JP2002243100A - 都市ガス供給方法及びシステム - Google Patents
都市ガス供給方法及びシステムInfo
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- JP2002243100A JP2002243100A JP2001037297A JP2001037297A JP2002243100A JP 2002243100 A JP2002243100 A JP 2002243100A JP 2001037297 A JP2001037297 A JP 2001037297A JP 2001037297 A JP2001037297 A JP 2001037297A JP 2002243100 A JP2002243100 A JP 2002243100A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
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- Pipeline Systems (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】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。 【解決手段】導管３ｂ内を流れる水素混合都市ガスは、
配管１３ａ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が設けられ
ており、混合ガス中の水素ガスは分離膜を通過して、さ
らに配管１７ａを介して燃料電池１６ａに供給される。
燃料電池１６ａが稼動停止している場合、又は稼動負荷
が小さい場合等には、分離された水素ガスは水素分離装
置１５ａの下流側に設けられた水素貯蔵装置２１に貯蔵
される。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、ガス配管１４ａを介して導管
３ｂに戻入される。需要家４ｂにおいては、さらにガス
配管１４ｂにより導管３ｂに戻入される分離後ガスの一
部が、ガス配管２１を介してガス機器１８，１９に導か
れる。
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。 【解決手段】導管３ｂ内を流れる水素混合都市ガスは、
配管１３ａ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が設けられ
ており、混合ガス中の水素ガスは分離膜を通過して、さ
らに配管１７ａを介して燃料電池１６ａに供給される。
燃料電池１６ａが稼動停止している場合、又は稼動負荷
が小さい場合等には、分離された水素ガスは水素分離装
置１５ａの下流側に設けられた水素貯蔵装置２１に貯蔵
される。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、ガス配管１４ａを介して導管
３ｂに戻入される。需要家４ｂにおいては、さらにガス
配管１４ｂにより導管３ｂに戻入される分離後ガスの一
部が、ガス配管２１を介してガス機器１８，１９に導か
れる。
Description
【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。
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。
【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、広く普及することが予想されるが、燃料電池
システムは水素を燃料とするタイプが主流である。一
方、従来、都市ガス供給はメタンを主成分とするＬＮＧ
を気化し、さらにＬＰＧで増熱する１３Ａガスが主流で
ある。都市ガスには１３Ａガス以外に他の低熱量ガス種
があり、さらにＬＰＧによる簡易ガス供給もある。いず
れの場合も都市ガスを用いて燃料電池システムを稼動さ
せるためには、燃料電池の上流側に改質装置を設置して
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
することが必要となる。しかし、改質装置を需要家ごと
に設置することはコストアップ、設備の大型化を招くた
め、都市ガスを用いた燃料電池の普及阻害要因となりう
る。
し、今後、広く普及することが予想されるが、燃料電池
システムは水素を燃料とするタイプが主流である。一
方、従来、都市ガス供給はメタンを主成分とするＬＮＧ
を気化し、さらにＬＰＧで増熱する１３Ａガスが主流で
ある。都市ガスには１３Ａガス以外に他の低熱量ガス種
があり、さらにＬＰＧによる簡易ガス供給もある。いず
れの場合も都市ガスを用いて燃料電池システムを稼動さ
せるためには、燃料電池の上流側に改質装置を設置して
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
することが必要となる。しかし、改質装置を需要家ごと
に設置することはコストアップ、設備の大型化を招くた
め、都市ガスを用いた燃料電池の普及阻害要因となりう
る。
【０００３】また、既存の都市ガスパイプラインを利用
して直接、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）に関する技術が開示されている（例えば、特開平１
１−２２８１０１）が、この場合であっても燃料電池を
使用する場合にメタン改質設備が必要であることに変わ
りはない。
して直接、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）に関する技術が開示されている（例えば、特開平１
１−２２８１０１）が、この場合であっても燃料電池を
使用する場合にメタン改質設備が必要であることに変わ
りはない。
【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、この場合には水素を直接燃料とする機器（燃料電
池等）については問題ないものの、既存の都市ガス用機
器を使用できないという問題がある。
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、この場合には水素を直接燃料とする機器（燃料電
池等）については問題ないものの、既存の都市ガス用機
器を使用できないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既存
の都市ガスパイプライン、導管ネットワークを利用し
て、水素燃料設備と既存の都市ガス燃焼機器が並存する
場合に、両方の機器を支障なく利用することができる方
法及びシステムを提供することにある。
の都市ガスパイプライン、導管ネットワークを利用し
て、水素燃料設備と既存の都市ガス燃焼機器が並存する
場合に、両方の機器を支障なく利用することができる方
法及びシステムを提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、既存の都市ガスパイ
プラインを利用して、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。
プラインを利用して、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。
【０００７】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。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水素
ガスと炭化水素系ガスとを含む混合ガスを、導管ネット
ワークを介して需要家群に供給する都市ガス供給方法で
あって、第一の需要家群においては、混合ガス中の水素
ガスを分離して分離された水素ガスを使用するととも
に、分離後ガスを導管ネットワークに戻入し、かつ、第
二の需要家群においては、混合ガス中の水素ガスを分離
して分離後ガスを使用するとともに、分離された水素ガ
スを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。
ガスと炭化水素系ガスとを含む混合ガスを、導管ネット
ワークを介して需要家群に供給する都市ガス供給方法で
あって、第一の需要家群においては、混合ガス中の水素
ガスを分離して分離された水素ガスを使用するととも
に、分離後ガスを導管ネットワークに戻入し、かつ、第
二の需要家群においては、混合ガス中の水素ガスを分離
して分離後ガスを使用するとともに、分離された水素ガ
スを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。
【０００９】かかる都市ガス供給方法を採用することに
より、支障なく水素ガス混合都市ガス供給を行うことが
可能となる。すなわち、導管ネットワークに既存のガス
利用機器需要家と水素ガス利用機器需要家が並存する場
合、需要家の炭化水素系ガスと水素ガスの使用量推移に
応じて両ガスの混合比を変化させていくことにより、全
ての需要家に安定的に必要なガスの供給ができる。具体
的には、水素ガス利用機器需要家が少ないステージで
は、炭化水素系ガスの比率を高くし、水素ガス利用機器
需要家が増加するに伴い、水素ガスの比率を高くする。
これにより、導管中の水素ガスと炭化水素系ガスの成分
比率が一方に偏することなく、常に全ての需要家に必要
なガスを供給することが可能となる。
より、支障なく水素ガス混合都市ガス供給を行うことが
可能となる。すなわち、導管ネットワークに既存のガス
利用機器需要家と水素ガス利用機器需要家が並存する場
合、需要家の炭化水素系ガスと水素ガスの使用量推移に
応じて両ガスの混合比を変化させていくことにより、全
ての需要家に安定的に必要なガスの供給ができる。具体
的には、水素ガス利用機器需要家が少ないステージで
は、炭化水素系ガスの比率を高くし、水素ガス利用機器
需要家が増加するに伴い、水素ガスの比率を高くする。
これにより、導管中の水素ガスと炭化水素系ガスの成分
比率が一方に偏することなく、常に全ての需要家に必要
なガスを供給することが可能となる。
【００１０】炭化水素系ガスとしては、メタンが代表的
であるが、プロパン、ブタン等、又はこれらの混合ガス
等を用いることができる。
であるが、プロパン、ブタン等、又はこれらの混合ガス
等を用いることができる。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、導管ネットワーク内の所定の箇所において水素ガス
を補充供給することを特徴とする都市ガス供給方法を提
供する。
て、導管ネットワーク内の所定の箇所において水素ガス
を補充供給することを特徴とする都市ガス供給方法を提
供する。
【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１の発明
において、導管ネットワーク内の所定の箇所において炭
化水素系ガスを補充供給することを特徴とする都市ガス
供給方法を提供する。
において、導管ネットワーク内の所定の箇所において炭
化水素系ガスを補充供給することを特徴とする都市ガス
供給方法を提供する。
【００１３】これらの発明により、導管ネットワーク内
の需要家が消費する水素ガスと既存の炭化水素系ガスの
消費量バランスが水素ガス側、又は炭化水素系ガス側に
傾いた場合に支障なく供給できる。すなわち、盲腸管等
の導管末端部で一方のガス成分が極端に減少する場合が
ありうる。このような場合、当該導管末端部で水素ガス
又は炭化水素系ガスを補充供給することにより、両ガス
の需給バランスをとることができる。補充供給ポイント
としては、例えば需要家の機器構成、ガス使用量等を予
め知り、これに基づいて導管網解析を行うことにより設
定することもできる。
の需要家が消費する水素ガスと既存の炭化水素系ガスの
消費量バランスが水素ガス側、又は炭化水素系ガス側に
傾いた場合に支障なく供給できる。すなわち、盲腸管等
の導管末端部で一方のガス成分が極端に減少する場合が
ありうる。このような場合、当該導管末端部で水素ガス
又は炭化水素系ガスを補充供給することにより、両ガス
の需給バランスをとることができる。補充供給ポイント
としては、例えば需要家の機器構成、ガス使用量等を予
め知り、これに基づいて導管網解析を行うことにより設
定することもできる。
【００１４】請求項４の発明は、第二の需要家群中の少
なくとも一部の需要家において、分離後ガスのウオッベ
指数と燃焼速度指数とを、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。
なくとも一部の需要家において、分離後ガスのウオッベ
指数と燃焼速度指数とを、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。
【００１５】かかる制御を行うことにより、分離後ガス
の燃焼性を一定の範囲に維持することが可能となり、既
存の都市ガス燃焼機器の中で安定燃焼域が極端に狭いも
のであっても、安定燃焼を確保することが可能となる。
の燃焼性を一定の範囲に維持することが可能となり、既
存の都市ガス燃焼機器の中で安定燃焼域が極端に狭いも
のであっても、安定燃焼を確保することが可能となる。
【００１６】現在、全国の都市ガスは、ガス事業法によ
り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ている。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／ｍ
３）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、ＷＩ＝Ｈ／
√ｓ で示され、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。また、燃焼速度指数（ＭＣ
Ｐ）は次式で表される。
り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ている。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／ｍ
３）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、ＷＩ＝Ｈ／
√ｓ で示され、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。また、燃焼速度指数（ＭＣ
Ｐ）は次式で表される。
【００１７】
【数１】
【００１８】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。
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。
【００１９】
【数２】
【００２０】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。
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。
【００２１】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４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。
表現することが可能となる。図４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。
【００２２】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、ＭＣ
Ｐ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、当該ガス種に適合する機器の燃焼性が確保
される。
ガスグループを定めている。他方、同法は、ＷＩ、ＭＣ
Ｐ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、当該ガス種に適合する機器の燃焼性が確保
される。
【００２３】請求項５の発明は、水素ガスと炭化水素系
ガスとを含む混合ガスを需要家群に供給する導管ネット
ワークを備えて成り、前記需要家群は混合ガス中の水素
ガスを分離するための水素ガス分離手段と、分離後ガス
を導管ネットワークに戻入するための分離後ガス戻入手
段とを備えた第一の需要家群と、混合ガス中の水素ガス
を分離するための水素ガス分離手段と、分離された水素
ガスを導管ネットワークに戻入するための水素ガス戻入
手段とを備えた第二の需要家群と、を含むことを特徴と
する都市ガス供給システムを提供する。
ガスとを含む混合ガスを需要家群に供給する導管ネット
ワークを備えて成り、前記需要家群は混合ガス中の水素
ガスを分離するための水素ガス分離手段と、分離後ガス
を導管ネットワークに戻入するための分離後ガス戻入手
段とを備えた第一の需要家群と、混合ガス中の水素ガス
を分離するための水素ガス分離手段と、分離された水素
ガスを導管ネットワークに戻入するための水素ガス戻入
手段とを備えた第二の需要家群と、を含むことを特徴と
する都市ガス供給システムを提供する。
【００２４】ここに、「水素ガス分離手段」としては水
素分離膜を備えた装置を用いることができる（請求項
８）。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。
「水素ガス分離手段」としては水素分離膜以外にもＰＳ
Ａ（Pressure Swing Absorption）装置を用いることも
できる。なお、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また、上記水素ガス分離手段
は、分離後ガスのウオッベ指数と燃焼速度指数とをそれ
ぞれ所定の範囲内の値に制御する分離制御手段を備えた
ものとすることができる（請求項９）。
素分離膜を備えた装置を用いることができる（請求項
８）。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。
「水素ガス分離手段」としては水素分離膜以外にもＰＳ
Ａ（Pressure Swing Absorption）装置を用いることも
できる。なお、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また、上記水素ガス分離手段
は、分離後ガスのウオッベ指数と燃焼速度指数とをそれ
ぞれ所定の範囲内の値に制御する分離制御手段を備えた
ものとすることができる（請求項９）。
【００２５】このような手段を用いることにより、分離
後ガスの燃焼性を所定の範囲内に維持することが可能と
なり、燃焼域が極端に狭い既存の都市ガス燃焼機器につ
いても、安定燃焼を確保することが可能となる。
後ガスの燃焼性を所定の範囲内に維持することが可能と
なり、燃焼域が極端に狭い既存の都市ガス燃焼機器につ
いても、安定燃焼を確保することが可能となる。
【００２６】請求項６の発明は上記発明において、第一
の需要家群は、分離された水素ガスを貯蔵するための水
素ガス貯蔵手段を備えた需要家を含んで成ることを特徴
とする都市ガス供給システムを提供する。
の需要家群は、分離された水素ガスを貯蔵するための水
素ガス貯蔵手段を備えた需要家を含んで成ることを特徴
とする都市ガス供給システムを提供する。
【００２７】また、請求項７の発明は上記発明におい
て、第二の需要家群は、分離後ガスを貯蔵するための分
離後ガス貯蔵手段を備えた需要家を含んで成ることを特
徴とする都市ガス供給システムを提供する。
て、第二の需要家群は、分離後ガスを貯蔵するための分
離後ガス貯蔵手段を備えた需要家を含んで成ることを特
徴とする都市ガス供給システムを提供する。
【００２８】請求項１０の発明は、上記水素ガス分離手
段を備えたことを特徴とするガスメータを提供する。
段を備えたことを特徴とするガスメータを提供する。
【００２９】都市ガスのガスメータにはマイコンが搭載
されているため、ガスメータに水素分離膜のような水素
ガス分離手段を設けることにより、水素分離量を制御し
てウオッベ指数（ＷＩ）と燃焼速度指数（ＭＣＰ）を所
定の範囲に制御することができる。また、ガスメータ中
に各種センサーを設けることができ、水素ガス分離手段
をコンパクト化、コストダウンを図ることが可能とな
る。
されているため、ガスメータに水素分離膜のような水素
ガス分離手段を設けることにより、水素分離量を制御し
てウオッベ指数（ＷＩ）と燃焼速度指数（ＭＣＰ）を所
定の範囲に制御することができる。また、ガスメータ中
に各種センサーを設けることができ、水素ガス分離手段
をコンパクト化、コストダウンを図ることが可能とな
る。
【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。
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。
【００３１】図1は、本実施の形態に係る都市ガス製造
供給システムを示す図である。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２と導管ネットワーク３とを結ぶパイプライン１
２、導管ネットワーク３に接続する需要家４ａ乃至４ｃ
を含んで構成されている。実際の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、ガスメータ等、他の製造供給設備が存在
するが、図では省略してある。
供給システムを示す図である。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２と導管ネットワーク３とを結ぶパイプライン１
２、導管ネットワーク３に接続する需要家４ａ乃至４ｃ
を含んで構成されている。実際の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、ガスメータ等、他の製造供給設備が存在
するが、図では省略してある。
【００３２】まず、都市ガス製造工場２の構成について
説明する。都市ガス製造工場２は、１３Ａガスと水素を
混合した混合ガスを製造する工場であり、ＬＮＧタンク
７、ＬＰＧタンク６、気化装置９、水素ガス貯蔵装置１
０を主構成とする。
説明する。都市ガス製造工場２は、１３Ａガスと水素を
混合した混合ガスを製造する工場であり、ＬＮＧタンク
７、ＬＰＧタンク６、気化装置９、水素ガス貯蔵装置１
０を主構成とする。
【００３３】次に導管ネットワーク３の構成について説
明する。導管３ｂには需要家４ａ乃至４ｃが接続されて
おり、都市ガス製造工場２から供給される都市ガスを利
用できるように構成されている。導管３ａ乃至３ｃ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３
需要家のみ例示してある。
明する。導管３ｂには需要家４ａ乃至４ｃが接続されて
おり、都市ガス製造工場２から供給される都市ガスを利
用できるように構成されている。導管３ａ乃至３ｃ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３
需要家のみ例示してある。
【００３４】需要家４ａは燃料電池１６ａを備えてお
り、さらに燃料電池１６ａに水素ガスを供給するための
水素分離装置１５ａを備えている。都市ガスは導管３ｂ
から分岐され、配管１３ａ、１７ａを介して水素分離装
置１５ａに導かれるように構成されている。なお、配管
１３ａ経路中にはガスメータが設置されているが、簡単
のため省略してある。水素分離装置１５ａの下流側には
水素貯蔵装置２１が備えられている。水素貯蔵装置２１
内部には水素貯蔵合金が充填されており、分離された水
素ガスの一部を貯蔵するように構成されている。
り、さらに燃料電池１６ａに水素ガスを供給するための
水素分離装置１５ａを備えている。都市ガスは導管３ｂ
から分岐され、配管１３ａ、１７ａを介して水素分離装
置１５ａに導かれるように構成されている。なお、配管
１３ａ経路中にはガスメータが設置されているが、簡単
のため省略してある。水素分離装置１５ａの下流側には
水素貯蔵装置２１が備えられている。水素貯蔵装置２１
内部には水素貯蔵合金が充填されており、分離された水
素ガスの一部を貯蔵するように構成されている。
【００３５】需要家４ｂは、需要家４ａと同様に燃料電
池１６ｂ、水素分離装置１５ｂを備えている。需要家４
ｂが需要家４ａの構成と異なる点は、都市ガス利用機器
として、燃料電池１６ｂの他に既存の１３Ａガス専用ガ
ス機器１８及び１９を備えていることである。既存の１
３Ａガス専用ガス機器としては、例えば給湯器、ガステ
ーブル、ガスファンヒータ等の機種がある。
池１６ｂ、水素分離装置１５ｂを備えている。需要家４
ｂが需要家４ａの構成と異なる点は、都市ガス利用機器
として、燃料電池１６ｂの他に既存の１３Ａガス専用ガ
ス機器１８及び１９を備えていることである。既存の１
３Ａガス専用ガス機器としては、例えば給湯器、ガステ
ーブル、ガスファンヒータ等の機種がある。
【００３６】次に需要家４ｃの構成について説明する。
需要家４ｃが需要家４ａ、４ｂと異なる点は、燃料電池
を備えていないことである。さらに需要家４ｃにおいて
は、水素分離装置がガスメータ２２内部に搭載されてい
る点が他の需要家と異なっている。すなわち、図２にお
いて、ガスメータ２２は通常の流量計測手段（図示せ
ず）に加えて水素分離装置１５ｃ、制御装置２３、水素
濃度センサー２４を内蔵している。また、配管１７ｃの
経路中に真空ポンプ２５を備えている。さらに、ガス機
器２０が、燃焼互換性域が狭い機器（例えばガラス加工
用バーナ）である点についても他の需要家と異なってい
る。以上が都市ガス製造供給システム１の構成である。
需要家４ｃが需要家４ａ、４ｂと異なる点は、燃料電池
を備えていないことである。さらに需要家４ｃにおいて
は、水素分離装置がガスメータ２２内部に搭載されてい
る点が他の需要家と異なっている。すなわち、図２にお
いて、ガスメータ２２は通常の流量計測手段（図示せ
ず）に加えて水素分離装置１５ｃ、制御装置２３、水素
濃度センサー２４を内蔵している。また、配管１７ｃの
経路中に真空ポンプ２５を備えている。さらに、ガス機
器２０が、燃焼互換性域が狭い機器（例えばガラス加工
用バーナ）である点についても他の需要家と異なってい
る。以上が都市ガス製造供給システム１の構成である。
【００３７】次に、本実施の形態における都市ガス製造
供給方法について説明する。まず、製造工場２における
１３Ａ都市ガスと水素ガスの混合及び都市ガスの供給に
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において所定の混合
比で混合され、さらに気化装置９でガス体となって１３
Ａガスが製造される。さらに混合器１１で水素ガス貯蔵
装置１０から供給される水素が混合される。水素ガスの
混合量は、需要家における水素ガスと１３Ａガスの使用
実績に基づいて予め決定されている。調整された水素混
合都市ガスは、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．
１ＭＰａ以上、１ＭＰａ未満）、低圧（０．１ＭＰａ未
満）の３段階とすることもできる。
供給方法について説明する。まず、製造工場２における
１３Ａ都市ガスと水素ガスの混合及び都市ガスの供給に
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において所定の混合
比で混合され、さらに気化装置９でガス体となって１３
Ａガスが製造される。さらに混合器１１で水素ガス貯蔵
装置１０から供給される水素が混合される。水素ガスの
混合量は、需要家における水素ガスと１３Ａガスの使用
実績に基づいて予め決定されている。調整された水素混
合都市ガスは、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．
１ＭＰａ以上、１ＭＰａ未満）、低圧（０．１ＭＰａ未
満）の３段階とすることもできる。
【００３８】次に、需要家４ａにおける都市ガス中の水
素分離及び炭化水素系ガスを主成分とするガス（分離後
ガス）の導管ネットワークへの戻入について説明する。
導管３ｂ内を流れる水素混合都市ガスは、水素分離装置
１５ａ内に設けられた真空ポンプ（図示せず）により吸
引され、配管１３ａ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
示せず）が設けられており、混合ガス中の水素ガスは分
離膜を通過して、さらに配管１７ａを介して燃料電池１
６ａに供給される。また、燃料電池１６ａが稼動停止し
ている場合、又は稼動負荷が小さい場合等には、分離さ
れた水素ガスは水素分離装置１５ａの下流側に設けられ
た水素貯蔵装置２１に貯蔵される。そして、燃料電池１
６ａが稼動した場合には、貯蔵された水素ガスが優先的
に利用される。
素分離及び炭化水素系ガスを主成分とするガス（分離後
ガス）の導管ネットワークへの戻入について説明する。
導管３ｂ内を流れる水素混合都市ガスは、水素分離装置
１５ａ内に設けられた真空ポンプ（図示せず）により吸
引され、配管１３ａ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
示せず）が設けられており、混合ガス中の水素ガスは分
離膜を通過して、さらに配管１７ａを介して燃料電池１
６ａに供給される。また、燃料電池１６ａが稼動停止し
ている場合、又は稼動負荷が小さい場合等には、分離さ
れた水素ガスは水素分離装置１５ａの下流側に設けられ
た水素貯蔵装置２１に貯蔵される。そして、燃料電池１
６ａが稼動した場合には、貯蔵された水素ガスが優先的
に利用される。
【００３９】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、ガス配管１４ａを
介して導管３ｂに戻入される。なお、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もでき
る。
の成分は分離膜を通過することなく、ガス配管１４ａを
介して導管３ｂに戻入される。なお、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もでき
る。
【００４０】次に需要家４ｂ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４ａと同一であるので省略す
る。需要家４ｂにおいては、さらにガス配管１４ｂによ
り導管３ｂに戻入される分離後ガスの一部が、ガス配管
２１を介してガス機器１８，１９に導かれる。分離後ガ
スは１３Ａガスであるため、既存のガス機器１８，１９
は正常に燃焼する。
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４ａと同一であるので省略す
る。需要家４ｂにおいては、さらにガス配管１４ｂによ
り導管３ｂに戻入される分離後ガスの一部が、ガス配管
２１を介してガス機器１８，１９に導かれる。分離後ガ
スは１３Ａガスであるため、既存のガス機器１８，１９
は正常に燃焼する。
【００４１】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。水素極において水素ガスのみが選択的
にイオン化して電解質を通過し、他の成分は残留するか
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。
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。水素極において水素ガスのみが選択的
にイオン化して電解質を通過し、他の成分は残留するか
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。
【００４２】また、水素貯蔵装置２１についても、水素
分離供給量が確保できれば必ずしも設置する必要はな
い。
分離供給量が確保できれば必ずしも設置する必要はな
い。
【００４３】次に需要家４ｃにおける都市ガス利用形態
について説明する。図２において、導管３ｂから分岐さ
れた都市ガスは、配管１３ｃを経由して水素分離装置１
５ｃに導かれる。混合ガス中の水素ガスは、水素分離装
置１５ｃ内部の水素分離膜（図示せず）を通過して配管
１７ｃを介して再度、導管３ｂに戻入される。
について説明する。図２において、導管３ｂから分岐さ
れた都市ガスは、配管１３ｃを経由して水素分離装置１
５ｃに導かれる。混合ガス中の水素ガスは、水素分離装
置１５ｃ内部の水素分離膜（図示せず）を通過して配管
１７ｃを介して再度、導管３ｂに戻入される。
【００４４】一方、分離後ガスは配管１４ｃを通過する
際に水素濃度センサー２４においてガス中に残存する水
素濃度が計測される。計測データは制御装置２３に送ら
れ、ここで分離後ガスのウオッベ指数（ＷＩ）と燃焼速
度指数（MＣＰ）が計算され、ガス機器２０の良好燃焼
範囲に入っているかが判断される。良好燃焼域から外れ
るおそれがある場合には真空ポンプ２５の能力を変化さ
せ、水素分離レベルを調節してガス機器２０の良好燃焼
域に収まるように制御される。
際に水素濃度センサー２４においてガス中に残存する水
素濃度が計測される。計測データは制御装置２３に送ら
れ、ここで分離後ガスのウオッベ指数（ＷＩ）と燃焼速
度指数（MＣＰ）が計算され、ガス機器２０の良好燃焼
範囲に入っているかが判断される。良好燃焼域から外れ
るおそれがある場合には真空ポンプ２５の能力を変化さ
せ、水素分離レベルを調節してガス機器２０の良好燃焼
域に収まるように制御される。
【００４５】なお、需要家４ｃにおいては、水素分離装
置１５ｃ、制御装置２３、流量制御弁２５、水素濃度セ
ンサー２４はガスメータ２２内部に搭載されているが、
これらを独立に備えることも可能である。
置１５ｃ、制御装置２３、流量制御弁２５、水素濃度セ
ンサー２４はガスメータ２２内部に搭載されているが、
これらを独立に備えることも可能である。
【００４６】図３は、本発明の他の実施の形態を示す図
である。本実施の形態は、水素利用機器と既存の都市ガ
ス利用機器とのバランスが水素利用機器側に傾き、導管
末端で水素ガスが不足気味となる場合に適した実施形態
である。本実施の形態が上述の実施の形態と異なる点
は、本実施の形態に係る都市ガス製造供給システム５０
は、導管３ｂの末端部に水素ガスホルダー２６を備えて
いる点である。その他の構成については上述の実施の形
態と同一である。都市ガスの製造供給方法、各需要家に
おける都市ガスの利用形態についても同様である。な
お、水素ガスホルダー２６に替えて液化水素を貯蔵する
ものであってもよい。
である。本実施の形態は、水素利用機器と既存の都市ガ
ス利用機器とのバランスが水素利用機器側に傾き、導管
末端で水素ガスが不足気味となる場合に適した実施形態
である。本実施の形態が上述の実施の形態と異なる点
は、本実施の形態に係る都市ガス製造供給システム５０
は、導管３ｂの末端部に水素ガスホルダー２６を備えて
いる点である。その他の構成については上述の実施の形
態と同一である。都市ガスの製造供給方法、各需要家に
おける都市ガスの利用形態についても同様である。な
お、水素ガスホルダー２６に替えて液化水素を貯蔵する
ものであってもよい。
【００４７】導管３ｂに接続される需要家が消費する水
素、１３Ａガス量情報は、需要家に設置されているガス
メータ（図示せず）において把握できるため、これらの
情報に基づいて水素ガスホルダー２６の設置ポイントが
決定される。そして、所定のインターバルで導管３ｂに
水素ガスが供給される。
素、１３Ａガス量情報は、需要家に設置されているガス
メータ（図示せず）において把握できるため、これらの
情報に基づいて水素ガスホルダー２６の設置ポイントが
決定される。そして、所定のインターバルで導管３ｂに
水素ガスが供給される。
【００４８】なお、水素ガスホルダー２６は移動式のも
のであってもよい。この場合、所定の時間間隔で導管中
の複数のポイントにおいてガス成分分析を行い、水素ガ
スホルダー２６の設置ポイントを定めることができる。
のであってもよい。この場合、所定の時間間隔で導管中
の複数のポイントにおいてガス成分分析を行い、水素ガ
スホルダー２６の設置ポイントを定めることができる。
【００４９】なお、本実施の形態は導管末端で水素ガス
が不足気味となる場合の実施の形態であるが、逆に需要
家における水素利用機器が少なく導管末端で１３Ａガス
が不足となる場合については、水素ガスホルダーに替え
て１３Ａガスホルダーを設置してもよい。さらに、ＬＮ
Ｇタンク、ＬＰＧタンクを設置して、オンサイトで１３
Ａガスを製造するタイプとしてもよい。
が不足気味となる場合の実施の形態であるが、逆に需要
家における水素利用機器が少なく導管末端で１３Ａガス
が不足となる場合については、水素ガスホルダーに替え
て１３Ａガスホルダーを設置してもよい。さらに、ＬＮ
Ｇタンク、ＬＰＧタンクを設置して、オンサイトで１３
Ａガスを製造するタイプとしてもよい。
【００５０】上記各実施の形態では、１３ＡガスはＬＮ
ＧにＬＰＧを添加して製造するタイプを示したが、これ
に限らずパイプラインからメタンをストレート供給する
タイプのものとすることもできる。さらに、都市ガスは
１３Ａガスに限らず、他のガス種に水素を混合するもの
であってもよい。
ＧにＬＰＧを添加して製造するタイプを示したが、これ
に限らずパイプラインからメタンをストレート供給する
タイプのものとすることもできる。さらに、都市ガスは
１３Ａガスに限らず、他のガス種に水素を混合するもの
であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、既存の都市ガスに任意
の混合比で水素ガスを混合して供給することができるた
め、将来予想される水素ガス供給への円滑な移行が可能
となる。
の混合比で水素ガスを混合して供給することができるた
め、将来予想される水素ガス供給への円滑な移行が可能
となる。
【００５２】また、各需要家には、それぞれが所有する
機器の燃焼域に対応したガスを供給できるため、機器の
互換性を考慮することなく、都市ガスの供給が可能とな
る。
機器の燃焼域に対応したガスを供給できるため、機器の
互換性を考慮することなく、都市ガスの供給が可能とな
る。
【００５３】また、既存の導管ネットワークを利用し
て、水素ガスを直接、燃料電池システムに供給できるた
め、燃料電池に改質装置を併設する必要がなくなり、燃
料電池システムの小型化が可能となる。さらに改質装置
が不要となるため、燃料電池のクイックスタートが可能
となるという効果もある。
て、水素ガスを直接、燃料電池システムに供給できるた
め、燃料電池に改質装置を併設する必要がなくなり、燃
料電池システムの小型化が可能となる。さらに改質装置
が不要となるため、燃料電池のクイックスタートが可能
となるという効果もある。
【図１】本発明に係る都市ガス製造供給システムの実施
の形態を示す図である。
の形態を示す図である。
【図２】本発明に係るガスメータを示す図である。
【図３】本発明に係る都市ガス利用需要家の設備構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図４】ガス機器の互換域の概念を示す図である。
１……都市ガス製造供給システム、２……都市ガス製造
工場、３……導管ネットワーク、３ａ・３ｂ・３ｃ……
導管、４ａ・４ｂ・４ｃ……需要家、６……ＬＰＧタン
ク、７……ＬＮＧタンク、８……混合装置、９……気化
装置、１０、２６……水素ガスホルダー、１２……パイ
プライン、１５ａ・１５ｂ・１５ｃ……水素分離装置、
１６ａ・１６ｂ……燃料電池、１８・１９・２０……既
存ガス機器、２２…ガスメータ、２３……水素分離制御
装置、２４……水素濃度センサー、２５……真空ポンプ
工場、３……導管ネットワーク、３ａ・３ｂ・３ｃ……
導管、４ａ・４ｂ・４ｃ……需要家、６……ＬＰＧタン
ク、７……ＬＮＧタンク、８……混合装置、９……気化
装置、１０、２６……水素ガスホルダー、１２……パイ
プライン、１５ａ・１５ｂ・１５ｃ……水素分離装置、
１６ａ・１６ｂ……燃料電池、１８・１９・２０……既
存ガス機器、２２…ガスメータ、２３……水素分離制御
装置、２４……水素濃度センサー、２５……真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ１０Ｌ 3/10 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ Ｈ０１Ｍ 8/00 8/06 Ｒ 8/06 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ｋ
Claims (10)
- 【請求項１】水素ガスと炭化水素系ガスとを含む混合ガ
スを、導管ネットワークを介して需要家群に供給する都
市ガス供給方法であって、前記需要家群中の一部需要家
（以下、第一の需要家群という）においては、前記混合
ガス中の水素ガスを分離して、水素ガスを使用するとと
もに、分離後の炭化水素系ガスを主成分とするガス（以
下、分離後ガスという）を前記導管ネットワークに戻入
し、かつ、 前記需要家群中の他の一部需要家（以下、第二の需要家
群という）においては、前記混合ガス中の水素ガスを分
離して、分離後ガスを使用するとともに、分離された水
素ガス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。 - 【請求項２】前記導管ネットワーク内の所定の箇所にお
いて、水素ガスを補充供給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。 - 【請求項３】前記導管ネットワーク内の所定の箇所にお
いて、炭化水素系ガスを補充供給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。 - 【請求項４】前記第二の需要家群中の少なくとも一部の
需要家において、分離後ガスのウオッベ指数と燃焼速度
指数とを、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乃至
３のいずれかにに記載の都市ガス供給方法。 - 【請求項５】水素ガスと炭化水素系ガスとを含む混合ガ
スを需要家群に供給する導管ネットワークを備えて成
り、前記需要家群は、前記混合ガス中の水素ガスを分離
するための水素ガス分離手段と、分離後ガスを前記導管
ネットワークに戻入するための分離後ガス戻入手段と、
を備えた第一の需要家群と、前記混合ガス中の水素ガス
を分離するための水素ガス分離手段と、分離された水素
ガスを前記導管ネットワークに戻入するための水素ガス
戻入手段と、を備えた第二の需要家群と、を含んで成る
ことを特徴とする都市ガス供給システム。 - 【請求項６】前記第一の需要家群は、分離された水素ガ
スを貯蔵するための水素ガス貯蔵手段を備えた需要家を
含んで成ることを特徴とする請求項５に記載の都市ガス
供給システム。 - 【請求項７】前記第二の需要家群は、分離後ガスを貯蔵
するための分離後ガス貯蔵手段を備えた需要家を含んで
成ることを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載
の都市ガス供給システム。 - 【請求項８】前記水素ガス分離手段は、水素分離膜を備
えて成ることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに
記載の水素ガス分離手段。 - 【請求項９】前記水素ガス分離手段は、分離後ガスのウ
オッベ指数と燃焼速度指数とを、それぞれ所定の範囲内
の値に制御する分離制御手段を備えて成ることを特徴と
する請求項５乃至８のいずれかに記載の水素ガス分離手
段。 - 【請求項１０】請求項８又は９に記載の水素ガス分離手
段を備えたガスメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037297A JP4530193B2 (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 都市ガス供給方法及びシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037297A JP4530193B2 (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 都市ガス供給方法及びシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243100A true JP2002243100A (ja) | 2002-08-28 |
| JP4530193B2 JP4530193B2 (ja) | 2010-08-25 |
Family
ID=18900446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001037297A Expired - Fee Related JP4530193B2 (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 都市ガス供給方法及びシステム |
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|---|---|
| JP (1) | JP4530193B2 (ja) |
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-
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