物として処理すべきジュースも含まれる。
【００２６】
水素発生部１２は明条件あるいは暗条件および明暗交互サイクル条件下に置くことができる。明条件は、自然光あるいは蛍光灯等の人工光のいずれでもよく、また、暗条件または明条件での維持期間はバッチ式においては５から８０℃で１から４８０時間である。明条件を間欠に行う条件は、１から１２時間毎に明条件と暗条件を繰り返すことである。明条件とすることにより、水素生成開始までの誘導期間を短くすることができ、かつ水素生成の総量も向上させることができる。水素発生部１２の嫌気条件は、外気と触れない容器の気相部分をアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、炭酸ガス等で置換し、脱酸素することにより構成する。脱酸素することにより、生成した水素の酸素による酸化反応が抑えられ、結果として水素生成の総量を向上させることができる。
【００２７】
水素発生部１２は、バッチ式、半回分式、連続式のいずれかの方法を用いて運転される。原料１０の種類や添加する有機酸および／または糖質の種類によって、適切な方式をその都度選択することが望ましい。半回分式あるいは連続式の場合には、原料１０の分解した固形物を取り除く必要がある場合は、原料１０の種類によって、その固形物が沈殿するものと浮遊するものとに分けられ、沈殿するものに関しては水素発生部１２の下部より除去し、浮遊するものに関しては水素発生部１２の上部より除去するのが良い。まだ水素発酵に利用できる原料１０は水素発生部１２内に浮遊し、ほとんど分解されもはや水素発酵に利用できなくなった原料１０の残渣は沈殿する場合が多く、半回分式や連続式発酵法では、水素発生部１２の下部より沈殿した固形物を除去していくのが良い。
【００２８】
原料１０の汚泥に砂が多く含まれている場合は、水を混ぜることにより砂が原料１０と分離し、水素発生部１２の下部に沈降する。この水素発生部１２の下部からまず砂のみを回収し再資源化する。本実施の形態では、水素発生部１２は密封可能な容器内で反応させるものであり、容器内の内圧を高めた状態に保持すれば、発生する水素量が増大する。容器を密封した状態のままでも生成するガスのために内圧が高くなるが、容器内圧を高める方法としては、この他外部から二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム等のガスを水素発生部１２へ注入する方法等があり、特に限定するものではない。
【００２９】
メタン発生部１４は、容器内に溜めた原料１０のｐＨ値を中性またはアルカリ性にすることによって、メタンを発生することができる。すなわち、アルカリ成分の化合物を適宜使用しｐＨ値を６から１２へ、好ましくは７から９に調整することにより、メタンを増加させることができる。ｐＨ値を調製する化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の金属水酸化物や、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
また、メタンを発生させる微生物としては、メタノバクテリウム属、メタノコッカス属、メタノサルシナ属、メタノブレビバクター属、メタノミクロビウム属、メタノジェニウム属、メタノスピリラム属、メタノシリック属の微生物が挙げられる。これら微生物は原料１０に適宜添加しても良いが、水素生成能力のある微生物と同様に、これら微生物もほとんど原料１０と共生しているため、特に添加しなくてもメタンを発生させることができる。
【００３１】
メタン発生部１４によるメタンの発生は静置あるいは撹拌のいずれの方法を用いても良い。
【００３２】
本実施の形態で発生させるガスには、水素の他、二酸化炭素およびその他の微量ガスが含まれるが、これらは図示した水素燃料用燃料電池２０内に設置した不図示の改質器において容易に分離することができる。まず、発生したガスを水洗し活性炭やゼオライトのような細孔材料に通すことにより、水素および二酸化炭素以外の微量ガスがほぼ完全に除去される。分離された水素は水素吸蔵合金や水素分離膜を用いて捕獲することにより、二酸化炭素はアルカリ性物質を主体とした二酸化炭素吸収液あるいは固体を用いたり、二酸化炭素分離膜を用いて捕獲することにより、水素および二酸化炭素にそれぞれ分離することができる。
【００３３】
分離回収した水素は、燃料電池部２１のような発電装置に供給し酸化剤としての空気２４と電気化学的に反応させ発電を行う。燃料電池部２１としては、アルカリ型燃料電池、固体高分子膜型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池のいずれのタイプのものでもよい。
【００３４】
また、メタン発生部１４とガス配管１８を通して接続された燃料処理装置３４は、メタンガスに含まれるその他の微量ガスを分離する。まず、メタン発生部１４により発生したガスを水洗し活性炭やゼオライトのような細孔材料に通すことにより、水素、メタンおよび二酸化炭素以外の微量ガスがほぼ完全に除去される。分離された二酸化炭素はアルカリ性物質を主体とした二酸化炭素吸収液あるいは固体を用いたり、二酸化炭素分離膜を用いて捕獲することにより、メタンおよび二酸化炭素にそれぞれ分離することができる。
【００３５】
分離回収したメタンは、さらに燃料処理装置３４によりメタンを改質して水素を得てから、ガス配管３６を通じて発電装置のような燃料電池部３８に水素を供給し酸化剤としての空気２４と電気化学的に反応させ発電を行う。燃料電池部３８としては、アルカリ型燃料電池、固体高分子膜型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池のいずれのタイプのものでもよい。
【００３６】
燃料電池部２１の排熱は、排熱供給ライン４０を経由して水素発生部１２及びメタン発生部１４に供給する。また、燃料電池部３８の排熱は、排熱供給ライン４２を介して排熱供給ライン４０へ合流し水素発生部１２及びメタン発生部１４に供給する。水素発生部１２は、燃料電池部２１と燃料電池部３８から供給される排熱により加熱処理を施される。例えば、加熱処理としては、常温から１６０℃の温度環境で、０．１から２４時間容器を放置する。これにより原料１０の光合成機能が失われるため、明条件において酸素生成が進行せず、その結果、生成した水素の酸素による酸化反応が抑えられ、結果として水素生成の総量を向上させることができる。水素製造は静置あるいは攪拌のいずれの方法を用いても良い。水素発生部１２内の温度は、５から８０℃の温度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３７】
一方、メタン発生部１４の容器の温度は、燃料電池部２１と燃料電池部３８から供給される排熱により加熱処理を施される。加熱処理としては、常温から８０℃の温度が好ましいが、これに限定されるものではない。また、メタン発生のための時間は１から２，０００時間が好ましいが、これに限定されるものではない。メタン発生の際に、ここに挙げた条件以外は水素製造の条件と同じで良い。
【００３８】
このように、水素燃料用燃料電池２０とメタン燃料用燃料電池２６を備えるので、水素燃料用燃料電池２０内の燃料電池部２１の排熱量が減少しても、メタン燃料用燃料電池２６内の燃料電池部３８の排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給することができる。また、メタン燃料用燃料電池２６内の燃料電池部３８の排熱量が減少しても、水素燃料用燃料電池２０内の燃料電池部２１の排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給することができるため、燃料電池発電システムの発電中においては原料１０の発酵を常に活性化させることができる。
【００３９】
さらに、水素燃料用燃料電池２０内の燃料電池部２１で発電した直流電力と、メタン燃料用燃料電池２６内の燃料電池部３８で発電した直流電力とを電力線２８及び電力線３０によりコンバインし、不図示のインバータにより交流電力に変換してから、電力需要３２に対して商用周波数の所定電圧の電力を供給する。
【００４０】
図２のシステム系統図を参照して、本発明による第２の実施の形態である燃料電池発電システムを説明する。燃料電池発電システムは、原料１０を収容する水素発生部１２と、原料１０を収容するメタン発生部１４と、水素発生部１２とガス配管で接続された水素燃料用燃料電池２０と、メタン発生部１４と燃料処理装置３４を経由して接続されたメタン燃料用燃料電池２６と、外部から都市ガス又はメタンリッチガスの燃料ガス５０をガス配管５１を通じて燃料処理装置３４へ供給する燃料ガス供給部としてのバルブ５２を備える。
【００４１】
ここで、水素発生部１２及びメタン発生部１４等は、上述した実施の形態と同様の部材を用いることができるため説明を省略する。燃料電池発電システムは、水素発生部１２及びメタン発生部１４の発酵処理が進行する前に、外部の燃料ガス５０をガス配管５１、バルブ５２、ガス配管１８を経由して燃料処理装置３４へ供給する。この燃料ガス５０は燃料処理装置３４により水素が得られガス配管３６を通じて発電装置のような燃料電池部３８に水素を供給し酸化剤としての空気２４と電気化学的に反応させ発電を行う。
【００４２】
燃料電池部３８は発電に伴い排熱を水素発生部１２及びメタン発生部１４へ供給し、原料１０の発酵処理を促進させる。また、メタン発生部１４のガス配管５３に挿入配置されたバルブ５３を閉状態に維持することでメタン発生部１４の容器内圧力が上昇して原料１０の発酵処理がさらに促進させることができる。一旦、メタン発生部１４が発酵処理により発電に十分なメタンを発生させた段階でメタン発生部１４のガス出口側に設置されたバルブを開状態に変更しメタンをガス配管１８を経由して燃料処理装置３４へ供給する。この場合、バルブ５２を閉状態に変更し外部の燃料ガス５０の供給を中止させる。
【００４３】
本実施の形態では、燃料電池発電システムの起動方法を説明したが、一旦、発電モ−ドに移行した燃料電池発電システムに供給される原料１０の減少に伴い水素発生部１２及びメタン発生部１４の容器内圧力が低下し燃料電池に供給する水素の量が不足した場合は、バルブ５２を開き外部から燃料ガス５０を供給することもできる。
【００４４】
図３のシステム系統図を参照して、本発明による第３の実施の形態である燃料電池発電システムを説明する。燃料電池発電システムは、水素発生部１２と、メタン発生部１４と、メタン発生部１４とガス配管１８を通じて接続された燃料処理装置３４と、燃料処理装置３４とガス配管３６を経由して接続された燃料電池部３８と、ガス配管３６に挿入配置され水素発生部１２からガス配管１６を経由して供給される水素を燃料電池部３８に供給するガス合流器５４を備える。
【００４５】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、上述した実施の形態と同様の水素発生部１２及びメタン発生部１４等を用いることができ、水素発生部１２から発生した水素と、メタン発生部１４から発生したメタンとを各々供給し、酸化剤としての空気２４と電気化学的な反応により発電する水素／メタン燃料兼用燃料電池部内の燃料電池部３８により構成する。
【００４６】
ガス合流器５４は、燃料処理装置３４から供給される水素ガスと水素発生部１２から供給される水素ガスとを合流させる。例えば、ガス流量検知手段としてのフロースイッチ若しくは２つの制御バルブにより水素ガスの逆流を防止する逆流防止弁で構成し、適正圧力の水素ガスを燃料電池部３８へ供給する。なおガス合流器５４あるいは、ガス配管１８又は１６に供給する燃料（水素又はメタン）の供給を調整あるいは選択する切替・調整弁を備えることが望ましい。
【００４７】
図４のシステム系統図を参照して、本発明による第４の実施の形態である燃料電池発電システムを説明する。燃料電池発電システムは、水素発生部１２と、メタン発生部１４と、メタン発生部１４とガス配管１８を通じて接続されたメタン貯蔵部としてのメタン貯蔵装置６４と、水素発生部１２とガス配管１６を通じて接続された水素貯蔵部としての水素貯蔵装置６２と、メタン貯蔵装置６４とガス配管６８を通じて接続される燃料処理装置３４と、燃料処理装置３４と燃料電池部３８とを接続するガス配管３６に挿入配置されたバルブ６１と、水素貯蔵装置６２と燃料電池部３８とを接続するガス配管６６に挿入配置されたバルブ６０と、を備える。
【００４８】
燃料電池発電システムは、水素発生部１２の発酵処理により発生した水素をガス配管１６を通じて水素貯蔵装置６２へ貯蔵する。また、メタン発生部１４の発酵処理により発生したメタンをガス配管１８を通じてメタン貯蔵装置６４へ貯蔵する。ここで、水素貯蔵装置６２もメタン貯蔵装置６４もガス吸収剤を用いて容器内に水素又はメタンを吸着貯蔵してもよく、ガス状の水素又はメタンを加圧して円筒形の容器に密閉し貯蔵してもよい。
【００４９】
水素及びメタンの発生部は、何れもガスを発生させるための所定時間を費やすため、電力需要３２が変動し、ピーク発電をする場合には水素発生部１２またはメタン発生部１４によるガス発生量が不足する場合がある。そこで、電力需要に応じた発電を運用するために電力の低需要期間に水素発生部１２により発生した水素を一旦水素貯蔵装置６２へ貯蔵し、またメタン発生部１４により発生したメタンを一旦メタン貯蔵装置６４へ貯蔵する。
【００５０】
貯蔵した水素ガスは、電力需要が上昇する時期にバルブ６０を開くことにより燃料電池部３８の燃料として供給され、空気２４と電気化学的に反応し燃料電池部３８により発電する。また、貯蔵したメタンガスは、電力需要が上昇する時期にバルブ６１を開くことにより、その圧力差によりメタン貯蔵装置６４からガス配管６８を通じて燃料処理装置３４へ供給され、メタンから水素を得て燃料電池部３８の燃料として供給される。水素は空気２４と電気化学的に反応し燃料電池部３８により発電する。バルブ６０、６１は、開度を調整することにより、各々の燃料の供給量を調整する調整弁であることが望ましい。
【００５１】
上記水素貯蔵装置６２のガス配管１６側には流入する水素ガスを水素発生部１２へ逆流させない不図示の逆支弁を設けるとよい。例えば、密閉された容器で構成する水素発生部１２内の原料１０が減少し又は容器内の浮遊物や沈殿物を除去する際に容器を開放させた場合、水素ガスが環境に放出することを防止することができる。
【００５２】
また上記メタン貯蔵装置６４のガス配管１８側には流入するメタンガスをメタン発生部１４へ逆流させない不図示の逆支弁を設けるとよい。例えば、密閉された容器で構成するメタン発生部１４内の原料１０が減少し又は容器内の浮遊物や沈殿物を除去する際に容器を開放させた場合、メタンガスが環境に放出することを防止することができる。
【００５３】
さらに、水素発生部１２とメタン発生部１４を交互に開放させ、容器内部の浮遊物や沈殿物を除去しながら、連続して密封状態の容器からガスを発生させることができる。したがって例えば、水素発生部１２がメンテナンスをしている間にメタン発生部１４で発生したメタンをメタン貯蔵装置６４へ貯蔵しながらメタンを燃料として燃料電池部３８へ供給すると伴に、水素貯蔵装置６２に貯蔵した水素を燃料として燃料電池部３８へ供給する。水素貯蔵装置６２内の水素量はメンテナンス期間中減少するが、メタンを燃料電池部３８へ供給し続けているため、水素の減少量は緩和され比較的長い時間に亘り水素発生部１２をメンテナンスでき、水素発生部１２の起動時間を考慮しても燃料電池発電システムは連続して発電することができる。同様に、メタン発生部１４がメンテナンスをしている間に水素発生部１２を稼動しても同様の作用を奏することはいうまでもない。
【００５４】
尚、本発明の燃料電池発電システムは、上述の図示例にのみ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において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
燃料電池部が水素燃料とメタン燃料を兼用して利用する燃料電池発電システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態の燃料電池発電システムを示す系統図である。
【図２】本発明の実施の形態の燃料電池発電システムを示す系統図である。
【図３】本発明の実施の形態の燃料電池発電システムを示す系統図である。
【図４】本発明の実施の形態の燃料電池発電システムを示す系統図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０      原料
１２      水素発生部
１４      メタン発生部
２０      水素燃料用燃料電池
２１      燃料電池部
２４      空気
２６      メタン燃料用燃料電池
３２      電力需要
３４      燃料処理装置
３８      燃料電池部
４０      排熱供給ライン
４２      排熱供給ライン
５０      燃料ガス
５２      燃料ガス供給部
５４      ガス合流器
６２      水素貯蔵装置
６４      メタン貯蔵装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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