JP2002213695A - City gas supplying method and device - Google Patents

City gas supplying method and device

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JP2002213695A
JP2002213695A JP2001012251A JP2001012251A JP2002213695A JP 2002213695 A JP2002213695 A JP 2002213695A JP 2001012251 A JP2001012251 A JP 2001012251A JP 2001012251 A JP2001012251 A JP 2001012251A JP 2002213695 A JP2002213695 A JP 2002213695A
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city gas
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device, capable of using hydrogen fuel facilities such as a fuel cell by a city gas pipe line without reforming device. SOLUTION: Hydrogenated city gas, passing through a conduit 3b, is sucked by the action of a vacuum pump 18a, and supplied to a hydrogen separating device 15a through piping 13a, and a flow rate control valve 18a. A hydrogen- separating film, not shown in Figure, is provided in the hydrogen separating device 15a, and hydrogen gas in the city gas is supplied to a fuel cell 16a via the separating film and the piping 17a, while methane, and propane and the like, except for the hydrogen gas, is returned to the conduit 3b through gas piping 14a without passing via the separating film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は都市ガス供給方法及
び装置に関し、特に水素ガスを含む都市ガスを供給する
都市ガス供給方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for supplying city gas, and more particularly to a method and apparatus for supplying city gas containing hydrogen gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、燃料電池が民生用としても実用化
し、今後、都市ガスを燃料とする燃料電池システムが広
く普及することが予想される。従来、都市ガス供給はメ
タンを主成分とするLNGを気化して、さらにLPGで
増熱する13Aガスが主流であった。従来の都市ガスを
用いて燃料電池を稼動させるためには、燃料電池の上流
側に改質装置を配設し、都市ガス中の炭化水素を水素に
改質して燃料電池に供給することが必要である。しか
し、改質装置の設置はコストアップ、設備の大型化を招
くため、燃料電池の普及阻害要因となりうる。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have been put to practical use for consumer use, and fuel cell systems using city gas as fuel are expected to be widely used in the future. Conventionally, the city gas supply has mainly been 13A gas which vaporizes LNG containing methane as a main component and further increases the heat by LPG. In order to operate a fuel cell using conventional city gas, a reformer must be installed upstream of the fuel cell to reform hydrocarbons in city gas to hydrogen and supply it to the fuel cell. is necessary. However, the installation of the reformer increases the cost and the size of the equipment, and may be a factor that hinders the spread of fuel cells.

【0003】一方、既存の都市ガスパイプラインを利用
して水素を供給する技術として、天然ガスに水素を混合
したいわゆる「ハイタン」(Hydrogen Methaneの略)を
供給する技術が開示されている(例えば、特開平11−
228101)が、ハイタン供給システムにおいて燃料
電池を使用する場合にメタンを改質する設備が必要であ
ることに変わりはない。
On the other hand, as a technology for supplying hydrogen using an existing city gas pipeline, a technology for supplying so-called "Hydrogen Methane" in which hydrogen is mixed with natural gas has been disclosed (for example, JP-A-11-
228101) still requires equipment for reforming methane when a fuel cell is used in the Hytan supply system.

【0004】さらに、100%水素ガスを既存の都市ガ
スパイプラインを利用して供給するアイデアも公知であ
るが、この場合、燃料電池等、水素を直接燃料とする機
器については直接利用できるが、既存の都市ガス用機器
を利用することができないという問題がある。
[0004] Further, an idea of supplying 100% hydrogen gas using an existing city gas pipeline is also known. In this case, an apparatus using hydrogen as a direct fuel such as a fuel cell can be used directly. There is a problem that the city gas equipment cannot be used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、都市
ガスパイプラインにより改質装置を必要とすることなく
燃料電池等の水素燃料設備の利用を可能とする方法及び
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus which make it possible to use a hydrogen fuel facility such as a fuel cell by using a city gas pipeline without requiring a reformer. .

【0006】本発明の他の目的は、天然ガス供給時代か
ら水素供給時代への円滑な移行を担保するエネルギー供
給形態を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an energy supply mode which ensures a smooth transition from the natural gas supply era to the hydrogen supply era.

【0007】本発明の他の目的は、地球環境に優しい都
市ガス供給形態を提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a city gas supply mode which is friendly to the global environment.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、水素ガスを含
むガスを導管ネットワークを介して供給する都市ガス供
給方法であって、導管ネットワークから分岐した1以上
の箇所において都市ガス中の水素ガスを分離して、か
つ、分離後ガスの少なくとも一部を再度導管ネットワー
クに戻入することを特徴とする都市ガス供給方法を提供
する(請求項1)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for supplying a gas containing hydrogen gas through a conduit network, the method comprising supplying hydrogen gas in the city gas at one or more points branched from the conduit network. , And at least a part of the separated gas is returned to the conduit network again (Claim 1).

【0009】このようにすれば、都市ガス中の水素ガス
を分離して、直接、燃料電池等水素ガスを燃料とする設
備に供給することができる。これにより燃料電池に改質
装置を併設する必要がなくなる。さらに、分離後ガスを
導管ネットワークに戻入することにより、従来の都市ガ
ス燃焼機器を利用する需要家についても従来システムを
変更することなく対応することが可能となる。
In this manner, the hydrogen gas in the city gas can be separated and supplied directly to a facility using the hydrogen gas as a fuel, such as a fuel cell. This eliminates the need to provide a reformer in the fuel cell. Further, by returning the separated gas to the conduit network, it is possible to respond to a customer who uses the conventional city gas combustion equipment without changing the conventional system.

【0010】本発明は、上記において分離ガスのウオッ
ベ指数(WI)と燃焼速度指数(CP)が、それぞれ所
定の範囲内の値になるように水素ガスの分離を制御する
ことを特徴とする都市ガス供給方法を提供する(請求項
2)。
The present invention is characterized in that the separation of hydrogen gas is controlled so that the Wobbe index (WI) and the burning rate index (CP) of the separated gas each fall within predetermined ranges. A gas supply method is provided (claim 2).

【0011】このような制御により、都市ガス燃焼機器
の安定燃焼を確保することが可能となる。現在、ガス事
業法に基づいて、全国の都市ガスはウオッベ指数及び燃
焼速度指数がそれぞれ所定の範囲内の14種類のガスグ
ループに分類され、都市ガス事業者は特定したガス種の
都市ガスを供給域内の需要家に対して供給することが義
務付けられている。ここにウオッベ指数(WI)は、ガ
スの発熱量H(MJ/m3)をガスの空気に対する比重
sの平方根で割った数値であり、次式で表される。ウオ
ッベ指数は、ガス機器のインプットとノズルによる一次
空気吸引量の関係を表し、ガス機器が完全燃焼可能か否
かに関する指標となる。
[0011] By such control, it is possible to ensure stable combustion of the city gas combustion equipment. Currently, based on the Gas Business Act, city gas nationwide is classified into 14 gas groups with the Wobbe index and the burning rate index within their respective specified ranges, and city gas companies supply city gas of the specified gas type. It is obliged to supply to customers in the region. Here, the Wobbe index (WI) is a numerical value obtained by dividing the calorific value H (MJ / m3) of the gas by the square root of the specific gravity s of the gas with respect to air, and is expressed by the following equation. The Wobbe index indicates the relationship between the input of gas equipment and the amount of primary air suctioned by the nozzle, and is an index as to whether or not the gas equipment can completely burn.

【0012】WI=H/√s また、燃焼速度指数(MCP)は次式で表される。WI = H / √s The burning velocity index (MCP) is expressed by the following equation.

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】ここに、S1、f1はそれぞれ都市ガス中
の各可燃性ガスの燃焼速度及び係数、A1は都市ガス中
の各可燃性ガスの含有率(体積百分率)、Kは減衰係数
であって、次式により算出した値である。
Here, S1 and f1 are the burning rate and coefficient of each combustible gas in the city gas, A1 is the content (volume percentage) of each combustible gas in the city gas, and K is the damping coefficient. , Calculated by the following equation.

【0015】[0015]

【数2】 (Equation 2)

【0016】式中、α1は、各可燃性ガスの補正係数、
CO2、N2、O2は、それぞれガス中の二酸化炭素、
窒素、酸素の含有量(体積百分率)である。なお、S
1、f1、α1の具体的数値についてはガス事業法に示
されているため、ここでは省略する。
In the equation, α1 is a correction coefficient for each combustible gas;
CO2, N2 and O2 are carbon dioxide in the gas,
It is the content (percentage by volume) of nitrogen and oxygen. Note that S
Since specific numerical values of 1, f1, and α1 are shown in the Gas Business Act, they are omitted here.

【0017】WIとMCPによりガス機器の燃焼特性を
表現することが可能となる。図5はこれを概念的に示す
ものであり、ガス機器の互換域を示している。機器の互
換域とは、全てのガス機器について不完全燃焼、バッ
ク、リフト等に関して良好燃焼域を求め、これらの限界
線で囲まれた部分をいう。同図においては不完全燃焼
限界、はリフト限界、はバック限界、は赤外線バ
ーナ赤熱限界、は赤外線バーナバック限界を示してい
る。互換域内であれば供給ガスの組成が変動しても、全
てのガス機器を良好に燃焼させることができる。ガス事
業法ではこのような理論に基づいてガスグループを定め
ている。他方、同法は、WI、MCPが一定の範囲内に
ある限り、都市ガスの組成については規制していない。
従って、都市ガスに水素ガスを添加して供給する場合に
おいても、都市ガス中の水素濃度を各ガス種について定
められたWI及びMCPの範囲内に制御すれば、供給上
も燃焼上も特に支障はない。このことから、燃料電池
等、水素ガスを燃料とする設備使用の需要家が導管ネッ
トワーク内にある場合、当該需要家において水素ガスを
分離して燃料電池等に使用し、一方、分離後ガスのWI
及びMCPを上記範囲内となるように制御して、再度、
導管ネットワークに戻入することにより、燃料電池の稼
動と導管ネットワーク内を流れる都市ガスのWI及びM
CP維持との両立が可能となる。
The combustion characteristics of gas appliances can be expressed by WI and MCP. FIG. 5 conceptually shows this, and shows a compatible range of gas appliances. The device interchangeable region refers to a portion surrounded by these limit lines in which a good combustion region is obtained for all gas appliances with respect to incomplete combustion, back, lift, and the like. In the figure, the incomplete combustion limit, the lift limit, the back limit, the infrared burner glow limit, and the infrared burner back limit are shown. All gas appliances can be satisfactorily burned even if the composition of the supplied gas fluctuates within the compatible range. The Gas Business Law defines a gas group based on such a theory. On the other hand, the law does not regulate the composition of city gas as long as WI and MCP are within certain ranges.
Therefore, even in the case where hydrogen gas is added to city gas and supplied, if the hydrogen concentration in the city gas is controlled within the range of WI and MCP specified for each gas type, both supply and combustion are particularly troublesome. There is no. From this, when a customer who uses equipment using hydrogen gas as a fuel, such as a fuel cell, is in the pipeline network, the customer separates the hydrogen gas and uses it for the fuel cell, etc. WI
And MCP are controlled so as to be within the above range, and again,
By returning to the conduit network, the operation of the fuel cell and the WI and M of city gas flowing through the conduit network
Compatibility with CP maintenance becomes possible.

【0018】上記発明において、WIが52.7≦WI
≦57.8であり、かつCPが35≦MCP≦47とな
るように都市ガス中の水素ガス濃度を制御することがで
きる(請求項3)。
In the above invention, WI is 52.7 ≦ WI
The hydrogen gas concentration in the city gas can be controlled so that ≦ 57.8 and the CP satisfies 35 ≦ MCP ≦ 47 (claim 3).

【0019】この範囲のWI及びMCPは、13Aガス
について事業法で定められた値である。13Aガスは炭
化水素系ガス、特にLNGを原料とするメタンを主成分
とする都市ガスである。13Aガスには、この他にもL
PGとエアを混合したガスを供給する場合もある。供給
域内の全てのポイントにおいて、WI及びMCPをこの
範囲内に収めるように需要家における水素分離を制御す
ることにより、供給域内で問題なく13Aガス機器を良
好に燃焼させることができる。
The WI and MCP in this range are values determined by the Business Law for 13A gas. The 13A gas is a hydrocarbon-based gas, particularly a city gas mainly composed of methane made from LNG. In addition to 13A gas, L
In some cases, a gas in which PG and air are mixed is supplied. By controlling the hydrogen separation at the customer so that the WI and MCP fall within this range at all points in the supply area, the 13A gas equipment can be satisfactorily burned in the supply area without any problem.

【0020】図3は13Aガスについて、WI及びMC
Pを上記範囲内にするための水素ガス、メタンガス、C
Oガスとメタン以外の炭化水素ガス(CmHn)の許容
濃度範囲(全体を1とした場合の各ガスの分圧比で示し
てある)を示す図である。つまり、都市ガスの組成を同
図の太枠で囲まれた部分に入るように制御すれば供給上
支障がないことを示している。例えば、メタンガスが
0.7の場合、水素ガスを0.13から0.24の範囲
で添加することができる(これに伴いCOおよびCmH
nは0.17から0.06の範囲で変化する)。
FIG. 3 shows WI and MC for 13A gas.
Hydrogen gas, methane gas, C for keeping P within the above range
It is a figure which shows the permissible density | concentration range of the hydrocarbon gas (CmHn) other than O gas and methane (it shows with the partial pressure ratio of each gas when 1 is set as the whole). That is, if the composition of the city gas is controlled so as to fall within the portion surrounded by the thick frame in FIG. For example, when methane gas is 0.7, hydrogen gas can be added in the range of 0.13 to 0.24 (CO and CmH
n varies from 0.17 to 0.06).

【0021】また、WIが49.2≦WI≦53.8で
あり、かつ、CPが34≦MCP≦47となるように、
都市ガス中の水素ガス比率を定めることもできる(請求
項4)。
In addition, WI is 49.2 ≦ WI ≦ 53.8, and CP is 34 ≦ MCP ≦ 47.
The ratio of hydrogen gas in city gas can also be determined (claim 4).

【0022】この値のWI及びMCPは、12Aガスに
ついて定められた値である。12Aガスをこの範囲に制
御することにより、上記13Aガスと同様な作用が可能
である。
The values of WI and MCP are values determined for the 12A gas. By controlling the 12A gas within this range, the same operation as the 13A gas can be performed.

【0023】さらに、上述の各発明において導管ネット
ワーク内の複数のポイントにおいて水素ガス濃度に基づ
いて、供給ガスの水素添加量を制御することができる
(請求項7)。このようにすることにより、ネットワー
ク内の一部の地域で都市ガス中の水素ガス濃度が低くな
り過ぎて、供給条件から外れたガスになることを防止で
きる。
Further, in each of the above-mentioned inventions, the hydrogen addition amount of the supply gas can be controlled based on the hydrogen gas concentration at a plurality of points in the conduit network (claim 7). By doing so, it is possible to prevent the concentration of hydrogen gas in the city gas from becoming too low in some areas in the network, resulting in a gas out of supply conditions.

【0024】水素添加量の制御は、導管ネットワークか
ら分岐した1以上の箇所における水素ガス分離量を計測
して、導管ネットワーク内の所定の箇所における都市ガ
ス中の水素ガス濃度を求めることにより行うことができ
る。その結果に基づいて導管ネットワーク全域でWI及
びMCPを所定の範囲に制御することができる。
The amount of hydrogen added is controlled by measuring the amount of hydrogen gas separated at one or more locations branched from the conduit network and determining the concentration of hydrogen gas in city gas at a predetermined location in the conduit network. Can be. Based on the result, WI and MCP can be controlled within a predetermined range throughout the conduit network.

【0025】水素添加率の制御は、導管ネットワーク内
の1以上の箇所において水素ガスを補填供給することに
より行うことができる(請求項8)。補填供給方法とし
ては、工場から供給する都市ガスの水素濃度を上げる方
法のほか、導管ネットワーク内に設けた水素ガス貯蔵設
備から水素を添加することもできる。
The control of the hydrogenation rate can be performed by supplementing and supplying hydrogen gas at one or more points in the conduit network. As a supplementary supply method, in addition to a method of increasing the hydrogen concentration of city gas supplied from a factory, hydrogen can be added from a hydrogen gas storage facility provided in a conduit network.

【0026】本発明は、水素ガスを含む都市ガスを導管
ネットワークから分岐して導入するガス導入手段と、都
市ガス中の水素ガスを分離する水素ガス分離手段と、分
離ガスの少なくとも一部を導管ネットワークに戻入する
分離ガス戻入手段とを備えた水素ガス分離戻入装置を提
供する(請求項9)。
According to the present invention, there are provided a gas introducing means for branching and introducing city gas containing hydrogen gas from a conduit network, a hydrogen gas separating means for separating hydrogen gas in city gas, and a conduit for separating at least a part of the separated gas. Provided is a hydrogen gas separation / return device provided with a separation gas return means for returning to a network (claim 9).

【0027】本発明は、請求項1乃至8の都市ガス供給
に用いるガス分離戻入装置である。かかるガス分離戻入
装置を燃料電池等、水素ガス利用機器を備えた需要家に
設置することにより、水素ガスを直接利用可能となる。
The present invention is a gas separation and return device used for supplying city gas according to claims 1 to 8. By installing such a gas separation and return device in a customer equipped with a hydrogen gas utilization device such as a fuel cell, hydrogen gas can be directly used.

【0028】水素ガス分離手段として水素分離膜を用い
ることができる(請求項10)。水素分離膜の材質とし
ては公知のパラジウム、パラジウム合金膜、高分子膜等
を用いることができる。また、水素ガス分離手段として
燃料電池の水素極を用いることもできる(請求項1
1)。
[0028] A hydrogen separation membrane can be used as the hydrogen gas separation means. As a material of the hydrogen separation membrane, a known palladium, palladium alloy membrane, polymer membrane, or the like can be used. Further, a hydrogen electrode of a fuel cell can be used as the hydrogen gas separating means.
1).

【0029】また、都市ガス導入手段及び分離ガス戻入
手段として内管部と外管部により構成される二重管タイ
プの配管を用いることができる(請求項12)。都市ガ
ス配管をこのように構成することにより、設備のコンパ
クト化が可能となる。
Further, a double-pipe type pipe constituted by an inner pipe portion and an outer pipe portion can be used as the city gas introducing means and the separated gas returning means (claim 12). By configuring the city gas pipe in this way, the equipment can be made compact.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して具体的に説明する。ここで、図面において
同一構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
また、以下の実施の形態は例示であって、本発明の範囲
は各実施の形態に限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Here, in the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
Further, the following embodiments are exemplifications, and the scope of the present invention is not limited to each embodiment.

【0031】本発明の第一の実施形態について図1乃至
図4を参照して説明する。図1は本発明に係る13A都
市ガス製造供給システムの全体図を示すものである。図
1において都市ガス製造供給システム1は、都市ガス製
造工場2、導管3a乃至3cより構成される導管ネット
ワーク3、都市ガス製造工場3と導管ネットワーク3と
を結ぶパイプライン12、導管ネットワーク3に接続す
る需要家4、5により構成されている。現実の都市ガス
製造供給システムにおいては、これ以外にも昇圧器、付
臭装置、ガスホルダー、ガバナー等、必要な製造供給設
備が存在するが、図では省略してある。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an overall view of a 13A city gas production and supply system according to the present invention. In FIG. 1, a city gas production and supply system 1 is connected to a city gas production plant 2, a conduit network 3 composed of conduits 3a to 3c, a pipeline 12 connecting the city gas production plant 3 and the conduit network 3, and a conduit network 3. Customers 4 and 5 that perform the operations. In an actual city gas production and supply system, other necessary production and supply facilities such as a booster, an odor device, a gas holder, and a governor exist, but are omitted in the figure.

【0032】都市ガス製造工場2は、LNGタンク7、
LPGタンク6、気化装置9、水素ガス貯蔵装置10を
備えている。
The city gas production plant 2 has an LNG tank 7,
An LPG tank 6, a vaporizer 9, and a hydrogen gas storage device 10 are provided.

【0033】導管3bには需要家4、5が接続されてお
り、都市ガス機器を利用できるように構成されている。
実際には導管ネットワーク3には多数の需要家が接続さ
れているが、煩雑を避けるため2需要家のみ表示してあ
る。
Customers 4 and 5 are connected to the conduit 3b so that city gas equipment can be used.
Actually, a large number of customers are connected to the conduit network 3, but only two customers are displayed to avoid complication.

【0034】図2は需要家4の詳細構成を示している。
需要家4は燃料電池16aを備えており、さらに燃料電
池16aの燃焼制御のために水素分離装置15a、制御
装置19a、流量制御弁18a、分離後ガス戻入管14
aを備えている。導管3bを流れる都市ガスは配管13
aにより分岐され、水素分離装置15aに導かれるよう
に構成されている。さらに、水素分離装置15aの下流
側の分離後ガス戻入管14aの経路内には水素濃度セン
サー22aが設けられている。水素濃度センサーとして
は、例えば半導体センサーを用いることができる。
FIG. 2 shows a detailed configuration of the customer 4.
The customer 4 includes a fuel cell 16a, and further includes a hydrogen separator 15a, a controller 19a, a flow control valve 18a, and a separated gas return pipe 14 for controlling combustion of the fuel cell 16a.
a. The city gas flowing through the conduit 3b is
a and is led to the hydrogen separation device 15a. Further, a hydrogen concentration sensor 22a is provided in the path of the post-separation gas return pipe 14a downstream of the hydrogen separation device 15a. As the hydrogen concentration sensor, for example, a semiconductor sensor can be used.

【0035】制御装置19aは記憶部、演算部、制御部
等を備えたコンピュータであり、分離後ガス中の水素濃
度に対応して水素分離装置15aの稼動を制御するよう
構成されている。制御装置19aは、このために図 の
内容のデータテーブルを有している。
The control unit 19a is a computer having a storage unit, a calculation unit, a control unit, and the like, and is configured to control the operation of the hydrogen separation unit 15a according to the hydrogen concentration in the separated gas. The control device 19a has a data table having the contents shown in FIG.

【0036】図1において、需要家5は燃料電池16
b、水素分離装置15b、制御装置19b、流量制御弁
18b、水素濃度センサー22bを備えている。これら
の構成については需要家4と同一である。需要家4の構
成と異なる点は、需要家5はさらに13A用ガス機器1
7及び18を備えている点である。
In FIG. 1, the customer 5 has a fuel cell 16
b, a hydrogen separator 15b, a controller 19b, a flow control valve 18b, and a hydrogen concentration sensor 22b. These structures are the same as those of the customer 4. The difference from the configuration of the customer 4 is that the customer 5 further includes a gas appliance 1 for 13A.
7 and 18 are provided.

【0037】次に、図1により都市ガス製造工場2にお
ける13A都市ガスへの水素添加、導管ネットワークに
よる供給方法について説明する。
Next, a method of adding hydrogen to the 13A city gas in the city gas manufacturing plant 2 and supplying the hydrogen gas to the city gas production plant 2 using a conduit network will be described with reference to FIG.

【0038】最初に13Aガスに水素を添加する方法に
ついて説明する。LNGタンク7から配管7aを介して
供給されるLNGと、LPGタンク6から配管6aを介
して供給されるLPGは、混合部8で所定の混合比で混
合し、さらに気化装置9でガス体となる。さらに混合器
11において水素ガス貯蔵装置10から供給される水素
が添加される。ここにLNG、LPG、水素ガスの混合
比は、WI及びMCPで規定される13Aガスの範囲内
のものとなるように調整される。調整された水素添加都
市ガスは、導管12を介して導管ネットワーク3に供給
される。供給圧力は任意の値を選択しうるが、従来の都
市ガスと同様に高圧(1MPa以上)、中圧(0.1M
Pa以上、1MPa未満)、低圧(0.1MPa未満)
の3段階とすることもできる。
First, a method of adding hydrogen to the 13A gas will be described. The LNG supplied from the LNG tank 7 via the pipe 7a and the LPG supplied from the LPG tank 6 via the pipe 6a are mixed at a predetermined mixing ratio in the mixing section 8, and further mixed with the gas in the vaporizer 9. Become. Further, in the mixer 11, hydrogen supplied from the hydrogen gas storage device 10 is added. Here, the mixing ratio of LNG, LPG, and hydrogen gas is adjusted so as to be within the range of 13 A gas specified by WI and MCP. Conditioned hydrogenated city gas is supplied to conduit network 3 via conduit 12. The supply pressure can be set to any value, but the high pressure (1 MPa or more) and the medium pressure (0.1 M
Pa or more and less than 1 MPa), low pressure (less than 0.1 MPa)
It can also be three stages.

【0039】次に、図2を用いて需要家4における水素
分離及び導管ネットワークへの戻入について説明する。
導管3b内を流れる水素添加の13A都市ガスは配管1
3a、流量制御弁18aを経由して水素分離装置15a
に供給される。水素分離装置15a内部には水素分離膜
(図示しない)が設けられており、都市ガスに含まれる
水素は、真空ポンプ18a(図示せず)により吸引され
て分離膜を通過し、さらに配管17aを介して燃料電池
16aに供給される。一方、水素ガス以外のメタン、プ
ロパン等の成分は分離膜を通過することなく滞留し、ガ
ス配管14aを介して導管3bに戻入される。なお、水
素分離に際して分離膜の下流側に真空ポンプを用いた
が、分離膜を介して差圧を生じさせることが重要であ
り、上流側に昇圧装置を用いてもよい。また、導管3b
への戻入には必要に応じて昇圧装置等を介して行うこと
ができる。
Next, hydrogen separation in the customer 4 and return to the conduit network will be described with reference to FIG.
13A city gas of hydrogen addition flowing in the conduit 3b
3a, hydrogen separation device 15a via flow control valve 18a
Supplied to A hydrogen separation membrane (not shown) is provided inside the hydrogen separation device 15a, and hydrogen contained in city gas is sucked by a vacuum pump 18a (not shown), passes through the separation membrane, and further passes through a pipe 17a. The fuel is supplied to the fuel cell 16a via the fuel cell 16a. On the other hand, components such as methane and propane other than hydrogen gas stay without passing through the separation membrane, and are returned to the conduit 3b via the gas pipe 14a. Although a vacuum pump was used on the downstream side of the separation membrane during hydrogen separation, it is important to generate a differential pressure through the separation membrane, and a booster may be used on the upstream side. In addition, conduit 3b
It can be returned via a booster or the like as necessary.

【0040】次に、ガス配管14aを介して導管3bに
戻入する分離後ガスの水素濃度の制御方法について説明
する。分離後ガス中の水素濃度は、分離後ガス戻入管1
4aの経路内に設けられた水素濃度センサー22aによ
り所定の時間間隔で計測されており、そのデータは制御
装置19aに取り込まれる。制御装置19aのコンピュ
ータは、分離後ガスの水素濃度及び工場から供給される
都市ガス組成をもとにWI、MCPを計算し、分離後ガ
スの組成が図3の範囲内にあるか否かを判断する。この
値が図3の範囲内にある場合には燃料電池16aへの水
素供給を継続する。水素濃度が図3の範囲から外れた場
合には水素分離装置の稼動を停止する。なお、工場から
供給される都市ガス組成がほぼ一定の場合には、コンピ
ュータに初期値として記憶させておくことができる。ま
た、工場から供給される都市ガス組成の変動が無視でき
ない場合には、後述の通信手段によることもできる。水
素以外の他の成分濃度を測定してもよいことは言うまで
もない。かかる制御を行うことにより戻入ガスの組成が
図3の範囲内にあるようにできる。例えば、図3におい
て需要家4に供給される都市ガスのメタン濃度が0.
7、水素濃度が0.24である場合、水素分離装置15
aで分離できる限界は分離後ガスの水素濃度が0.13
となる都市ガス組成ということになる。
Next, a method for controlling the hydrogen concentration of the separated gas returning to the conduit 3b via the gas pipe 14a will be described. The hydrogen concentration in the gas after separation is determined by the gas return pipe 1 after separation.
It is measured at predetermined time intervals by a hydrogen concentration sensor 22a provided in the path of 4a, and the data is taken into the control device 19a. The computer of the control device 19a calculates WI and MCP based on the hydrogen concentration of the separated gas and the city gas composition supplied from the factory, and determines whether the composition of the separated gas is within the range of FIG. to decide. When this value is within the range of FIG. 3, the supply of hydrogen to the fuel cell 16a is continued. When the hydrogen concentration is out of the range shown in FIG. 3, the operation of the hydrogen separator is stopped. When the city gas composition supplied from the factory is almost constant, it can be stored in a computer as an initial value. Further, when the fluctuation of the composition of the city gas supplied from the factory cannot be ignored, it is possible to use the communication means described later. It goes without saying that the concentration of components other than hydrogen may be measured. By performing such control, the composition of the return gas can be set within the range shown in FIG. For example, in FIG. 3, the methane concentration of the city gas supplied to the customer 4 is 0.
7. When the hydrogen concentration is 0.24, the hydrogen separator 15
The limit that can be separated by a is that the hydrogen concentration of the separated gas is 0.13
Is the city gas composition

【0041】なお、上記において分離後ガスの水素濃度
の制御は水素分離装置15aの発停で行っているが、流
量制御弁18aの開度を調整する方式によってもよい。
In the above description, the control of the hydrogen concentration of the separated gas is performed by starting and stopping the hydrogen separation device 15a. However, a method of adjusting the opening of the flow control valve 18a may be employed.

【0042】次に需要家5における都市ガス利用形態に
ついて説明する。水素分離及び導管ネットワークへの戻
入については、需要家4と同一であるので省略する。需
要家5においては、さらにガス配管14bにより導管3
bに戻入される分離後ガスの一部が、ガス配管14cを
介してガス機器17,18に導かれる。分離後ガスは需
要家4と同様に水素濃度が制御されているため、ガス機
器17,18は正常な燃焼が確保されている。
Next, the manner in which the customer 5 uses city gas will be described. The hydrogen separation and the return to the conduit network are the same as those of the customer 4 and will not be described. In the customer 5, the gas pipe 14b further connects the conduit 3
A part of the separated gas returned to b is guided to the gas appliances 17 and 18 via the gas pipe 14c. Since the hydrogen concentration of the separated gas is controlled in the same manner as in the customer 4, normal combustion of the gas appliances 17, 18 is ensured.

【0043】なお、上記実施の形態では分離された水素
ガスを燃料電池16aに供給しているが、供給されるガ
スが燃料電池16aの水素極(図示せず)の白金触媒を
被毒させる成分、例えば一酸化炭素(CO)を含まない
場合には、水素分離装置を置かずに直接、都市ガスを燃
料電池に供給することもできる。この場合、水素極にお
いて水素分子のみが選択的にイオン化されて電解質を通
過し、他の分子成分は電極を通過できず残留するから、
残留ガス成分を導管3bに戻入することにより上記と同
様な機能を果たすことができる。この場合には、燃料電
池16aの水素極(図示せず)が水素分離装置として機
能することになる。
In the above embodiment, the separated hydrogen gas is supplied to the fuel cell 16a, but the supplied gas is a component that poisons the platinum catalyst of the hydrogen electrode (not shown) of the fuel cell 16a. For example, when carbon monoxide (CO) is not included, the city gas can be directly supplied to the fuel cell without installing a hydrogen separator. In this case, only the hydrogen molecules are selectively ionized at the hydrogen electrode and pass through the electrolyte, and the other molecular components cannot pass through the electrode and remain.
By returning the residual gas component to the conduit 3b, the same function as described above can be performed. In this case, the hydrogen electrode (not shown) of the fuel cell 16a functions as a hydrogen separator.

【0044】なお、上記実施形態では、都市ガスの水素
分離方法として水素分離膜を用いたが、これに限らず、
他の混合ガス中の水素を選択的に分離できる方法、例え
ばPSA等を用いることも可能である。
In the above embodiment, a hydrogen separation membrane is used as a hydrogen separation method for city gas. However, the present invention is not limited to this.
It is also possible to use a method capable of selectively separating hydrogen in another mixed gas, for example, PSA or the like.

【0045】さらに、分離後ガスの水素濃度を測定する
方法として水素濃度センサーを用いたが、燃料電池の発
電量から分離後ガスの水素濃度を演算する方法を用いる
ことも可能である。
Further, although a hydrogen concentration sensor is used as a method for measuring the hydrogen concentration of the gas after separation, a method of calculating the hydrogen concentration of the gas after separation from the amount of power generated by the fuel cell may be used.

【0046】図4は、本発明に係る他の実施の形態を示
す図である。本実施の形態は、導管ネットワークの各地
点における水素濃度を集中管理して、安定供給を図るも
のである。図1において都市ガス製造供給システム50
は、都市ガス製造工場A及びB、センター52、導管5
1a乃至51cより構成される導管ネットワーク51、
導管51bの経路内に配設される水素ガス貯蔵装置55
を備えている。さらに、導管ネットワーク51を介して
都市ガスの供給を受ける需要家群は、水素分離戻入装置
を備えた需要家53−1乃至53−n、及びこれを備え
ず従来機器を使用する需要家54−1乃至54−mから
構成されている。なお、都市ガス製造工場、水素ガス貯
蔵装置等の数は図に示すものに限定されず、必要に応じ
て任意の数を選択することができる。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment according to the present invention. In the present embodiment, the hydrogen concentration at each point of the conduit network is centrally controlled to achieve a stable supply. In FIG. 1, a city gas production and supply system 50 is shown.
Are city gas production plants A and B, center 52, conduit 5
Conduit network 51 consisting of 1a to 51c,
Hydrogen gas storage device 55 disposed in the path of conduit 51b
It has. Further, a group of consumers who receive the supply of city gas through the conduit network 51 include customers 53-1 to 53-n equipped with a hydrogen separation / return device and customers 54-1 to 53-n without the hydrogen separation and use conventional equipment. 1 to 54-m. Note that the numbers of city gas production plants, hydrogen gas storage devices, and the like are not limited to those shown in the figure, and any number can be selected as needed.

【0047】センター52と工場A及びBとはそれぞれ
通信回線CL1、CL2を介して情報授受可能に構成さ
れている。また、センター52と水素ガス貯蔵装置55
とは通信回線CL3で結ばれている。さらに、センター
52と需要家53−1乃至53−nについても通信回線
で結ばれている。通信手段としては、例えば公衆電話回
線、パケット通信網及びISDN等のデジタル公衆回線
を含むインターネット回線、専用回線、CATV回線
網、衛星通信、無線通信等を用いることができる。これ
により、各需要家に配設されている図示しない制御装置
から送信される各需要家における分離後ガスの水素濃度
データをモニターできるように構成されている。
The center 52 and the factories A and B are configured to be able to exchange information via communication lines CL1 and CL2, respectively. The center 52 and the hydrogen gas storage device 55
Are connected by a communication line CL3. Further, the center 52 and the customers 53-1 to 53-n are also connected by a communication line. As the communication means, for example, an Internet line including a public telephone line, a packet communication network, and a digital public line such as ISDN, a dedicated line, a CATV line network, a satellite communication, a wireless communication, and the like can be used. Thereby, it is configured such that the hydrogen concentration data of the separated gas in each customer transmitted from the control device (not shown) provided in each customer can be monitored.

【0048】次に、本実施の形態における導管ネットワ
ークの水素濃度制御について説明する。センター52
は、需要家53−1乃至55−nに対して所定の時間間
隔で水素濃度データの送信を指令する。そして、送信さ
れる水素濃度データをセンター52内に備えられたコン
ピュータ(図示せず)に蓄積することにより、導管ネッ
トワーク内の都市ガス中の水素濃度分布を把握すること
ができる。センター52は、この分布データに基づいて
工場A、Bのうち、最適な供給工場を選択してその工場
に対して送出する都市ガスの水素濃度を調整するよう指
令する。指令された工場は、指令値に基づいて製造する
都市ガスの水素濃度を調整して供給する。
Next, control of the hydrogen concentration in the conduit network according to the present embodiment will be described. Center 52
Commands the consumers 53-1 to 55-n to transmit hydrogen concentration data at predetermined time intervals. Then, by storing the transmitted hydrogen concentration data in a computer (not shown) provided in the center 52, it is possible to grasp the hydrogen concentration distribution in the city gas in the conduit network. The center 52 instructs to select an optimum supply factory from the factories A and B based on the distribution data and to adjust the hydrogen concentration of the city gas to be sent to the factory. The commanded factory adjusts and supplies the hydrogen concentration of the city gas to be produced based on the command value.

【0049】なお、水素ガスの添加は工場に限らず、必
要に応じて導管ネットワーク内に配設される水素ガス貯
蔵装置55から行うことも可能である。この場合、セン
ター52は水素ガス貯蔵装置55に接続する制御弁56
に対して指令して、導管51bに図3の範囲内となるよ
うに水素添加する。このように導管ネットワーク内の都
市ガス中の水素濃度分布を継続的にモニターして、供給
ガスのWI及びMCPを演算して、常に図3の範囲に制
御することができる。
The addition of the hydrogen gas is not limited to the factory, but can be performed from the hydrogen gas storage device 55 provided in the conduit network as needed. In this case, the center 52 is provided with a control valve 56 connected to the hydrogen gas storage device 55.
And hydrogenates the conduit 51b so as to be within the range of FIG. As described above, by continuously monitoring the hydrogen concentration distribution in the city gas in the conduit network, the WI and the MCP of the supply gas can be calculated and constantly controlled within the range shown in FIG.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明により、在来の都市ガス供給シス
テムを前提として、炭化水素系ガス(天然ガス)に一定
量の水素を混合し、従来の都市ガス用機器と水素のみを
選択的に利用する水素利用ガス機器(燃料電池など)を
併存して利用することができる。これにより将来的に予
想される水素ガス供給への円滑な移行が可能となる。
According to the present invention, on the premise of a conventional city gas supply system, a certain amount of hydrogen is mixed with a hydrocarbon-based gas (natural gas) to selectively use only conventional city gas equipment and hydrogen. A hydrogen-using gas device (such as a fuel cell) to be used can be used together. This enables a smooth transition to the hydrogen gas supply expected in the future.

【0051】また、燃料電池の稼動に負担となる天然ガ
ス改質装置を介することなく直接水素を供給できるた
め、燃料電池のクイックスタートが可能となる。
In addition, since hydrogen can be directly supplied without passing through a natural gas reformer which burdens the operation of the fuel cell, quick start of the fuel cell becomes possible.

【0052】また、水素分離、吸着分離等による高純度
の水素分離を利用することにより、燃料電池触媒被毒の
原因となるガス付臭剤を除去できるため、燃料電池の寿
命が延びるという効果もある。
Further, by utilizing high-purity hydrogen separation by hydrogen separation, adsorption separation, or the like, the gas odorant causing poisoning of the fuel cell catalyst can be removed, so that the life of the fuel cell is prolonged. is there.

【0053】さらに、各家庭、事業所等において水素供
給が可能となり、専用スタンド無しに水素燃料の燃料電
池自動車の水素源を供給することができ、その普及促進
に資する。
Further, hydrogen can be supplied to each home, office, and the like, and a hydrogen source for a fuel cell vehicle using hydrogen fuel can be supplied without a dedicated stand, thereby contributing to the popularization of the vehicle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る都市ガス製造供給システムの全体
図を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall view of a city gas production and supply system according to the present invention.

【図2】本発明に係る都市ガス利用需要家の設備構成を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an equipment configuration of a city gas user according to the present invention.

【図3】13Aガスの水素、メタン、CO,CmHnの
許容濃度範囲を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an allowable concentration range of hydrogen, methane, CO, and CmHn of 13A gas.

【図4】本発明の他の実施の形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図5】ガスの互換域を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a gas interchange area.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・50……都市ガス製造供給システム、2……都市ガ
ス製造工場、3・51……導管ネットワーク、3a・3
b・3c・51a・51b・51c……導管、4・5・
53−1乃至53−n・54−1乃至54−m……需要
家、6……LPGタンク6、7……LNGタンク、9…
…気化装置、10・55……水素ガス貯蔵装置、12…
…パイプライン、15a・15b……水素分離装置、1
6a・16b……燃料電池、18a・18b……流量制
御弁、19a・19b……水素分離制御装置、22・2
3……水素分圧センサー、25……真空ポンプ、52…
…センター、CL1〜CL3……通信回線、56……制
御弁
1 · 50 ··· City gas production and supply system, 2 ··· City gas production plant, 3 · 51 ···· Conduit network, 3a · 3
b, 3c, 51a, 51b, 51c ... conduit, 4.5
53-1 to 53-n and 54-1 to 54-m... Customers, 6... LPG tanks 6, 7... LNG tanks, 9.
... Vaporizer, 10 ・ 55 ... Hydrogen gas storage device, 12 ...
... Pipeline, 15a / 15b ... Hydrogen separation device, 1
6a, 16b: fuel cell, 18a, 18b: flow control valve, 19a, 19b: hydrogen separation control device, 22.2
3 ... hydrogen partial pressure sensor, 25 ... vacuum pump, 52 ...
... Center, CL1-CL3 ... Communication line, 56 ... Control valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3E072 AA03 DB01 3J071 AA02 BB02 BB11 BB14 CC11 DD36 EE02 EE11 EE18 EE28 FF03 4G040 FA06 FB05 FC01 FE04 4G140 FA06 FB05 FC01 FE04 5H027 AA00 BA00 KK21 KK31 KK52 MM01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素ガスを含むガスを導管ネットワークを
介して供給する都市ガス供給方法であって、導管ネット
ワーク内の1以上の箇所において都市ガス中の水素ガス
を分離した後に、分離後の都市ガス(以下、分離後ガス
という)の少なくとも一部を前記導管ネットワークに戻
入することを特徴とする都市ガス供給方法。
1. A city gas supply method for supplying a gas containing hydrogen gas through a conduit network, comprising: separating hydrogen gas in the city gas at one or more points in the conduit network; A city gas supply method comprising returning at least a part of a gas (hereinafter, referred to as a separated gas) to the conduit network.
【請求項2】前記分離後ガスのウオッベ指数(WI)と
燃焼速度指数(CP)が、それぞれ所定の範囲内の値に
なるように水素ガスの分離を制御することを特徴とする
請求項1に記載の都市ガス供給方法。
2. The hydrogen gas separation is controlled so that the Wobbe index (WI) and the burning velocity index (CP) of the separated gas are within predetermined ranges. The city gas supply method described in 1.
【請求項3】WIが52.7≦WI≦57.8であり、
かつ、CPが35≦MCP≦47となるように、前記水
素ガス分離量を制御することを特徴とする請求項1又は
2に記載の都市ガス供給方法。
3. WI is 52.7 ≦ WI ≦ 57.8,
The method according to claim 1, wherein the hydrogen gas separation amount is controlled so that CP satisfies 35 ≦ MCP ≦ 47.
【請求項4】WIが49.2≦WI≦53.8であり、
かつ、CPが34≦MCP≦47となるように、前記水
素ガス分離量を制御することを特徴とする請求項1又は
2に記載の都市ガス供給方法。
4. WI is 49.2 ≦ WI ≦ 53.8,
The method according to claim 1, wherein the hydrogen gas separation amount is controlled so that CP satisfies 34 ≦ MCP ≦ 47. 4.
【請求項5】前記都市ガスは、炭化水素系ガスを主成分
とするものである請求項1乃至4に記載の都市ガス供給
方法。
5. The city gas supply method according to claim 1, wherein the city gas is mainly composed of a hydrocarbon-based gas.
【請求項6】前記都市ガスは、メタンを主成分とするも
のである請求項1乃至4に記載の都市ガス供給方法。
6. The city gas supply method according to claim 1, wherein the city gas contains methane as a main component.
【請求項7】請求項1乃至6に記載の都市ガス供給方法
において、さらに、前記導管ネットワーク内の1以上の
箇所における水素ガスが所定の濃度以下の場合に、前記
導管ネットワーク内の所定の箇所において水素ガスを添
加することを特徴とする都市ガス供給方法。
7. The method for supplying city gas according to claim 1, further comprising the step of: determining whether a concentration of hydrogen gas at one or more points in said conduit network is less than a predetermined concentration. A hydrogen gas is added thereto.
【請求項8】前記水素ガス消費量の計測は、燃料電池の
発電量を計測することにより求めるものである請求項7
に記載の都市ガス供給方法。
8. The measurement of the hydrogen gas consumption is obtained by measuring the power generation of a fuel cell.
The city gas supply method described in 1.
【請求項9】水素ガスを含む都市ガスを導管ネットワー
クから分岐して導入するガス導入手段と、前記都市ガス
中の水素ガスを分離する水素ガス分離手段と、前記分離
ガスの少なくとも一部を導管ネットワークに戻入する分
離ガス戻入手段と、を備えた水素ガス分離戻入装置。
9. A gas introducing means for introducing a city gas containing hydrogen gas by branching from a conduit network, a hydrogen gas separating means for separating hydrogen gas in the city gas, and a conduit for supplying at least a part of the separated gas. A hydrogen gas separation and return device comprising: a separation gas return means for returning to a network.
【請求項10】前記水素ガス分離手段は、水素分離膜を
備えてなることを特徴とする請求項請求項9に記載のガ
ス分離戻入装置。
10. The gas separation and return device according to claim 9, wherein said hydrogen gas separation means includes a hydrogen separation membrane.
【請求項11】前記水素ガス分離手段は、燃料電池の水
素極であることを特徴とする請求項9に記載のガス分離
戻入装置。
11. The gas separation and return device according to claim 9, wherein said hydrogen gas separation means is a hydrogen electrode of a fuel cell.
【請求項12】前記ガス導入手段及び前記分離ガス戻入
手段は、内管部と外管部を有する二重管を備えたことを
特徴とする請求項9乃至11に記載のガス分離戻入装
置。
12. The gas separation and return device according to claim 9, wherein the gas introduction means and the separation gas return means include a double pipe having an inner pipe part and an outer pipe part.
【請求項13】請求項9乃至12に記載のガス分離戻入
装置において、さらに水素ガス濃度計測手段を備えたこ
とを特徴とするガス分離戻入装置。
13. The gas separation and return device according to claim 9, further comprising a hydrogen gas concentration measuring means.
【請求項14】請求項9乃至13に記載のガス分離戻入
装置を備えたガスメータ。
14. A gas meter provided with the gas separation and return device according to claim 9.
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