JP2005330334A

JP2005330334A - 燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置

Info

Publication number: JP2005330334A
Application number: JP2004148138A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hasegawa; 雅一長谷川
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【目的】バイオガスを原料とする装置で、所要設置スペースが小さく、メンテナンスが廉価となり、さらに、バイオガスの供給量が不足しても効果的に補充されて安定した運転を確保できる燃料ガス供給装置を得る。
【構成】有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタンガス発酵装置３Ａ、硫化水素を除去する脱硫器４Ａ、各種不純物を除去する精製塔５Ａ，メタンガスを濃縮させるメタンガス濃縮装置６およびガスタンク７により構成し、得られたガスを燃料ガスとして複数の燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂ，・・，１Ｅに供給することとし、さらに、ガスタンク７に補助燃料ガス供給回路を備えて、バイオガスの供給量の不足を補う。
【選択図】図１

Description

本発明は、生ゴミや畜産排泄物等の有機廃棄物から発生するバイオガスから燃料電池発電装置に用いられる燃料ガスを得る燃料ガス供給装置に関する。

図２は、バイオガスを原料として用いる燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置の従来の構成例を示すシステム構成図である。本燃料ガス供給装置では、メタンガス発酵装置３において生ゴミや畜産排泄物等の有機廃棄物の発酵によりバイオガスが生成される。生成されたバイオガスは脱硫塔４へと送られ、脱硫剤の作用により含まれる硫化水素が除去される。脱硫されたバイオガスは、さらに精製塔５へと送られ、有機硫黄やアンモニア等の各種不純物が除去される。得られたガスは燃料ガスとして燃料電池発電装置１に供給され、図示しない改質装置により水素リッチな改質ガスに改質されたのち、燃料電池スタックの燃料極へと送られ、電気化学反応を生じて発電に寄与することとなる。

上記のように、従来のバイオガスを原料として用いる燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置においては、一般に、それぞれの燃料電池発電装置に対して、メタンガス発酵装置３と脱硫塔４と精製塔５とを備えた１組の燃料ガス供給装置を備えて、燃料ガスを供給する方式が採られている。このように１台の燃料電池発電装置に１組の燃料ガス供給装置を組み合わせて使用すれば、燃料ガスが確実に供給されるので安定して燃料電池発電装置を運転することができるが、本方式の燃料電池発電装置にも以下のごとき問題点がある。
すなわち、まず第１に、本方式ではそれぞれの燃料電池発電装置にメタンガス発酵装置３と脱硫塔４と精製塔５とを備えた燃料ガス供給装置を併置する必要があるので、一般家庭等の小規模施設用として用いられる燃料電池発電装置としては、所要設置スペースが過大になるという難点がある。また、本方式で燃料ガス供給装置に組込まれた脱硫塔４や精製塔５は、定期的な保守点検や触媒の交換等の作業が必要であるが、このような保守作業を各燃料電池発電装置毎に実施するとメンテナンスの費用が高くなってしまうという問題点がある。さらに、この方式では各燃料電池発電装置毎にメタンガス発酵装置３でバイオガスを発生させるための生ゴミ等を確保する必要があるが、一般家庭等でコンスタントに確保できる生ゴミの量には限界があるため、得られるバイオガス量が制限され、安定して得られる電力量が低い値に抑えられるという問題点がある。

本発明は、上記のごとき技術の現状を顧慮してなされたもので、本発明の目的は、メタンガス発酵装置と脱硫塔と精製塔とを備えた燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置で、所要設置スペースが抑制され、かつ、保守点検作業が低減されてメンテナンス費用が廉価になり、さらには、バイオガスの供給量が不足しても、効果的にガスが補充されて電力供給が安定して確保される燃料ガス供給装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明においては、
（１）燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置を、有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタンガス発酵装置と、このバイオガスから含まれる硫化水素を除去させる脱硫塔と、このバイオガスから各種不純物を除去させる精製塔と、このバイオガス中のメタンガスを濃縮させる濃縮装置と、硫化水素や各種不純物を除去し、メタンガスを濃縮させて得られたガスを貯蔵するガスタンクとを備えて構成し、ガスタンクに貯蔵されたガスを複数の燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給することとする。
（２）また、上記の（１）の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置において、例えば都市ガスあるいはＬＰガス等の、補助燃料ガスを外部より前記のガスタンクへと補充する補助燃料ガス供給回路を備えることとし、
（３）さらに、前記ガスタンクの圧力を測定する圧力計を備え、この圧力計の検出値にしたがって前記ガスタンク内へと補充される前記補助燃料ガスの流量が制御される流量調整弁を前記の補助燃料ガス供給回路に備えることとする。

上記の（１）のごとく、燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置を、メタンガス発酵装置と脱硫塔と精製塔と濃縮装置とガスタンクとを備えて構成し、得られたガスを複数の燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給することとすれば、有機性廃棄物から発生させ、硫化水素や各種不純物を除去し、さらにメタンガスを濃縮させることによって、燃料ガスとして所望のメタンガス濃度を有するガスが得られる。さらに、このガスをガスタンクから複数の燃料電池発電装置へ供給すれば、１台の燃料ガス供給装置によって複数の燃料電池発電装置が運転可能となるので、各燃料電池発電装置の据付面積が低減され、メンテナンスも容易となる。
さらに上記の（１）において、上記の（２）のごとく、前記のガスタンクへ補助燃料ガスを補充する補助燃料ガス供給回路を備え、例えば上記（３）のごとく、前記ガスタンクの圧力を測定する圧力計の検出値にしたがって前記ガスタンク内へと補充される前記補助燃料ガスの流量が制御される流量調整弁を前記の補助燃料ガス供給回路に備えれば、複数の燃料電池発電装置の運転条件の変動に伴ってバイオガスの消費量に変動が生じても外部から補助燃料ガスが適切に補充され、各燃料電池発電装置の安定した運転が保証される。なお、このように外部から補助燃料ガスを補充して用いる場合には、前記の濃縮装置によりバイオガスのメタンガスを濃縮して補助燃料ガスのメタンガスの濃度と同程度にすることにより、各燃料電池発電装置の安定した運転が可能となる。

本発明の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置の最良の実施形態は、
有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタンガス発酵装置と、このバイオガスから含まれる硫化水素を除去させる脱硫塔と、このバイオガスから各種不純物を除去させる精製塔と、このバイオガス中のメタンガスを濃縮させる濃縮装置と、硫化水素や各種不純物を除去し、メタンガスを濃縮させて得られたガスを貯蔵するガスタンクとを備えて構成され、得られたガスを複数の燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給するよう配設された燃料ガス供給装置にあり、特に、都市ガスあるいはＬＰガス等の補助燃料ガスを外部より前記のガスタンクへと補充する補助燃料ガス供給回路を備え、さらに、この補助燃料ガス供給回路に、前記ガスタンクの圧力を測定する圧力計の検出値にしたがって前記ガスタンク内へと補充される前記補助燃料ガスの流量が制御される流量調整弁が備えられた燃料ガス供給装置にある。

図１は、本発明の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置の実施例を示すシステム構成図である。本実施例の燃料ガス供給装置は、複数の燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂ，・・，１Ｅに同時に燃料ガスを供給することのできる燃料ガス供給装置で、図２の従来例の装置に備えられていたメタンガス発酵装置３、脱硫塔４、精製塔５に比べてそれぞれ容量の大きいメタンガス発酵装置３Ａ、脱硫塔４Ａ、精製塔５Ａと、得られたバイオガスのメタンガス濃度を濃縮するメタンガス濃縮装置６と、メタンガス濃度が濃縮されたバイオガスを収納するガスタンク７とにより構成されており、複数の燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂ，・・，１Ｅへ供給される燃料ガスは、ガスタンク７からそれぞれ分岐して供給される。
また、上記のガスタンク７には、貯蔵ガスの圧力を測定する圧力計８と、都市ガスあるいはＬＰガス等の補助燃料を供給するための流量調整弁９を備えた補助燃料供給管が備えられている。メタンガス発酵装置３Ａで得られるバイオガスの量が低下したり、あるいは燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂ，・・，１Ｅでの消費量が増大して、ガスタンク７に貯えられたガス量が減少し、各燃料電池発電装置へ供給する燃料ガスが不足する事態となった場合には、圧力計８によってガスタンク７の圧力低下が検知され、この検出信号にしたがって流量調整弁９の開度が制御されて所要流量の補助燃料がガスタンク７に供給される。このとき、精製塔５Ａ通過後のバイオガスのメタンガス濃度が約70 ％であるのに対して、例えば都市ガスのメタンガス濃度は約88 ％であるので、精製塔５Ａ通過後のバイオガスはメタンガス濃縮装置６へと送られ、都市ガス並みのメタンガス濃度へと濃縮されたのちガスタンク７へ送られて貯えられる。このようにバイオガスをメタンガス濃縮装置６へ送ってメタンガス濃度を調整すれば、補助燃料の供給量が変化してバイオガスと補助燃料との混合比が変化しても単位流量当たりのメタンガス量は変化しないので、各燃料電池発電装置１Ａ，１Ｂ，・・，１Ｅはいずれも安定して運転できることとなる。

燃料電池発電装置に本実施例の燃料ガス供給装置を組込んで運転すれば、上記のごとく複数の燃料電池発電装置が安定して運転できるとともに、複数台の燃料電池発電装置に対して一台の燃料ガス供給装置を組込めばよいので、一台の燃料電池発電装置当たりの所要据付面積が小さくなり、建設コストが低減される。また、燃料ガス供給装置のメンテナンスは一括して行えので、メンテナンスは容易となり、かつ低コストで実施可能となる。

以上述べたように、燃料電池発電装置に本発明の燃料ガス供給装置を備えれば、有機性廃棄物の供給量に左右されることなく、一定量の燃料ガスの供給が可能となり、かつ、燃料ガス供給装置に係る所要据付面積が低減され、メンテナンス費用も低減されるので、有機性廃棄物より生じるバイオガスを燃料ガスとして用いる燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置として効果的に使用されることが期待される。

本発明の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置の実施例を示すシステム構成図この種の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置の従来例を示すシステム構成図

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ燃料電池発電装置
３Ａメタンガス発酵装置
４Ａ脱硫塔
５Ａ精製塔
６メタンガス濃縮装置
７ガスタンク
８圧力計
９流量調整弁

Claims

有機性廃棄物からバイオガスを発生させるメタンガス発酵装置と、該バイオガスに含まれる硫化水素を除去させる脱硫塔と、該バイオガスから各種不純物を除去させる精製塔と、該バイオガス中のメタンガスを濃縮させる濃縮装置と、硫化水素や各種不純物を除去し、メタンガスを濃縮させて得られたガスを貯蔵するガスタンクとを備えて構成され、ガスタンクに貯蔵されたガスが複数の燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給される燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置。
補助燃料ガスを外部より前記ガスタンクへと補充する補助燃料ガス供給回路が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置。
前記ガスタンクの圧力を測定する圧力計が備えられ、該圧力計の検出値に従って前記ガスタンク内へと補充される前記補助燃料ガスの流量が制御される流量調整弁が前記補助燃料ガス供給回路に備えられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置。
前記補助燃料ガスが都市ガスあるいはＬＰガスであることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置。