(57)【要約】【課題】全体のエネルギー利用効率を向上させることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池９と、燃料電池９の排熱を利用して燃料電池９に供給される燃料ガスを生成する改質器７とを有する発電設備３を複数備え、各発電設備３，３，…において改質器７で生成された燃料ガスのうち燃料電池９の発電に要する燃料ガスに対する余剰燃料ガスを、発電設備３，３，…および燃料ガスステーション２０間で共有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池の排熱を利用して該燃料電池に供給される燃料ガスを生成する改質器と、を有する発電設備を複数備え、
前記各発電設備において前記改質器で生成された燃料ガスのうち前記燃料電池の発電に要する燃料ガスに対する余剰燃料ガスを、前記発電設備間あるいは前記発電設備と他の設備との間で共有する燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池の排熱を利用して該燃料電池に供給される燃料ガスを生成する改質器と、を有する発電設備を複数備えた燃料電池システム内のガス共有方法であって、
前記各発電設備において前記改質器で生成された燃料ガスのうち前記燃料電池の発電に要する燃料ガスに対する余剰燃料ガスを、前記発電設備間あるいは前記発電設備と他の設備との間で共有する燃料電池システム内のガス共有方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ガス及び燃料ガスの反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池システムが注目されている。このような燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素と排熱と電力とを複数の設備（コンビニエンスストア、一般家庭、発電所及び水素ステーション等）で共有する技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術では、水素は水素、排熱は排熱、電力は電力で、それぞれ別々に共有するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３５５８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した技術の場合、特に排熱を設備間で共有する場合のエネルギーの損失が大きく、全体としてエネルギーを十分に有効利用できていない。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、全体のエネルギー利用効率を向上させることができる燃料電池システム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】
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池の排熱を利用して該燃料電池に供給される燃料ガスを生成する改質器と、を有する発電設備を複数備え、前記各発電設備において前記改質器で生成された燃料ガスのうち前記燃料電池の発電に要する燃料ガスに対する余剰燃料ガスを、前記発電設備間あるいは前記発電設備と他の設備との間で共有する。
【０００６】
また、本発明に係る燃料電池システム内のガス共有方法は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、該燃料電池の排熱を利用して該燃料電池に供給される燃料ガスを生成する改質器と、を有する発電設備を複数備えた燃料電池システム内のガス共有方法であって、前記各発電設備において前記改質器で生成された燃料ガスのうち前記燃料電池の発電に要する燃料ガスに対する余剰燃料ガスを、前記発電設備間あるいは前記発電設備と他の設備との間で共有する。
【０００７】
以上の構成によれば、発電設備間あるいは発電設備と他の設備との間（以下、単に「設備間」という。）で共有することによるエネルギー損失が大きい燃料電池の排熱については、同一発電設備内の改質器による燃料ガスの生成に用いることで、その損失を小さく抑えることができ、効率良く利用できることになる。そして、このようにして各発電設備において排熱を効率良く利用して改質器で生成した、設備間での共有でも損失が生じにくい燃料ガスについて、その余剰燃料ガスを設備間で共有する。
【０００８】
前記燃料電池としては、例えば固体酸化物型燃料電池の採用が可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
【００１１】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、家庭や業務場所（例えば、コンビニエンスストア、銭湯、理容店、レストラン等）である複数の設置場所２，２，…にそれぞれ個別の発電設備３を備えて構成されている。
【００１２】
各発電設備３，３，…は、それぞれ、メタン等の炭化水素系燃料からなる原燃料を貯留する原燃料貯留設備５と、この原燃料貯留設備５に配管６を介して接続されこの原燃料貯留設備５からの原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する改質器７と、改質器７に配管８を介して接続されこの改質器７から供給される燃料ガスと酸化ガスである空気との電気化学反応によって発電する定置型の燃料電池９とを有している。
【００１３】
そして、各発電設備３，３，…において、燃料電池９は、それぞれ同じ設置場所２に設けられて電力を消費する電気機器類（電力消費装置）１０の要求電力に応じて発電する、あるいは、要求電力とは無関係に定格で発電する。
【００１４】
ここで、燃料電池９は、定置型として用いられる発電効率が高い固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。この燃料電池９は、作動温度が例えば７００℃〜１０００℃と高温であるため、発電時に比較的高温となり発熱量が多い。このため、燃料電池９が発生する熱を同じ設置場所２に設けられた給湯機器等の排熱使用機器類１１で使用するとともに（図１矢印Ａ参照）、燃料電池９に改質器７を付設して、排熱使用機器類１１で使用しない残りの排熱を全面的に改質器７の改質反応の促進に利用するようになっている（図１矢印Ｂ参照）。
【００１５】
そして、上記のような複数の各発電設備３，３，…の改質器７と燃料電池９とを結ぶ配管８からは、それぞれ分岐配管１４が分岐しており、これら分岐配管１４，１４，…が複数の各発電設備３，３，…同士を結ぶ共用配管１５に接続されている。
【００１６】
また、複数の各発電設備３，３，…において、それぞれ配管８における分岐配管１４の分岐位置には、改質器７からの燃料ガスを燃料電池９と分岐配管１４とに適宜分配する分配器１７が設けられている。さらに、各発電設備３，３，…においては、燃料電池９及び電気機器類１０の状態に応じて分配器１７を制御する制御装置１８が設けられている。
【００１７】
上記した共用配管１５には、上記した複数の発電設備３，３，…に加えて、燃料ガスステーション（他の設備）２０が配管２１を介して接続されている。
【００１８】
この燃料ガスステーション２０は、配管２１に接続されるとともに燃料ガスを貯留するガスタンク２２と、ガスタンク２２に貯留している燃料ガスを、燃料電池の発電で電動モータを駆動して走行する燃料電池走行車両や燃料ガスを燃焼させる内燃機関の駆動力で走行する燃料ガス走行車両等の車両２３の車載タンク２３ａに供給するガス供給装置２４とを有している。
【００１９】
そして、各発電設備３，３，…においては、それぞれ、制御装置１８が、原燃料貯留設備５に貯留された原燃料を改質器７で改質させて燃料ガスを生成し、この燃料ガスを用いて燃料電池９に、同じ設置場所２に設けられた電気機器類１０の要求電力に応じて、あるいは、定格で発電させることになるが、その際に発生する燃料電池９の排熱を、必要により同じ設置場所２に設けられた排熱使用機器類１１が使用し、残りの排熱は、付設された改質器７による改質反応つまり燃料ガスの生成を促進するために用いることになる。
【００２０】
このとき、改質器７で生成された燃料ガスに対して、同じ発電設備３の燃料電池９による要求電力の発電に要する燃料ガスが少ない場合があり、このような場合であっても、改質器７では排熱使用機器類１１に使用する以外の燃料電池９の排熱を全面的に改質反応に利用して燃料ガスを最大限生成し続ける。
【００２１】
そして、制御装置１８が、分配器１７を制御して、改質後の燃料ガスのうち、燃料電池９による要求電力の発電に要する燃料ガスだけを燃料電池９に送り、残りの余剰燃料ガスを、分岐配管１４から共用配管１５に送って、例えば近隣の燃料ガスステーション２０のガスタンク２２に貯留させることになる。つまり、余剰燃料ガスを発電設備３と他の設備である燃料ガスステーション２０との間で共有する。
【００２２】
すると、燃料ガスステーション２０から燃料ガスの供給を受ける車両２３が、上記した余剰燃料ガスを含む燃料ガスの供給を受けることになる。つまり、発電設備３における余剰燃料ガスが、燃料ガスステーション２０を介して、複数の車両２３にも共有されることになる。
【００２３】
また、例えば、他の発電設備３において、原燃料貯留設備５内の原燃料が不足すること等によって、燃料電池９に供給される発電用の燃料ガスが不足している場合に、この発電設備３の分配器１７を制御することでこの発電設備３に共用配管１５及び分岐配管１４を介して余剰燃料ガスを供給することになる。
【００２４】
以上に述べた本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、複数の各発電設備３，３，…において、設備間で共有することによるエネルギー損失が大きい燃料電池９の排熱については、同一設備内の改質器７による燃料ガスの生成に用いることで、その損失を小さく抑えることができ、効率良く利用できることになる。
【００２５】
このように燃料電池９の発電時に発生する排熱を改質反応に必要なエネルギーとして利用すると、燃料ガスの改質効率は利用しない場合の６０％に対して１００％近くまで上昇することになる。そして、このようにして各発電設備３，３，…において排熱を効率良く利用して改質器７で生成した、設備間での共有でも損失が生じにくい燃料ガスについて、その余剰燃料ガスを、発電設備３，３，…及び燃料ガスステーション２０を含む複数の設備間で共有する。
【００２６】
したがって、全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。つまり、炭化水素系燃料を出発原燃料とするエネルギーフローの中で効率の高いシステムとなり、一時エネルギー消費削減及び二酸化炭素発生量削減に繋がることになる。
【００２７】
なお、上記した発電設備３としては、例えば集合住宅等において各住戸に対する発電を一箇所で集中して行う集中型の発電設備も含まれることになり、この場合も、集中型の発電設備に大型の燃料電池９及び大型の改質器７を設置し、発電の排熱で改質器７で改質を行い、余った燃料ガスを燃料ガスステーション２０等の他の設備に送ることになる。
【００２８】
また、上記実施形態では、原燃料供給源として原燃料貯留設備５を例に挙げているが、このような貯留設備に限らず、例えば都市ガス等のパイプラインを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…燃料電池システム、３…発電設備（他の設備）、７…改質器、９…燃料電池、１０…電気機器類（電力消費装置）、２０…燃料ガスステーション（設備）。
【図１】
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