(57)【要約】【課題】できるだけイオウ化合物濃度の低い炭化水素ガスを燃料電池発電装置に供給することができ、その実現に当たっての課題が少ない燃料電池発電装置へのガス供給装置を提供する。【解決手段】燃料電池発電装置７には、第１のガス容器１と第２のガス容器２のうちで相対的にイオウ化合物濃度の低い方のガス容器から液化炭化水素ガスを供給し、ガス使用装置８には、第１のガス容器１と第２のガス容器２のうちで相対的にイオウ化合物濃度の高い方のガス容器から液化炭化水素ガスを供給するように、燃料電池発電装置７の運転開始時に、流路制御装置１２が、第１の積算流量計５と第２の積算流量計６の計測結果を基に流路切り替え装置１１を操作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した第１のガス容器および第２のガス容器と、前記液化炭化水素ガスを用いて発電する燃料電池発電装置と、前記液化炭化水素ガスを使用する前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置と、一端が前記第１のガス容器に接続された第１のガス配管と、一端が前記第２のガス容器に接続された第２のガス配管と、一端が前記燃料電池発電装置に接続された第３のガス配管と、一端が前記ガス使用装置に接続された第４のガス配管と、前記第１のガス容器の状態を検出する前記第１のガス容器状態検出手段と、前記第２のガス容器の状態を検出する前記第２のガス容器状態検出手段と、前記第１のガス配管から前記第４のガス配管のそれぞれの他端に接続され、前記第３のガス配管を前記第１のガス配管または前記第２のガス配管に切り替え可能に接続すると共に前記第４のガス配管を前記第１のガス配管または前記第２のガス配管に切り替え可能に接続する流路切り替え装置と、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に前記第３のガス配管が前記第１のガス配管または前記第２のガス配管のどちらか一方に接続されるように前記流路切り替え装置を操作する流路制御装置とを備えた、燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項２】
前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段として、積算ガス流量計を用いた、請求項１記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項３】
前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段として、ガス残量測定装置を用いた、請求項１記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項４】
前記流路制御装置は、前記燃料電池発電装置の運転開始時に、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のうちで相対的にイオウ化合物濃度が低い方を判定して、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の低い方から前記液化炭化水素ガスが前記燃料電池発電装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作する、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項５】
前記流路制御装置は、前記燃料電池発電装置の運転中に、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果から前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のうちで前記液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給している方が相対的にイオウ化合物濃度が高い方に変わったことを検知すると、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の低い方に変わったガス容器から前記液化炭化水素ガスが前記燃料電池発電装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作する、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項６】
前記流路制御装置は、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の高い方から、前記液化炭化水素ガスが前記ガス使用装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作する、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項７】
前記流路制御装置は、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか前記切り替え装置を介して前記燃料電池発電装置と接続された方のガス容器からのガス使用量が所定量を超えると、前記燃料電池発電装置の発電出力を低下、または停止する信号を発する、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置へのガス供給装置。
【請求項８】
燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容
器のうちで相対的にイオウ化合物濃度の低い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的にイオウ化合物濃度の高い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法。
【請求項９】
燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容器のうちで相対的に前記ガス容器からの積算ガス流量が少ない方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的に前記ガス容器からの積算ガス流量が多い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法。
【請求項１０】
燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容器のうちで相対的にガス残量が多い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的にガス残量が少ない方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法。
【請求項１１】
前記燃料電池発電装置の運転中に、液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給しているガス容器が、前記燃料電池発電装置に接続可能な他のどのガス容器よりもイオウ化合物濃度が低いガス容器の条件を満たさなくなると、前記燃料電池発電装置に接続可能な複数のガス容器のうちで最もイオウ化合物濃度の低いガス容器の条件を満たすようになったガス容器から前記液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給するようにする燃料電池発電装置へのガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化炭化水素ガスを原料として発電する燃料電池発電装置へのガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、燃料電池と、燃料電池に水素を含んだ燃料ガスを供給する水素生成装置と、燃料電池が発電した直流電力を交流電力へ変換するインバーター回路、およびそれらを制御する制御装置などによって構成されている。燃料電池には種々の方式が用いられており、低温で動作する固体高分子形燃料電池が一般的であるが、近年では高温で動作する固体酸化物形燃料電池も普及し始めている。
【０００３】
また、水素生成装置に用いる水素生成部にも部分酸化方式やオートサーマル方式など幾つかの方式があるが、原料となる炭化水素化合物と水蒸気を、改質触媒を充填してなる改質部で高温で反応させる水蒸気改質方式が主流である。
【０００４】
水蒸気改質方式では、反応に必要な水蒸気は改質用水として供給された後、蒸発部によって加熱蒸発されて改質部に供給される。水蒸気改質反応は６００℃程度以上の高温を要する反応であり、その熱源としては燃料電池から排出される未反応の水素ガスを含んだオフガスをバーナーで燃焼して生じる燃焼ガスが用いられる。
【０００５】
なお、原料としては都市ガスや、ＬＰガス、灯油、バイオガスなど炭化水素を含んだものであれば原理上どれでも使用し得るが、入手のしやすさや燃料電池発電装置の構成の容易さから、都市ガスとＬＰガスが一般的に用いられる。都市ガスは主成分がメタンガスであり、埋設された配管を介して供給されるが、ＬＰガスは主成分がプロパンガスであり、ガス容器に液化充填されて供給される。
【０００６】
都市ガス、ＬＰガス共に、漏洩検地のためにイオウ化合物からなる付臭剤を添加している。都市ガスの場合は気体として供給されるガス中にほぼ一定濃度の付臭剤が添加されているが、ＬＰガスの場合は液化ガス中に添加されており、しかもＬＰガス中の付臭剤はプロパンガスよりも気化し難いので、ＬＰガスの使用と共に液化ガス中に付臭剤が濃縮されるという現象が生じる。
【０００７】
そのためＬＰガスの場合、図５に示したように、ガスの使用と共にガス中のイオウ化合物濃度が徐々に増加し、使用率が８０〜９０％を超えると、それまで１０ｐｐｍ程度以下であったイオウ化合物濃度が１００ｐｐｍを超える濃度に急激に増加して放出することが報告されている（非特許文献１参照）。
【０００８】
燃料電池発電装置に搭載される水素生成装置は反応促進のために触媒を用いているが、触媒材料は付臭剤のイオウ化合物によって被毒され、活性を失ってしまう。そのため、燃料電池発電装置に供給された炭化水素ガスは、先ず脱硫装置によりイオウ化合物を除去している。
【０００９】
脱硫装置としては、室温で動作する吸着脱硫方式と、２００℃程度以上の高温で動作する水添脱硫方式があるが、いずれの方式も吸着除去できるイオウ濃度には限界があり、１００ｐｐｍを超える高濃度イオウ化合物が供給され続けると脱硫が不完全となり、水素生成装置の触媒が被毒されてしまう。
【００１０】
そこで、ＬＰガスを原料とする場合はガス容器中のガス使用率を８０〜９０％程度以下に抑える必要がある。しかしその場合、残った高濃度のイオウ化合物を含んだガスを使用できないという課題があった。
【００１１】
そこで、ガス容器から供給されるガス中のイオウ化合物濃度を測定するイオウ化合物濃度計を用い、その測定濃度が一定値以上の高濃度になった場合、このガスは水素生成部で使用せず、水蒸気改質反応の熱源となるバーナーへ送ってバーナー燃焼の燃料として使用し、水素生成部へは新たなガス容器からイオウ化合物濃度の低い炭化水素ガスを供給する方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
この方法によれば、脱硫装置のイオウ脱硫負荷を低減し、しかもガス容器中のガスをほぼ全て利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２３３９０１号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構研究評価委員会“「ＬＰガス固体高分子形燃料電池システム開発事業」事後評価報告書”、P2.1.1-3、図３、[online]、平成１８年１０月、［平成２７年５月１１日検索］、インターネット〈URL:http://www.nedo.go.jp/content/100096455.pdf 〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら上記従来技術では、燃料電池から排出されるオフガスと高イオウ濃度ガスを混合してバーナーで燃焼するため、水素生成部への加熱量が過剰となり、水素生成部が過昇温してしまう。過剰な加熱は発電に必要な水素以上の過剰の水素を生成してしまうため、燃料電池発電装置の発電効率の低下を招いてしまうという課題がある。
【００１６】
また、水素生成部の過加熱は高温で運転される水素生成装置の構造体寿命、および触媒寿命を低下させるという課題もある。さらに、ガス濃度計は経時的な検出濃度のズレを修正するための校正作業や交換作業が必要であるという課題もある。
【００１７】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、できるだけイオウ化合物濃度の低い炭化水素ガスを燃料電池発電装置に供給することができ、その実現に当たっての課題が少ない燃料電池発電装置へのガス供給装置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】
【００１８】
上記従来の課題を解決するため、本発明の燃料電池発電装置へのガス供給装置は、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した第１のガス容器および第２のガス容器と、前記液化炭化水素ガスを用いて発電する燃料電池発電装置と、前記液化炭化水素ガスを使用する前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置とを接続するガス配管の途中に設けられた流路切り替え装置と、第１のガス容器状態検出手段と第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に前記流路切り替え装置を操作する流路制御装置とを備えている。
【００１９】
これにより、第１のガス容器状態検出手段と第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に相対的にイオウ化合物濃度の低いガス容器を燃料電池発電装置へ接続し、相対的にイオウ化合物濃度の高いガス容器は燃料電池発電装置以外のガス使用装置へ接続して供給することが可能となる。
【００２０】
従って、燃料電池発電装置の脱硫装置のイオウ脱硫負荷を上昇させることがなく、ガス容器中のガスを無駄なく消費することができる。さらに相対的にイオウ化合物濃度の高いガスは、燃料電池発電装置以外のガス使用装置で消費させるので、水素生成部のバーナーで燃焼させる必要もない。
【００２１】
そのために、水素生成部を過昇温することもなく、燃料電池発電装置の発電効率の低下もなく、水素生成装置の構造体寿命、および触媒寿命を低下させるという課題も解決できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、脱硫装置のイオウ脱硫負荷を低く抑えたまま、ガス容器中のガスをほぼ全て消費することができる。しかも従来技術で課題となっていた水素生成部の過加熱による水素生成装置の構造体寿命、および触媒寿命の低下という問題や、燃料電池発電装置の発電効率の低下という問題点を解決することができる。さらに、ガス濃度計の校正や交換といった作業も大きく減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置へのガス供給装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置へのガス供給装置の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置へのガス供給装置の概略構成図
【図４】本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置へのガス供給装置の動作を示すフローチャート
【図５】ＬＰガス容器中のガス使用量と、ガス中のイオウ化合物濃度の関係を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した第１のガス容器および第２のガス容器と、前記液化炭化水素ガスを用いて発電する燃料電池発電装置と、前記液化炭化水素ガスを使用する前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置と、一端が前記第１のガス容器に接続された第１のガス配管と、一端が前記第２のガス容器に接続された第２のガス配管と、一端が前記燃料電池発電装置に接続された第３のガス配管と、一端が前記ガス使用装置に接続された第４のガス配管と、前記第１のガス容器の状態を検出する前記第１のガス容器状態検出手段と、前記第２のガス容器の状態を検出する前記第２のガス容器状態検出手段と、前記第１のガス配管から前記第４のガス配管のそれぞれの他端に接続され、前記第３のガス配管を前記第１のガス配管または前記第２のガス配管に切り替え可能に接続すると共に前記第４のガス配管を前記第１のガス配管または前記第２のガス配管に切り替え可能に接続する流路切り替え装置と、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に前記第３のガス配管が前記第１のガス配管または前記第２のガス配管のどちらか一方に接続されるように前記流路切り替え装置を操作する流路制御装置とを備えた、燃料電池発電装置へのガス供給装置である。
【００２５】
これにより、第１のガス容器状態検出手段と第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に相対的にイオウ化合物濃度の低いガス容器を燃料電池発電装置へ接続し、相対的にイオウ化合物濃度の高いガス容器は燃料電池発電装置以外のガス使用装置へ接続して供給することが可能となる。
【００２６】
そして、燃料電池発電装置の脱硫装置のイオウ脱硫負荷を上昇させることがなく、ガス容器中のガスを無駄なく消費することができる。イオウ化合物濃度の高いガスは、燃料電
池発電装置以外のガス使用装置で消費させるので、水素生成部を過昇温することもなく、燃料電池発電装置の発電効率の低下もなく、水素生成装置の構造体寿命、および触媒寿命を低下させるという課題も解決できる。
【００２７】
第２の発明は、特に、第１の発明における、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段として、積算ガス流量計を用いたものである。
【００２８】
一般に、イオウ化合物濃度を検出する手段としては、イオウ化合物濃度計を用いることが簡便であるが、特に数ｐｐｍ程度の微量濃度を測定する必要のあるイオウ化合物濃度計は、経時的なズレを補正するために定期的な校正が必要となる。しかも寿命も燃料電池発電装置の寿命に比べて短いのでガス濃度計の交換作業が必要となる。
【００２９】
それに比べ、積算ガス流量計は経時的なズレが小さく寿命も長いので、ガス濃度計を用いる場合のように、濃度の校正作業やガス濃度計の交換といった作業を大きく減らすことができる。
【００３０】
しかも、図５に示されたＬＰガス容器中のガス使用量とガス中のイオウ化合物濃度の相関関係と組み合わせて使用することにより、イオウ化合物濃度検出手段としての役割を果たすことができる。
【００３１】
そして、流路制御装置は、燃料電池発電装置の運転時（運転開始時）に、燃料電池発電装置に炭化水素ガスを供給するガス容器として、第１と第２のガス容器のうちで、相対的に積算ガス流量計の少ないガス容器を選択すれば、燃料電池発電装置の脱硫装置のイオウ脱硫負荷を低減することができる。
【００３２】
第３の発明は、特に、第１の発明における、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段として、ガス残量測定装置を用いたものである。
【００３３】
ガス残量測定装置としては、ガス容器中の液面位置を検出する超音波式液面計やフロート式液面計、あるいは重量計などが実用化されているので、これらを用いても良い。あるいは、ガス流量計を用いて残量を測定しても良い。
【００３４】
いずれの方法でもイオウ化合物濃度計を用いる方法に比べて信頼性が高く、図５に示されたＬＰガス容器中のガス使用量とガス中のイオウ化合物濃度の相関関係を用いれば２つのガス容器のうちどちらの方がイオウ化合物濃度が低いか、十分に判断し得る。
【００３５】
第４の発明は、特に、第１から第３の発明における、前記流路制御装置が、前記燃料電池発電装置の運転開始時に、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果を基に前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のうちで相対的にイオウ化合物濃度が低い方を判定して、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の低い方から前記液化炭化水素ガスが前記燃料電池発電装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作するものである。
【００３６】
これにより、燃料電池発電装置にはイオウ化合物濃度の低いガス容器を接続して運転を開始することができ、脱硫装置のイオウ脱硫負荷を抑えることができる。
【００３７】
第５の発明は、特に、第１から第３の発明における、前記流路制御装置が、前記燃料電池発電装置の運転中に、前記第１のガス容器状態検出手段と前記第２のガス容器状態検出手段の両方の検出結果から前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のうちで前記液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給している方が相対的にイオウ化合物濃度が高い
方に変わったことを検知すると、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の低い方に変わったガス容器から前記液化炭化水素ガスが前記燃料電池発電装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作するものである。
【００３８】
これにより、燃料電池発電装置の運転中にもイオウ化合物濃度の低いガス容器を選択して使用するので、一層脱硫装置のイオウ脱硫負荷を抑えることができ、脱硫装置の寿命をより一層長くすることができる。
【００３９】
第６の発明は、特に、第１から第５の発明における、前記流路制御装置が、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか相対的にイオウ化合物濃度の高い方から、前記液化炭化水素ガスが前記ガス使用装置に供給されるように、前記流路切り替え装置を操作するものである。
【００４０】
これにより、イオウ化合物濃度の高いガス容器のガスをガス使用装置に接続して無駄なく消費することができる。
【００４１】
第７の発明は、特に、第１から第５の発明における、前記流路制御装置が、前記第１のガス容器と前記第２のガス容器のどちらか前記切り替え装置を介して前記燃料電池発電装置と接続された方のガス容器からのガス使用量が所定量を超えると、前記燃料電池発電装置の発電出力を低下、または停止する信号を発するものである。
【００４２】
この所定量をガス充填量の８０〜９０％とすることにより、高濃度のイオウ化合物が燃料電池発電装置に供給されることを防止でき、脱硫装置のイオウ脱硫負荷をより一層抑えることができる。
【００４３】
例えば、流路制御装置は、燃料電池発電装置に供給するガス容器の使用量が８０％に達すると、燃料電池発電装置の発電出力低下信号を発し、燃料電池発電装置はその信号を受けて出力を最低出力まで低下するように構成しておくと、ガス容器から流出するイオウ化合物濃度が急激に増加するまでの運転時間を伸ばすことができる。
【００４４】
更に、使用量が９０％にまで達すると、流路制御装置は燃料電池発電装置の発電停止信号を発し、燃料電池発電装置はその信号を受けて運転を停止する。これにより、イオウ化合物濃度が高いガスが燃料電池発電装置へ供給されることを防止でき、脱硫不完全により水素生成装置の触媒が被毒されてしまう危険性を防止できる。
【００４５】
第８の発明は、燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容器のうちで相対的にイオウ化合物濃度の低い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的にイオウ化合物濃度の高い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法である。
【００４６】
これにより、相対的にイオウ化合物濃度の低いガス容器を燃料電池発電装置へ接続し、相対的にイオウ化合物濃度の高いガス容器は燃料電池発電装置以外のガス使用装置へ接続して供給するので、燃料電池発電装置の脱硫装置のイオウ脱硫負荷を上昇させることがなく、ガス容器中のガスを無駄なく消費するガス供給方法とすることができる。
【００４７】
第９の発明は、燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容器のうちで相対的にガス容器からの積算ガス流量が少ない方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的にガス容器からの積算ガス流量が多い方のガス容器から
前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法である。
【００４８】
一般に、イオウ化合物濃度を検出する手段としては、イオウ化合物濃度計を用いることが簡便であるが、特に数ｐｐｍ程度の微量濃度を測定する必要のあるイオウ化合物濃度計は、経時的なズレを補正するために定期的な校正が必要となる。しかも寿命も燃料電池発電装置の寿命に比べて短いのでガス濃度計の交換作業が必要となる。
【００４９】
それに比べ、積算ガス流量計は経時的なズレが小さく寿命も長いので、ガス濃度計を用いる場合のように、濃度の校正作業やガス濃度計の交換といった作業を大きく減らすことができる。
【００５０】
しかも、図５に示されたＬＰガス容器中のガス使用量とガス中のイオウ化合物濃度の相関関係と組み合わせて使用することにより、イオウ化合物濃度検出手段としての役割を果たすことができる。
【００５１】
これにより、イオウ化合物濃度計の代わりに積算ガス流量計を用いて、図５に示されたＬＰガス容器中のガス使用量とガス中のイオウ化合物濃度の相関関係を利用して、相対的にイオウ化合物濃度の低いガス容器を燃料電池発電装置へ接続し、相対的にイオウ化合物濃度の高いガス容器は燃料電池発電装置以外のガス使用装置へ接続して供給することができる。
【００５２】
第１０の発明は、燃料電池発電装置には、イオウ化合物を含んだ液化炭化水素ガスを充填した複数のガス容器のうちで相対的にガス残量が多い方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給し、前記燃料電池発電装置以外のガス使用装置には、複数の前記ガス容器のうちで相対的にガス残量が少ない方のガス容器から前記液化炭化水素ガスを供給する燃料電池発電装置へのガス供給方法である。
【００５３】
これにより、ガス残量からガス使用量を算出して、図５に示されたＬＰガス容器中のガス使用量とガス中のイオウ化合物濃度の相関関係を利用して、相対的にイオウ化合物濃度の低いガス容器を燃料電池発電装置へ接続し、相対的にイオウ化合物濃度の高いガス容器は燃料電池発電装置以外のガス使用装置へ接続して供給することができる。
【００５４】
第１１の発明は、前記燃料電池発電装置の運転中に、液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給しているガス容器が、前記燃料電池発電装置に接続可能な他のどのガス容器よりもイオウ化合物濃度が低いガス容器の条件を満たさなくなると、前記燃料電池発電装置に接続可能な複数のガス容器のうちで最もイオウ化合物濃度の低いガス容器の条件を満たすようになったガス容器から前記液化炭化水素ガスを前記燃料電池発電装置に供給するようにする燃料電池発電装置へのガス供給方法である。
【００５５】
これにより、燃料電池発電装置の運転中にもイオウ化合物濃度の低いガス容器を選択して使用するので、一層脱硫装置のイオウ脱硫負荷を抑えることができ、脱硫装置の寿命をより一層長くすることができる。
【００５６】
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、本発明の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００５７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における、ＬＰガスを原料とする燃料電池発電装置、およびその他のガス使用装置へＬＰガスを供給するガス供給装置の概略構成図を示すものである。
【００５８】
図１において、ＬＰガスの供給元にはＬＰガスを充填した第１のガス容器１と第２のガス容器２を用い、この供給側に第１のガス配管３と第２のガス配管４、および第１の積算流量計５と第２の積算流量計６を接続している。ガスの利用側には、燃料電池発電装置７と燃料電池発電装置７以外のガス使用装置８が接続されている。
【００５９】
ガス使用装置８は、例えば、台所で使用するガスコンロや暖房用のガスストーブ等であり、簡略化のために、これらをまとめてガス使用装置８としている。燃料電池発電装置７とガス使用装置８には、ＬＰガスを供給するための第３のガス配管９と第４のガス配管１０が接続されている。
【００６０】
第１のガス配管３と第２のガス配管４、および第３のガス配管９と第４のガス配管１０の接続部には、流路切り替え装置１１を備えている。流路切り替え装置１１は図示したように４つの開閉弁１３ａ〜１３ｄと配管で構成されており、流路制御装置１２からの制御により供給側の第１のガス配管３と第２のガス配管４と、利用側の第３のガス配管９と第４のガス配管１０を交互に接続できる構成となっている。
【００６１】
例えは、供給側の第１のガス配管３を利用側の第３のガス配管９、または第４のガス配管１０に接続したり、あるいは供給側の第２のガス配管４を利用側の第３のガス配管９、または第４のガス配管１０に接続することができる。
【００６２】
ただし、２本の第１のガス容器１と第２のガス容器２は燃料電池発電装置７とガス使用装置８の各々どちらか一方としか接続しない。開閉弁１３ａ〜１３ｄの動作は、流路制御装置１２によって制御されており、供給側の第１のガス配管３を、利用側の第３のガス配管９と第４のガス配管１０に同時に接続したり、あるいは、供給側の第１のガス配管３と第２のガス配管４を、利用側の第３のガス配管９に同時に接続することが無いように制御されている。
【００６３】
また、流路制御装置１２には第１の積算流量計５と第２の積算流量計６から流量信号を受け取るように構成されており、流路制御装置１２から燃料電池発電装置７には、レベル１、レベル２、レベル３の３段階の信号を発するように構成されている。この信号は、レベル１は０Ｖ、レベル２は５Ｖ、レベル３は１０Ｖの直流電圧信号としている。
【００６４】
以上のように構成されたガス供給装置について、その動作、作用を説明する。
【００６５】
先ず、第１のガス容器１と第２のガス容器２を新しいものと交換した際には、各々に接続される第１の積算流量計５と第２の積算流量計６の積算流量をゼロにリセットして流量を積算し始める。通常は、ガス容器は１本ずつ交換するので、各々のガス容器に接続された積算流量計の値は異なっている。
【００６６】
図２は本実施の形態の動作を示すフローチャートである。燃料電池発電装置７を運転する際の動作を、図２を参照しながら説明する。
【００６７】
運転がスタートすると（ＳＴＥＰ１）、起動信号が流路制御装置１２へ伝えられ、流路制御装置１２は、第１の積算流量計５と第２の積算流量計６の積算流量値を比較して、第１のガス容器１と第２のガス容器２のどちらの積算流量が少ないかを判断する（ＳＴＥＰ２）。
【００６８】
その結果、例えば、第１のガス容器の積算流量の方が少なければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを開、開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄ
を閉とし、燃料電池発電装置７を第１のガス容器１へ接続し、ガス使用装置８を第２のガス容器２へ接続する（ＳＴＥＰ３）。
【００６９】
逆に、第２のガス容器の積算流量の方が少なければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを開、開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを閉とし、燃料電池発電装置７を第２のガス容器２へ接続し、ガス使用装置８を第１のガス容器１へ接続する（ＳＴＥＰ４）。その後、燃料電池発電装置７は起動を開始し（ＳＴＥＰ５）、条件が整った段階で発電を開始する（ＳＴＥＰ６）。
【００７０】
このようにして、燃料電池発電装置７は積算流量の少ないガス容器に接続して運転を開始する。図５に示したように、ガス使用量の少ないガス容器の方から流出するイオウ化合物の濃度が少ないので、本実施の形態のガス供給装置を用いて起動すると、燃料電池発電装置７に搭載した脱硫装置のイオウ脱硫負荷を抑えることができ、脱硫装置の寿命を長くすることができる。
【００７１】
また、本実施の形態では、燃料電池発電装置７の運転中、流路制御装置１２は、常時、第１の積算流量計５と第２の積算流量計６の積算流量値を比較し、第１のガス容器１と第２のガス容器２のどちらの積算流量が少ないかを判断している（ＳＴＥＰ７）。
【００７２】
その結果、例えば、第１のガス容器の積算流量の方が少なければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを開、開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを閉とし、燃料電池発電装置７を第１のガス容器１へ接続し、ガス使用装置８を第２のガス容器２へ接続する（ＳＴＥＰ８）。
【００７３】
逆に、第２のガス容器の積算流量の方が少なければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを開、開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを閉とし、燃料電池発電装置７を第２のガス容器２へ接続し、ガス使用装置８を第１のガス容器１へ接続する（ＳＴＥＰ９）。
【００７４】
その後、燃料電池発電装置７の運転状態を判断し（ＳＴＥＰ１０）、運転継続中でなければ流路切り替え装置１１の現時点での接続状態を維持したまま運転を停止する（ＳＴＥＰ１１）。一方、運転継続中であればＳＴＥＰ７へ戻り第１の積算流量計５と第２の積算流量計６の積算流量値を比較し、流路切り替え装置１１の弁を制御している。
【００７５】
従って、ガス使用装置８は、常時、積算流量の多いガス容器に接続されており、イオウ濃度の高いガスはガス使用装置８で消費される。
【００７６】
運転中は、常時、ＳＴＥＰ７で積算流量値を比較しているので、燃料電池発電装置７が停止する際は、流路制御装置１２は積算流量の少ないガス容器を燃料電池発電装置７に接続し、積算流量の多いガス容器はガス使用装置８に接続された状態で停止する。
【００７７】
そのため、燃料電池発電装置７が停止中は、ガス使用装置８には積算流量の多いガス容器が接続されているので、ガス使用装置８にはイオウ濃度の高いガスが供給されて消費されることとなり、イオウ濃度の高いガスを有効に使用することができる。
【００７８】
本実施の形態の流路制御装置１２は、通常は燃料電池発電装置７に対してレベル１の信号を発しており、このレベルの場合は、燃料電池発電装置７は通常通りに発電要求負荷に応じた運転を行っている。
【００７９】
しかし、燃料電池発電装置７に接続されたガス容器の使用量が、８０％に達すると燃料
電池発電装置７に対してレベル２の信号を発する。この信号を受けると、燃料電池発電装置７は発電出直を最低出力に低下し、ＬＰガスの使用量を抑制する。
【００８０】
更に運転が継続され、燃料電池発電装置７に接続されたガス容器の使用量が、９０％に達すると燃料電池発電装置７に対してレベル３の信号を発する。
【００８１】
ガス容器の使用量が９０％以上では高濃度のイオウ化合物が供給されるため、そのまま運転を継続すると脱硫装置の寿命を著しく低下させ、脱硫不完全により水素生成装置の触媒が被毒されてしまう。そこで、燃料電池発電装置７はレベル３の信号を受けると、運転を停止するように制御されている。
【００８２】
このようにして、本実施の形態のガス供給装置を用いると、燃料電池発電装置７の脱硫装置の脱硫負荷を大きく低減することができ、脱硫装置の寿命を伸ばすことができる。
【００８３】
本実施の形態では、ガス容器内のガス残量を把握するために積算ガス流量計を用いた。積算ガス流量計は予めゼロにセットした値から、ガス容器から流出したガス量を加算して流出した合計量を測定するものであるが、逆に、予めセットしたガス容器に充填されたガス量から使用量を差し引いてガス容器中の残量を測定するガス残量測定装置を用いてもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、積算ガス流量計を第１のガス配管３と第２のガス配管４に設置した。
【００８５】
しかし、流路制御装置１２に制御される流路切り替え装置１１の動作により第３のガス配管９と第４のガス配管１０に第１のガス容器１と第２のガス容器２のどちらからガスが供給されているか把握できるので、瞬時ガス流量計を第３のガス配管９と第４のガス配管１０に設置してそれぞれの瞬時流量を流路制御装置１２へ伝達すれば、流路制御装置１２は第１のガス容器１と第２のガス容器２のガス消費量を知ることができ、図５の特性から流出するガス中のイオウ化合物濃度を把握できる。
【００８６】
このように流出するガス中のイオウ化合物の濃度推測するための手段の設置場所は、第１のガス配管３と第２のガス配管４に限定される必要はなく、第３のガス配管９と第４のガス配管１０でも良い。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第１のガス容器１と第２のガス容器２を各々１本ずつのガス容器として説明したが、本実施の形態は、ガス容器の本数を制限するものではない。ガス使用量の多い場所では、複数のガス容器をまとめて第１のガス容器１、および第２のガス容器２として良い。
【００８８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における、ＬＰガスを原料とする燃料電池発電装置、およびその他のガス使用装置へＬＰガスを供給するガス供給装置の概略構成図を示すものである。図３において、上述した実施の形態１の図面である図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００８９】
図３において、上述の実施の形態１と異なる点は、イオウ化合物濃度検出手段として、第１のガス容器と第２のガス容器の各々の下に設けた第１の重量計１４と第２の重量計１５を用いている点である。実施の形態１では積算流量計を用いてガス容器から使用したガス量を測定していたが、本実施の形態では重量計を用いてガスの残量を測定するものである。
【００９０】
具体的には、重量計の上にガス容器を新たなものに交換して載せた際に重量値をゼロにリセットしてガス残量の測定を開始する。重量計の表示値はガスの使用と共にゼロからマイナスの大きな値に変化し、このゼロからの減少量がガスの使用重量となる。従って、重量計の表示値のマイナス値が小さい方が、重量が重いことになる。
【００９１】
以上のように構成されたガス供給装置について、その動作、作用を説明する。
【００９２】
図４は本実施の形態の動作を示すフローチャートである。燃料電池発電装置７を運転する際の動作を、図４を参照しながら説明する。
【００９３】
運転がスタートすると（ＳＴＥＰ１）、起動信号が流路制御装置１２へ伝えられ、流路制御装置１２は第１の重量計１４と第２の重量計１５の積算流量値を比較し、第１のガス容器１と第２のガス容器２のどちらの重量が重いかを判断する（ＳＴＥＰ２ａ）。
【００９４】
その結果、例えば、第１のガス容器の重量の方が重ければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを開、開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを閉とし、燃料電池発電装置７を第１のガス容器１へ接続し、ガス使用装置８を第２のガス容器２へ接続する（ＳＴＥＰ３）。
【００９５】
逆に、第２のガス容器の重量の方が重ければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを開、開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを閉とし、燃料電池発電装置７を第２のガス容器２へ接続し、ガス使用装置８を第１のガス容器１へ接続する（ＳＴＥＰ４）。その後、燃料電池発電装置７は起動を開始し（ＳＴＥＰ５）、条件が整った段階で発電を開始する（ＳＴＥＰ６）。
【００９６】
このようにして、燃料電池発電装置７は重量の重いガス容器に接続して運転を開始する。図５に示したように、ガス使用量の少ないガス容器、すなわち重いガス容器の方から流出するイオウ化合物の濃度が少ないので、本発明のガス供給装置を用いて起動すると、燃料電池発電装置７に搭載した脱硫装置のイオウ脱硫負荷を抑えることができ、脱硫装置の寿命を長くすることができる。
【００９７】
また、本実施の形態では、燃料電池発電装置７の運転中、流路制御装置１２は、常時、第１の重量計１４と第２の重量計１５の重量値を比較し、第１のガス容器１と第２のガス容器２のどちらの重量が重いかを判断している（ＳＴＥＰ７ａ）。
【００９８】
その結果、例えば、第１のガス容器の重量の方が重ければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを開、開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを閉とし、燃料電池発電装置７を第１のガス容器１へ接続し、ガス使用装置８を第２のガス容器２へ接続する（ＳＴＥＰ８）。
【００９９】
逆に、第２のガス容器の重量の方が重ければ、流路制御装置１２は流路切り替え装置１１の開閉弁１３ｃと開閉弁１３ｄを開、開閉弁１３ａと開閉弁１３ｂを閉とし、燃料電池発電装置７を第２のガス容器２へ接続し、ガス使用装置８を第１のガス容器１へ接続する（ＳＴＥＰ９）。
【０１００】
その後、燃料電池発電装置７の運転状態を判断し（ＳＴＥＰ１０）、運転継続中でなければ流路切り替え装置１１の現時点での接続状態を維持したまま運転を停止する（ＳＴＥＰ１１）。一方、運転継続中であればＳＴＥＰ７ａへ戻り第１の重量計１４と第２の重量計１５の重量値を比較し、流路切り替え装置１１の弁を制御している。
【０１０１】
従って、ガス使用装置８は、常時、重量の軽いガス容器に接続されており、イオウ濃度の高いガスはガス使用装置８で消費される。
【０１０２】
運転中は、常時、ＳＴＥＰ７ａで積算流量値を比較しているので、燃料電池発電装置７が停止する際は、流路制御装置１２は重量の重いガス容器を燃料電池発電装置７に接続し、重量の軽いガス容器はガス使用装置８に接続された状態で停止する。
【０１０３】
そのため、燃料電池発電装置７が停止中は、ガス使用装置８には重量の軽いガス容器が接続されているので、ガス使用装置８にはイオウ濃度の高いガスが供給されて消費されることとなり、イオウ濃度の高いガスを有効に使用することができる。
【０１０４】
２本のガス容器のどちらがイオウ濃度が高いか低いかを判定する方法として、実施の形態１のようにガスの使用量から判定しても良いし、本実施の形態のようにガスの残量から判定しても良い。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、イオウ化合物濃度検出手段として重量計を用いたが、ＬＰ容器の液面計として一般的に使用されている超音波式液面計やフロート式液面計を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
以上のように、本発明の燃料電池発電装置へのガス供給装置は、燃料電池発電装置と燃料電池発電装置以外のガス使用装置とに、ＬＰガスを供給するガス容器を、複数のＬＰガス容器から選択的に接続する用途に好適である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  第１のガス容器
２  第２のガス容器
３  第１のガス配管
４  第２のガス配管
５  第１の積算流量計
６  第２の積算流量計
７  燃料電池発電装置
８  ガス使用装置
９  第３のガス配管
１０  第４のガス配管
１１  流路切り替え装置
１２  流路制御装置
１３ａ〜１３ｄ  開閉弁
１４  第１の重量計
１５  第２の重量計
【図１】
2017004660.tif 000003
【図２】
2017004660.tif 000004
【図３】
2017004660.tif 000005
【図４】
2017004660.tif 000006
【図５】
2017004660.tif 000007