CN116547842A - 燃料电池的燃料气体供给装置 - Google Patents

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Abstract

燃料电池的燃料气体供给装置具备能够向燃料电池供给多个燃料气体的多个燃料气体供给源。在多个燃料气体供给源各自的下游侧分别与多个燃料气体供给路径连接。在燃料气体供给路径分别设置有能够基于燃料气体的混合后的压力或者混合气体储槽的压力开闭的多个第一阀。另外，在多个燃料气体供给路径的合流点与所述燃料电池之间设置有用于向燃料电池供给包含多个燃料气体中的至少一个的混合气体的混合气体供给路径。在混合气体供给路径设置有第二阀。多个第一阀构成为在燃料气体的混合后的压力或者混合气体储槽的压力成为预先设定的设定压力以下的情况下打开，设定压力针对多个第一阀分别设定为相互不同。

Description

燃料电池的燃料气体供给装置
技术领域
本公开涉及燃料电池的燃料气体供给装置。
本申请基于2021年2月26日在日本专利局申请的特愿2021-030464号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
通过使燃料气体与氧化性气体发生化学反应来进行发电的燃料电池具有优异的发电效率及环境应对等特性。其中，固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)使用氧化锆陶瓷等陶瓷作为电解质，将通过气化设备对氢气、城市煤气、天然气、石油、甲醇及含碳原料进行制造而得到的气化气体等气体作为燃料气体来供给，并在高温气氛下使其反应而进行发电。
如上所述，在燃料电池中使用的燃料气体存在多种，但近年来，期望有效利用如碳中和的沼气、源自可再生能源的氢气这样的燃料气体那样、与城市煤气等相比性状、供给量不稳定的种类的燃料气体。对于这样的燃料气体，为了实现燃料电池的稳定运行，有时与其他燃料气体组合而使用。例如，在专利文献1中公开了一种如下燃料电池发电系统：作为被供给至燃料电池的燃料气体，使用将由厨余垃圾、污泥等废弃物产生的氢气、与通过对由废弃物产生的甲烷气体进行改性而生成的氢气进行混合而得到的混合气体。另外，在专利文献2中公开了一种如下燃料电池发电系统：作为被供给至燃料电池的燃料气体，对由废弃物产生的气体补充由烃系原燃料产生的氢气，从而实现稳定的发电。另外，在专利文献3中公开了一种如下技术：在使用例如甲烷发酵气体、消化气体那样的含有沼气的混合气体作为被供给至燃料电池的燃料气体的燃料电池系统中，基于气体组成的计测结果，伴随着沼气的气体组成/热量的变动而控制混合气体的流量，从而使系统工作。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-93087号公报
专利文献2：日本特开2008-204707号公报
专利文献3：日本特开2010-272213号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在针对燃料电池使用性状、供给量不稳定的燃料气体的情况下，需要以燃料电池所需的燃料成分不会不足的方式进行燃料气体的供给控制。对于这样的要求，在上述专利文献3中，虽然通过计测被供给至燃料电池的燃料气体的组成来进行混合气体的流量控制，但是计测所需的传感器、控制装置等结构是必要的，成本变高。特别是，在燃料电池中想要使用的燃料气体的种类较多的情况下，用于计测各燃料气体的结构变得大型。
本公开的至少一实施方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够通过简单的结构使用多个燃料气体来进行高效的运用的燃料电池的燃料气体供给装置。
用于解决课题的方案
本公开的至少一实施方式的燃料电池的燃料气体供给装置为了解决上述课题，具备：
多个燃料气体供给源，其能够分别向燃料电池供给多个燃料气体；
多个燃料气体供给路径，其与所述多个燃料气体供给源分别连接，且在比所述多个燃料气体供给源靠下游侧的位置相互合流；
多个第一阀，其分别设置于所述多个燃料气体供给路径，能够基于各所述燃料气体的混合后的压力或者混合气体储槽的压力而开闭；
混合气体供给路径，其将所述多个燃料气体供给路径的合流点与所述燃料电池连接，用于将包含所述多个燃料气体中的至少一种的混合气体向所述燃料电池供给；以及
第二阀，其设置于所述混合气体供给路径，
所述多个第一阀构成为在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力成为预先设定的设定压力以下的情况下打开，
所述设定压力针对所述多个第一阀分别设定为相互不同。
需要说明的是，燃料电池的燃料气体供给装置也可以在所述多个第一阀与所述多个燃料气体的合流部之间，具备在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力成为预先设定的设定压力以上的情况下防止混合气体的逆流的机构。
发明效果
根据本公开的至少一实施方式，能够提供可通过简单的结构使用多个燃料气体来进行高效的运用的燃料电池的燃料气体供给装置。
附图说明
图1是示出本实施方式的燃料电池的结构的图。
图2是示出图1的SOFC盒所具备的电池堆的一个方案的图。
图3是示出一实施方式的燃料电池的燃料气体供给装置的结构的示意图。
图4是由图3的控制装置实施的燃料电池的燃料气体供给方法的流程图。
图5是示出燃料电池的运用中的混合气体储槽的压力及第一阀的开度的时间变化的一例的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的燃料电池的燃料气体供给装置的一实施方式进行说明。
以下，为了方便说明，以纸面为基准使用“上”及“下”的表述所说明的各构成要素的位置关系分别表示铅垂上方侧、铅垂下方侧。另外，在本实施方式中，在上下方向和水平方向上能够得到同样的效果是，纸面上的上下方向未必限定为铅垂上下方向，例如也可以对应于与铅垂方向正交的水平方向。
首先，参照图1及图2对本实施方式的燃料电池201(SOFC模块)的结构进行说明。图1是示出本实施方式的燃料电池201的结构的图，图2是示出图1的SOFC盒203所具备的电池堆101的一个方案的图。需要说明的是，在图1中，为了容易理解燃料电池201的内部结构，局部示出了剖面。
燃料电池201具备多个SOFC盒(燃料电池盒)203、以及收纳该多个SOFC盒203的压力容器205。SOFC盒203包括多个电池堆101，如图2所示，各电池堆101具备圆筒形状的基体管103、在基体管103的外周面形成有多个的燃料电池单元105、以及形成于相邻的燃料电池单元105之间的互连器(interconnector)107。燃料电池单元105将燃料极109、固体电解质膜111及空气极113层叠而形成。另外，电池堆101在形成于基体管103的外周面的多个燃料电池单元105中的、在基体管103的轴向上形成于最靠端部的一端的燃料电池单元105的空气极113，具备经由互连器107电连接的引线膜115，在形成于最靠端部的另一端的燃料电池单元105的燃料极109，具备电连接的引线膜115。
基体管103由多孔质材料构成，例如以CaO稳定化ZrO2(CSZ)、CSZ与氧化镍(NiO)的混合物(CSZ+NiO)、或者Y2O3稳定化ZrO2(YSZ)、或者MgAl2O4等作为主要成分。该基体管103是支承燃料电池单元105、互连器107及引线膜115，并且使供给至基体管103的内周面的燃料气体经由基体管103的细孔向形成于基体管103的外周面的燃料极109扩散。
燃料极109由Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料的氧化物构成，例如使用Ni/YSZ。燃料极109的厚度为50μm～250μm，燃料极109可以通过丝网印刷浆料而形成。在该情况下，在燃料极109中，作为燃料极109的成分的Ni相对于燃料气体具有催化剂作用。该催化剂作用是使经由基体管103供给的燃料气体、例如甲烷(CH4)与水蒸气的混合气体发生反应，并改性成氢(H2)和一氧化碳(CO)。另外，燃料极109使通过改性得到的氢(H2)及一氧化碳(CO)与经由固体电解质膜111供给的氧离子(O2-)在与固体电解质膜111的界面附近发生电化学反应而生成水(H2O)及二氧化碳(CO2)。需要说明的是，此时，燃料电池单元105通过从氧离子释放的电子而发电。
作为能够向固体氧化物型燃料电池的燃料极109供给并利用的燃料气体，除了后述那样以消化气体、源自再生能源的氢气及城市煤气为代表的、氢(H2)、氨(NH3)及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃系气体、天然气之外，还可举出通过气化设备对石油、甲醇、石碳及木质系生物质等含碳原料进行制造而得的气化气体等。
固体电解质膜111主要使用具备难以使气体通过的气密性和高温下高氧离子导电性的YSZ。该固体电解质膜111是使在空气极生成的氧离子(O2-)向燃料极移动的膜。位于燃料极109的表面上的固体电解质膜111的膜厚为10μm～100μm，固体电解质膜111可以通过丝网印刷浆料而形成。
空气极113例如由LaSrMnO3系氧化物或LaCoO3系氧化物构成，空气极113通过丝网印刷浆料或使用分配器来涂布。该空气极113在与固体电解质膜111的界面附近，使所供给的空气等氧化性气体中的氧解离而生成氧离子(O2-)。
空气极113也可以设为两层结构。在该情况下，固体电解质膜111侧的空气极层(空气极中间层)由显示高离子导电性且催化剂活性优异的材料构成。空气极中间层上的空气极层(空气极导电层)可以由以掺杂Sr及Ca的LaMnO3表示的钙钛矿型氧化物构成。这样，能够进一步提高发电性能。
氧化性气体是含有大致15％～30％氧的气体，代表性地优选为空气，除了空气之外，也可以使用燃烧废气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等。
互连器107由SrTiO3系等的以M1-xLxTiO3(M为碱土类金属元素、L为镧系元素元素)表示的导电性钙钛矿型氧化物构成，且将浆料进行丝网印刷。互连器107成为致密的膜以使燃料气体与氧化性气体不混合。另外，互连器107在氧化气氛与还原气氛者两个气氛下具备稳定的耐久性和导电性。该互连器107在相邻的燃料电池单元105中，将一方的燃料电池单元105的空气极113与另一方的燃料电池单元105的燃料极109电连接，并将相邻的燃料电池单元105彼此串联地连接。
引线膜115由于需要具备电子传导性、以及与构成电池堆101的其他材料的热膨胀系数相近，因此由Ni/YSZ等Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料、SrTiO3系等M1-xLxTiO3(M为碱土类金属元素、L为镧系元素元素)构成。该引线膜115将通过由互连器107串联连接的多个燃料电池单元105发电产生的直流电力导出至电池堆101的端部附近。
如图1所示，燃料电池201具备燃料气体供给管207及多个燃料气体供给支管207a、以及燃料气体排出管209及多个燃料气体排出支管209a。另外，燃料电池201具备氧化性气体供给管(未图示)及多个氧化性气体供给支管(未图示)、以及氧化性气体排出管(未图示)及多个氧化性气体排出支管(未图示)。
燃料气体供给管207设置于压力容器205的外部，与对应于燃料电池201的发电量来供给规定气体组成及规定流量的燃料气体(后述的混合气体Gm)的、后述的燃料气体供给装置1连接，并且与多个燃料气体供给支管207a连接。该燃料气体供给管207将从燃料气体供给装置1供给的规定流量的燃料气体(后述的混合气体)分支并引导至多个燃料气体供给支管207a。另外，燃料气体供给支管207a与燃料气体供给管207连接，并且与多个SOFC盒203连接。该燃料气体供给支管207a将从燃料气体供给管207供给的燃料气体(后述的混合气体)以大致均等的流量引导至多个SOFC盒203，使多个SOFC盒203的发电性能大致均匀化。
燃料气体排出支管209a与多个SOFC盒203连接，并且与燃料气体排出管209连接。该燃料气体排出支管209a将从SOFC盒203排出的排出燃料气体向燃料气体排出管209引导。另外，燃料气体排出管209与多个燃料气体排出支管209a连接，并且一部分配置于压力容器205的外部。该燃料气体排出管209将从燃料气体排出支管209a以大致均等的流量导出的排出燃料气体向压力容器205的外部引导。
压力容器205在内部的压力为0.1MPa～约3MPa、内部的温度为大气温度～约550℃下进行运用，因此利用具有耐力性和针对氧化性气体中所包含的氧等氧化剂的耐腐蚀性的材质。例如优选SUS304等不锈钢系材料。
在此，在本实施方式中，对多个SOFC盒203以集合化的方式收纳于压力容器205的方案进行了说明，但不限于此，例如也可以设为SOFC盒203以不集合化的方式收纳于压力容器205内的方案。
接着，对用于向具有上述结构的燃料电池201供给燃料气体的燃料气体供给装置1进行说明。图3是示出一实施方式的燃料电池201的燃料气体供给装置1的结构的示意图。燃料气体供给装置1是用于向上述的燃料气体供给管207供给多个燃料气体的装置。
多个燃料气体包括性状稳定且供给量被充分确保的至少一个燃料气体。在此“性状稳定且供给量被充分确保”是指与其他燃料气体相比，在性状方面组成为已知、清楚，且组成的变动小，在供给量方面能够始终向混合气体储槽14供给比从混合气体储槽14向燃料电池201供给的所需的供给量足够多的流量。在本实施方式中，第N燃料气体GN即城市煤气从作为基础设备的燃料供给源2-N供给，因此与性状、供给量变动的第一燃料气体G1(消化气体)、第二燃料气体G2(源自再生能源的氢气)等相比是稳定的燃料气体。
对于这样的多个燃料气体，预先设定有优先级。优先级可由用户任意设定，但以在燃料气体的供给目的地即燃料电池中想要优先消耗的燃料气体具有更高优先级的方式设定。例如，多个燃料气体的优先级可以从燃料电池的运用成本、可再生能源的优先利用、二氧化碳的排出削减量等的观点出发来设定。在本实施方式中，按照第一燃料气体G1、第二燃料气体G2、…第N燃料气体GN的顺序设定优先级。
分别设置用于从多个燃料气体供给源2-1、2-2、…、2-N将各燃料气体向燃料电池201侧供给的多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N。对于多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N中的每一个，一端侧与燃料气体供给源连接，另一端侧相互合流而形成合流点6。
也可以在合流点6的下游设置有贮藏混合后的各燃料气体(混合气体)的混合气体储槽14。
多个第一阀8-1、8-2、…、8-N分别设置于多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N。多个第一阀8-1、8-2、…、8-N基于各燃料气体的合流后的压力或者混合气体储槽14的压力使开度变化，由此能够根据多个燃料气体的优先级分别调整在燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N中分别流动的各燃料气体的流量。
多个第一阀8-1、8-2、…、8-N是能够基于各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力调整开度的阀。对多个第一阀8-1、8-2、…、8-N设定有作为开闭动作的基准的二次(下游)侧的压力，且构成为，在各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力比第一阀的设定压力低的情况下成为打开(燃料供给)状态，在比设定压力高的情况下成为关闭状态。具体而言，对多个第一阀8-1、8-2、…、8-N分别设定有设定压力P1、P2、…、PN。
多个第一阀8-1、8-2、…、8-N的设定压力P1、P2、…、PN设定为，对燃料气体设定的优先级越高则设定压力越高。在本实施方式中，按照第一燃料气体G1、第二燃料气体G2、…、第N燃料气体GN的顺序设定优先级，因此各设定压力设定为满足P1＞P2＞…＞PN。
需要说明的是，各燃料气体的供给源压力具有能够以比在设置于各个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的各个第一阀8-1、8-2、…、8-N中设定的压力的设定压力P1、P2、…、PN高的压力进行供给的能力。
在本实施方式中，多个第一阀8-1、8-2、…、8-N也可以由能够基于各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力机械地控制的减压阀构成。多个第一阀8-1、8-2、…、8-N例如也可以基于设置于多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的压力传感器的检测值，进行使用了控制器的电子控制的开度控制，但通过构成为这样的可机械地控制的减压阀，就不需要针对多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N设置这些传感器、控制器等，能够通过简单的结构实现燃料气体供给装置1。
另外，在多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的合流点6的下游侧设置有混合气体供给路径10。多个燃料气体在合流点6被混合而成为混合气体Gm，能够经由混合气体供给路径10向燃料电池201供给(混合气体供给路径10的下游侧与前述的燃料气体供给管207连接)。在混合气体供给路径10中设置有用于调整混合气体Gm的流量的第二阀12。由此，混合气体供给路径10中的混合气体Gm的流量能够根据第二阀12的开度来调整。
另外，在混合气体供给路径10中设置有能够贮存混合气体Gm的混合气体储槽14。混合气体储槽14设置于混合气体供给路径10中的、比第二阀12靠上游侧的位置。由此，通过将来自多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的多个燃料气体暂时贮藏于混合气体储槽14，即使在混合气体Gm的用量大幅变动的情况下，也能够缓和供给压力的变动并使第一阀8-1、8-2、…、8-N的工作状态稳定化。另外，通过进行贮藏而将燃料气体预先混合，即使在来自多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的供给流量的比例变化了的情况下，也能够缓和混合气体Gm的组成的变动而能够使燃料电池的运行稳定化。
需要说明的是，对于混合气体供给路径10，有时与例如用于在燃料电池201的起动、停止时供给氢气及氮气以吹扫(purge)燃料系统的氢气供给路径15a及氮气供给路径15b连接。此时，氢气供给路径15a及氮气供给路径15b连接于混合气体供给路径10中的、比第二阀12靠下游侧的位置。在氢气供给路径15a及氮气供给路径15b设置有用于调整氢气及氮气的供给量的阀17a、17b。
另外，燃料气体供给装置1具备：用于检测贮存于混合气体储槽14的混合气体Gm的压力Px的压力传感器16、用于检测作为燃料电池的燃料的燃料成分的浓度例如混合气体Gm的CH4浓度的CH4浓度传感器18、用于检测混合气体Gm的H2浓度的H2浓度传感器20、用于检测混合气体Gm的CO浓度的CO浓度传感器22、检测混合气体Gm的流量Fx的流量检测器23、以及用于基于这些传感器的检测值对第二阀12的开度进行控制的控制装置24。
控制装置24是燃料气体供给装置1的控制单元，例如由CPU(Central ProcessingUnit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、以及计算机可读取的存储介质等构成。并且，用于实现各种功能的一系列的处理作为一例以程序的形式存储于存储介质等，通过CPU将该程序读取至RAM等，并执行信息的加工、运算处理，由此实现各种功能。需要说明的是，程序也可以应用预先安装于ROM、其他存储介质的方式、以存储于计算机可读取的存储介质的状态提供的方式、经由基于有线或无线的通信单元分配的方式等。计算机可读取的存储介质是磁盘、磁光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
接着，对由具有上述结构的燃料气体供给装置1实施的燃料气体供给方法进行说明。图4是由图3的控制装置24实施的燃料电池的燃料气体供给方法的流程图。
首先，控制装置24取得针对燃料电池201的输出指令D(步骤S1)。输出指令D例如根据由燃料电池201发电产生的电力的供给目的地即电力系统的供需状态而赋予。接着，控制装置24基于在步骤S1中取得的输出指令D，算出由燃料电池的I-V(电流-电压)特性决定的输出电流目标值。(步骤S2)。
另一方面，控制装置24分别取得混合气体Gm的各浓度传感器、例如CH4浓度传感器18、H2浓度传感器20、CO浓度传感器22的检测值(步骤S3)，基于步骤S3的取得结果算出混合气体Gm的改性后的燃料组成(H2、CO)(步骤S4)。然后，控制装置24根据在步骤2中算出的目标电流取得预先设定的燃料利用率(步骤S5)。然后，基于在步骤S4中算出的燃料组成，并根据在步骤S2中算出的电流目标值和在步骤S5中取得的燃料利用率，算出所需的混合气体Gm的燃料流量(步骤S6)。进而，算出用于达到该流量的第二阀12的开度目标值(步骤S7)。然后，控制装置24通过对第二阀12赋予与在步骤S7中算出的开度目标值对应的控制信号，进行第二阀12的开度控制(步骤S8)。
需要说明的是，如图4所示，步骤S1、S2、S5的流程与步骤S3、S4的流程能够相互独立地实施，两者的实施顺序可以是任意的。
通过像这样由控制装置24进行第二阀12的开度控制，能够调整混合气体Gm的燃料流量，以对应于针对燃料电池201的输出指令D。
图5是示出燃料电池201的运用中的混合气体储槽14的压力及第一阀8-1、8-2、…、8-N的开度的时间变化的一例的时序图。
在时刻t0所示的初始状态下，假定多个燃料气体供给源2-1、2-2、…、2-N分别具有充分的燃料气体。伴随着向发电所需的燃料电池的燃料供给，混合气体储槽的压力降低，分别设置于多个燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的第一阀8-1、8-2…8-N中的、首先仅第一阀8-1的设定压力P1比各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力Px高(其他的第一阀8-2、…8-N的设定压力比各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力Px低)，因此仅从第一燃料气体供给路径4-1向混合气体储槽14供给第一燃料气体G1。接着，在时刻t0～t1，第一燃料气体G1向混合气体储槽14的供给与混合气体Gm从混合气体储槽14向燃料电池201的供给平衡，混合气体储槽14的压力Px大致恒定地维持于第一阀8-1的设定压力P1。
在时刻t1～t2，例如由于燃料电池201中的燃料气体的消耗增加、第一燃料气体G1的供给量减少等情况，即使第一阀8-1成为全开，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px也会随着时间经过而逐渐降低。接着，在时刻t2，各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力Px到达第一阀8-2的设定压力P2时，第一阀8-2成为打开状态并开始来自燃料气体供给源2-2的第二燃料气体G2的供给。由此，在第一燃料气体G1不足的情况下，通过供给下一个优先级高的第二燃料气体G2，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px被控制为第一阀8-2的设定压力P2。
接着，在时刻t2～t3，混合气体Gm(第一燃料气体G1+第二燃料气体G2)向混合气体储槽14的供给与混合气体Gm从混合气体储槽14向燃料电池201的供给平衡，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px大致恒定地维持于第一阀8-2的设定压力P2。
在时刻t3～t4，例如由于燃料电池201中的燃料气体的进一步消耗增加、第一燃料气体G1或第二燃料气体G2的供给量减少等情况，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px随着时间经过而逐渐降低。接着，在时刻t4，在各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力Px到达第一阀8-N的设定压力PN时，第一阀8-N成为打开状态并开始来自燃料气体供给源2-N的第N燃料气体GN的供给。这样，在来自多个燃料气体供给源的燃料不足的情况下，通过最终供给具有充分的供给量的第N燃料气体GN，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px被控制为第一阀8-N的设定压力PN。
接着，在时刻t4～t5，混合气体Gm(第一燃料气体G1+第二燃料气体G2+第N燃料气体GN)向混合气体储槽14的供给与混合气体Gm从混合气体储槽14向燃料电池201的供给平衡，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px大致恒定地维持于第一阀8-N的设定压力PN。
相反地，在时刻t5～t6，例如由于燃料电池201中的燃料气体的消耗减少、第一燃料气体G1或第二燃料气体G2的供给量增加等情况，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px随着时间经过而逐渐增加，因此在时刻t5，各燃料气体合流后的压力或者混合气体储槽14的压力Px超过设定压力PN时，对第一阀8-Nin进行关闭控制，从而停止来自燃料气体供给源2-N的第N燃料气体GN的供给。由此，可以抑制优先级低的第N燃料气体GN的消耗，并有效地削减燃料电池201的运用成本、二氧化碳的排出量。
在时刻t5～t6，混合气体储槽14的压力Px逐渐上升，在时刻t6达到第一阀8-2的设定压力时，第一阀8-2从全开状态开始压力控制，以使混合气体储槽14的压力成为设定压力P2。
在时刻t6～t7，混合气体Gm(第一燃料气体G1+第二燃料气体G2)向混合气体储槽14的供给与混合气体Gm从混合气体储槽14向燃料电池201的供给平衡，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px大致恒定地维持于第一阀8-2的设定压力P2。
接着，在时刻t7，各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px超过设定压力P2时，对第一阀8-2进行关闭控制，从而停止来自燃料气体供给源2-2的第二燃料气体G2的供给。其结果是，返回到仅供给优先级最高的第一燃料气体GI的初始状态。
像这样，在混合气体储槽14的压力变动的情况下，通过对应于与各设定压力P1、P2、…、PN的大小关系而对各第一阀8-1、8-2、…、8-N进行开闭，使优先级高的燃料气体的使用机会最大化，并且根据不足量按顺序使用下一个优先级的燃料气体，由此能够确保燃料电池201所需的燃料流量。
另外，优选在各第一阀8-1、8-2…8-N的下游设置防逆流机构，以使得在各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px比分别设置于燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N的第一阀8-1、8-2…8-N的设定压力P1、P2…PN高的情况下不会逆流至燃料气体供给源2-1、2-2…2-N。防逆流机构可以设置在各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽14的压力Px比各设定压力P1、P2…PN高的情况下隔断燃料气体供给路径的隔断阀，也可以设置机械地防止逆流的止回阀。使用机械地防止逆流的止回阀时，能够通过较简单的系统防止逆流。
其他，在不脱离本公开的主旨的范围内，能够适当地将上述的实施方式中的构成要素置换成公知的构成要素，另外，也可以适当组合上述的实施方式。
上述各实施方式所记载的内容例如如以下那样进行掌握。
(1)一方案的燃料电池的燃料气体供给装置(例如上述实施方式的)具备：
多个燃料气体供给源(例如上述实施方式的燃料气体供给源2-1、2-2、…、2-N)，其能够分别向燃料电池供给燃料气体G1、G2、…、GN；
多个燃料气体供给路径(例如上述实施方式的燃料气体供给路径4-1、4-2、…、4-N)，其与所述多个燃料气体供给源分别连接，其在比所述多个燃料气体供给源靠下游侧的位置相互合流；
多个第一阀(例如上述实施方式的第一阀8-1、8-2、…、8-N)，其分别设置于所述多个燃料气体供给路径，能够基于各所述燃料气体的混合后的压力或者混合气体储槽(例如上述实施方式的混合气体储槽14)的压力(例如上述实施方式的压力Px)而开闭；
混合气体供给路径(例如上述实施方式的混合气体供给路径10)，其将所述多个燃料气体供给路径的合流点(例如上述实施方式的合流点6)与所述燃料电池连接，用于将包含所述多个燃料气体中的至少一个的混合气体(例如上述实施方式的混合气体Gm)向所述燃料电池供给；以及
第二阀(例如上述实施方式的第二阀12)，其设置于所述混合气体供给路径，
所述多个第一阀构成为，在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力成为预先设定的设定压力(例如上述实施方式的设定压力P1、P2、…、PN)以下的情况下打开，
所述设定压力针对所述多个第一阀分别设定为相互不同。
根据上述(1)的方案，能够将包含将多个燃料气体从多个燃料供给源根据供给的优先级进行供给的燃料气体的混合气体向燃料电池供给。在多个燃料气体供给路径中设置有能够根据压力调整开度的第一阀，且构成为在各燃料气体混合后的压力或者混合气体储槽的压力成为各设定压力以下的情况下打开。通过使各第一阀的设定压力设定为相互不同，能够从多个燃料供给源依次取出燃料气体并将其作为混合气体供给至燃料电池。通过像这样向燃料电池供给由多个燃料气体构成的混合气体，能够实现利用了多个燃料气体的燃料电池的运用。
(2)在其他方案中，在上述(1)的方案的基础上，
对于所述多个燃料气体预先设定有优先级，
所述优先级越高，则所述设定压力设定得越高。
根据上述(2)的方案，各第一阀的设定压力基于优先级来设定。特别是，通过将对应于优先级高的燃料气体的设定压力设定得较大，从而提高优先级高的燃料气体的使用频率，并且在仅该燃料气体发生不足的情况下，依次供给优先级低的燃料气体而形成混合气体，从而能够高效地使用用户所要的燃料气体，并且有效地削减燃料电池201的运用成本、二氧化碳的排出量。
(3)在其他方案中，在上述(1)或(2)的方案的基础上，
所述多个第一阀是能够根据各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力而调整开度的减压阀。
根据上述(3)的方案，通过将设置于各燃料气体供给路径的第一阀构成为减压阀，能够在不使用用于检测压力的传感器、用于基于该传感器生成控制信号的控制器等的结构的情况下，以简单的结构实现上述装置。
(4)在其他方案中，在上述(1)至(3)中任一个方案的基础上，
还具备混合气体储槽(例如上述实施方式的混合气体储槽14)，该混合气体储槽设置于所述混合气体供给路径中的、比所述第二阀靠上游侧的位置，能够贮存所述混合气体。
根据上述(4)的方案，来自多个燃料气体供给路径的多个燃料气体暂时贮藏于混合气体储槽，从而即使在混合气体的用量变动了的情况下，也能够缓和供给压力的变动并使第一阀的工作状态稳定化。另外，通过进行贮藏而将燃料气体充分地混合，即使在来自多个燃料气体供给路径的供给流量的比例变化了的情况下，也能够缓和混合气体组成的变动而能够使燃料电池的运行稳定。
(5)在其他方案中，在上述(1)至(4)中任一个方案的基础上，
还具备计测从所述第二阀向所述燃料电池供给的所述混合气体的燃料组成的单元即所述混合气体的流量检测单元。
根据上述(5)的方案，具备控制装置，该控制装置计测具有稳定的性状的混合气体的燃料组成，基于该计测结果并基于输出指令算出向燃料电池供给的混合气体流量。
(6)在其他方案中，在上述(1)至(5)中任一个方案的基础上，
具备混合气体的流量检测单元，通过所述第二阀的开度及流量检测单元对基于向所述燃料电池供给的所述混合气体所包含的燃料组成而算出的混合气体流量进行控制。
根据上述(6)的方案，基于混合气体所包含的燃料组成对第二阀的开度进行控制，从而能够适当地供给燃料电池的发电所需的混合气体的流量。
(7)在其他方案中，在上述(1)至(6)中任一个方案的基础上，
还具备防逆流机构，以使得在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力比分别设置于所述燃料气体供给管线的所述第一阀的所述设定压力高的情况下，所述混合气体不向所述燃料气体供给源逆流。
根据上述(7)的方案，通过具备防逆流机构，即使在第一阀的下游侧的压力比设定压力高的情况下，也能够防止混合气体向第一阀的上游侧逆流，实现可靠性优异的燃料气体供给装置。
(8)在其他方案中，在上述(1)至(7)中任一个方案的基础上，
所述多个燃料气体至少包含一个性状、供给量稳定的燃料气体。
根据上述(8)的方案，例如通过使用城市煤气那样的性状稳定且具有充分供给量的燃料气体，即使在优先地使用消化气体、源自再生能源的氢气等那样性状、供给量不稳定的燃料气体的情况下，也能在发生不足的情况下通过使用性状、供给量稳定的燃料气体来供应不足量。由此，通过抑制性状、供给量稳定的燃料气体的消耗，能够降低燃料电池的运用成本，能够实现消化气体、源自再生能源的氢气等的性状不稳定的燃料气体的有效利用。
附图标记说明：
1...燃料气体供给装置；
2-1、2-2、…、2-N...燃料气体供给源；
4-1、4-2、…、4-N...燃料气体供给路径；
6...合流点；
8-1、8-2、…、8-N...第一阀；
9-1、9-2、…、9-N...防逆流机构；
10...混合气体供给路径；
12...第二阀；
14...混合气体储槽；
16...压力传感器；
18...CH4浓度传感器；
20...H2浓度传感器；
22...CO浓度传感器；
23...混合气体流量检测器；
24...控制装置；
101...电池堆；
103...基体管；
105...燃料电池单元；
107...互连器；
109...燃料极；
111...固体电解质膜；
113...空气极；
115...引线膜；
201...燃料电池；
203...盒；
205...压力容器；
207...燃料气体供给管；
207a...燃料气体供给支管；
209...燃料气体排出管；
209a...燃料气体排出支管；
D...输出指令；
G1、G2、…、GN...燃料气体；
Gm...混合气体；
P1、P2、…、PN...设定压力。

Claims (8)

1.一种燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述燃料电池的燃料气体供给装置具备：
多个燃料气体供给源，其能够分别向燃料电池供给多个燃料气体；
多个燃料气体供给路径，其与所述多个燃料气体供给源分别连接，且在比所述多个燃料气体供给源靠下游侧的位置相互合流；
多个第一阀，其分别设置于所述多个燃料气体供给路径，能够基于各所述燃料气体的混合后的压力或者混合气体储槽的压力而开闭；
混合气体供给路径，其将所述多个燃料气体供给路径的合流点与所述燃料电池连接，用于将包含所述多个燃料气体中的至少一个的混合气体向所述燃料电池供给；以及
第二阀，其设置于所述混合气体供给路径，
所述多个第一阀构成为，在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力成为预先设定的设定压力以下的情况下打开，
所述设定压力针对所述多个第一阀分别设定为相互不同。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
对于所述多个燃料气体预先设定有优先级，
所述优先级越高，则所述设定压力设定得越高。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述多个第一阀是能够根据各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力而调整开度的减压阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述混合气体储槽设置于所述混合气体供给路径中的比所述第二阀靠上游侧的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述燃料电池的燃料气体供给装置还具备计测从所述第二阀向所述燃料电池供给的所述混合气体的燃料组成的单元。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述燃料电池的燃料气体供给装置基于向所述燃料电池供给的所述混合气体所包含的燃料组成来算出所需的混合气体流量，并基于该流量对所述第二阀的开度进行控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述燃料电池的燃料气体供给装置还具备防逆流机构，以使得在各所述燃料气体的混合后的压力或者所述混合气体储槽的压力比分别设置于所述燃料气体供给管线的所述第一阀的所述设定压力高的情况下，所述混合气体不向所述燃料气体供给源逆流。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池的燃料气体供给装置，其中，
所述多个燃料气体至少包含一个性状稳定且供给量被充分确保的燃料气体。
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