JP2006073415A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2006073415A JP2004257125A JP2004257125A JP2006073415A JP 2006073415 A JP2006073415 A JP 2006073415A JP 2004257125 A JP2004257125 A JP 2004257125A JP 2004257125 A JP2004257125 A JP 2004257125A JP 2006073415 A JP2006073415 A JP 2006073415A
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Masaru Ogawa
賢 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide a fuel cell system having both of merit in a case where the fuel cell is installed in each user and merit, when a large fuel cell is installed for supplying in a lump electric power to many users. <P>SOLUTION: A plurality of users A-H present in a prescribed local area individually equipped with a PEFC unit 200, an SOFC unit 300, or a general gas appliance. The PEFC unit 200 and the SOFC unit 300 are not equipped with reformers, reformed gas is purified in a lump by a concentrated fuel gas supply 10, and the reformed gas is supplied to each user via an accumulator 120. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、戸建て住宅若しくは集合住宅等の一般家庭や、小口業務用設備等に分散配置されている標準的な小型燃料電池ユニットに対し、駆動源となる燃料ガスを集中化した燃料供給システムから供給するようにした燃料電池システムに関するものである。   The present invention is based on a fuel supply system in which fuel gas as a driving source is concentrated with respect to a standard small fuel cell unit distributed in a general home such as a detached house or an apartment house or a small business facility. The present invention relates to a fuel cell system to be supplied.

従来、一般家庭や業務設備に対する電力や熱(温水等)の供給方式としては、図13(a)に示すように、電力については商用電力系統から購入し、また温水等については都市ガス燃料、LPGや灯油を燃料として給湯器で温水を製造したり、電気温水器により製造したりして供給する方式が一般的であった。しかし、近年、家庭や業務用の電力・熱供給システムとして、固体高分子型燃料電池(PEFC)や固体電解質型燃料電池(SOFC)等の燃料電池システムが導入されつつある。このような燃料電池システムは、図13(b)に示すように、都市ガス、LPG又は灯油等を燃料として電気と温水を発生するシステムであり、発電された電気は電力として電気機器に利用される(なお、不足する電気は商用電力系統からより購入される)。また、燃料電池の排熱等を利用して生成された湯は貯湯タンクに蓄えられ、需要家内の給油系統に供給される。このように、燃料電池ユニットは、1台で電気と熱との双方を供給する機能を備えている。現在、家庭用燃料電池としては500W〜1kW、業務用燃料電池としては3〜5kW,30kW級の発電容量の機種が開発されている。   Conventionally, as a method of supplying electric power and heat (hot water, etc.) to general households and business facilities, as shown in FIG. 13 (a), electric power is purchased from a commercial power system, and hot water is supplied with city gas fuel, In general, hot water is produced by a hot water heater using LPG or kerosene as a fuel, or is produced by an electric water heater and supplied. However, in recent years, fuel cell systems such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and solid electrolyte fuel cells (SOFC) are being introduced as power and heat supply systems for homes and businesses. As shown in FIG. 13B, such a fuel cell system is a system that generates electricity and hot water using city gas, LPG, kerosene, or the like as fuel, and the generated electricity is used for electric equipment as electric power. (Insufficient electricity is purchased from the commercial power system). Moreover, hot water generated using the exhaust heat of the fuel cell is stored in a hot water storage tank and supplied to an oil supply system in a consumer. Thus, a single fuel cell unit has a function of supplying both electricity and heat. Currently, models with power generation capacities of 500 W to 1 kW for household fuel cells and 3 to 5 kW and 30 kW class power generation capacities for commercial fuel cells are being developed.

図14は、家庭用固体高分子形燃料電池(PEFC)を利用した燃料電池システム900の概念図を示している。この燃料電池システム900においては、都市ガスを燃料としてPEFC901で発電動作が行われ、該PEFC901にて発生された電力はパワーコンディショナー等を介して家庭の電気機器、例えばテレビ902、エアコン903、冷蔵庫904及び照明器具905などに供給される。なお、PEFC901による発生電力が不足する場合は、商用電力系統から電力の供給を受けることになる。一方、発生電力が余剰となる場合は、電力事業者との契約で、商用電力として商用電力系統に逆潮流されるケースがあるものの、このような逆潮流が許容されないケースもあり、この場合余剰電力は活用されないことになる。   FIG. 14 shows a conceptual diagram of a fuel cell system 900 using a household polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In this fuel cell system 900, a power generation operation is performed by PEFC 901 using city gas as fuel, and electric power generated by PEFC 901 is supplied to household electrical devices such as a television 902, an air conditioner 903, and a refrigerator 904 via a power conditioner or the like. And the lighting fixture 905 or the like. In addition, when the power generated by PEFC 901 is insufficient, power is supplied from the commercial power system. On the other hand, if the generated power is surplus, there is a case where the reverse flow of commercial power as a commercial power is contracted with a power company, but there is a case where such reverse power flow is not allowed. Electricity will not be utilized.

またPEFC901は、発電時に熱(排熱)も同時に発生するために、その熱を利用して温水を生成して小型貯湯槽911に蓄えておき、必要に応じて風呂912、温水暖房機器913,台所の給湯機器914、温水床暖房装置915等に供給される。なお、PEFC901により発生される熱量が不足する場合には、都市ガスを用いて小型貯湯槽911の温水が追い焚きされる。   The PEFC 901 also generates heat (exhaust heat) at the same time during power generation. Therefore, hot water is generated using the heat and stored in the small hot water tank 911. If necessary, the bath 912 and the hot water heater 913 are used. It is supplied to a hot water supply device 914 in the kitchen, a hot water floor heater 915 and the like. Note that when the amount of heat generated by the PEFC 901 is insufficient, the hot water in the small hot water tank 911 is replenished using city gas.

このような用途に用いられる燃料電池の形式としては、上記固体高分子形燃料電池(PEFC901)に限られず、動作温度が異なるために特性が異なるが、りん酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、固体電解質形燃料電池(SOFC)等も用いることができる。図15は、これら燃料電池の特徴を、それぞれの形式毎に示している。   The type of fuel cell used for such applications is not limited to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC901), and the characteristics differ due to different operating temperatures. However, phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate A salt fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), or the like can also be used. FIG. 15 shows the characteristics of these fuel cells for each type.

ところで、燃料電池には、都市ガス等の炭化水素系燃料を水素リッチな改質ガスに変換する改質装置が付設されるのが一般的である。これに対し、例えば特許文献1には、既存の都市ガス導管ネットワークを活用して水素ガスを長距離輸送し、その末端に家庭用燃料電池システムを接続する技術が開示されている。
特開2002−235900号公報
By the way, a fuel cell is generally provided with a reformer that converts a hydrocarbon-based fuel such as city gas into a hydrogen-rich reformed gas. On the other hand, for example, Patent Literature 1 discloses a technique for transporting hydrogen gas over a long distance using an existing city gas conduit network and connecting a household fuel cell system to the end thereof.
JP 2002-235900 A

電力負荷や暖房・給湯などの熱負荷は時々刻々と変移するものであり、特に一般家庭などの小口需要家では時間的な変動が大きくなる。とりわけ電力負荷については、家庭内の電気器具類は頻繁に起動停止されることから、秒単位の短い時間で大きく変動することとなる。図16(a)は、一戸建の一般住宅における電気負荷を秒単位で測定した電力負荷変動状態を示している。図示する通り、一戸建住宅では、絶えず大きな電力負荷変動が生じており、この測定例では最低負荷は300W程度で、最高負荷は3000W程度であって、最大10倍の変動がある。   The electric load and the heat load such as heating and hot water change every moment, and the temporal fluctuation becomes large especially for small consumers such as ordinary households. In particular, with regard to the electric power load, since electric appliances in the home are frequently started and stopped, the electric load greatly fluctuates in a short time in seconds. FIG. 16A shows a power load fluctuation state in which the electrical load in a single-family house is measured in seconds. As shown in the figure, a large electric power load fluctuation is constantly generated in a detached house, and in this measurement example, the minimum load is about 300 W, the maximum load is about 3000 W, and there is a fluctuation of up to 10 times.

しかし、改質装置を持つタイプの家庭用燃料電池の負荷追従性能は10%/分程度が限界であり、上述のような瞬時の負荷変動に追従して運用させることはできない。このため、家庭用燃料電池は電力系統と系統連系を行い、急激な負荷変化分は商用電力系統からの供給を受けるか、バッテリ等のバックアップ電源を併設して、急激な負荷変化分については前記バックアップ電源で対応する構成とする必要がある。通常は商用電力系統との系統連係が行われるが、不足する電力を購入したり、逆潮流が許容されない場合は余剰電力が発生したりするために経済的運用ができない問題がある。さらに、改質装置は起動時間が長く、電力や熱需要に対して燃料電池システムの起動停止を頻繁に行うことができず、深夜などの電力負荷や熱需要が少ないときにも燃料電池を効率の低い最低負荷で運転する必要性があり、経済性が悪化するという問題もある。   However, the load follow-up performance of a household fuel cell having a reformer is limited to about 10% / min, and cannot be operated following the instantaneous load fluctuation as described above. For this reason, household fuel cells are connected to the power system, and sudden load changes are supplied from the commercial power system, or backup power sources such as batteries are installed, It is necessary to adopt a configuration corresponding to the backup power source. Usually, grid connection with the commercial power system is performed, but there is a problem that economical operation cannot be performed due to purchase of insufficient power or generation of surplus power when reverse power flow is not allowed. In addition, the reformer has a long start-up time, and the fuel cell system cannot be started and stopped frequently in response to power and heat demand, and the fuel cell is efficient even when the power load and heat demand are low, such as at midnight. There is also a problem that the economy is deteriorated because it is necessary to operate at a low minimum load.

加えて、個々の住宅において、家族の構成人数、年齢、生活スタイル等により電力負荷パターンにかなりの相違があるため、個々の家庭に適した発電容量や熱容量の燃料電池設備容量を検討して設置する必要性が生じ、また経時的に電気や熱負荷需要量が変わった場合には最適な燃料電池容量が変わるために、機種交換等の買い換え等が必要になるという不都合もある。また、冬季のように電気負荷以上に熱が大量に必要な場合は、電気負荷以上には燃料電池の電力出力を高く設定できず、逆に夏季のような熱負荷はないが電気が大量に必要な場合でも、熱負荷以上には燃料電池の発生電力の出力を高くできず、燃料電池システムの運用が制約されるという問題もある。   In addition, there are considerable differences in the power load pattern in each house depending on the number of people in the family, age, lifestyle, etc., so consider and install fuel cell capacity with power generation capacity and heat capacity suitable for each home. In addition, when the demand for electricity and heat load changes with time, the optimum fuel cell capacity changes, so there is a disadvantage that replacement such as model replacement is required. Also, when a large amount of heat is required beyond the electrical load, such as in winter, the power output of the fuel cell cannot be set higher than the electrical load. Even when necessary, there is a problem that the output of the generated power of the fuel cell cannot be increased beyond the thermal load, and the operation of the fuel cell system is restricted.

一方、図16(b)は、集合住宅全体で測定した電力負荷変動状態である。かかる集合住宅では、一戸建住宅に比べて負荷変化曲線は平滑化されており、この測定例では最低負荷は8000W程度で、最高負荷は30000W程度であって、約3.8倍の変動幅に収まっている。これは、集合住宅では多様な家庭が集合しているために、電力・熱負荷が全体としてみれば平準化されるからである。従って、一般住宅へ燃料電池を導入する場合でも、家庭一戸ごとに独立して1基の燃料電池を導入するよりも、複数戸の集合住宅に1基の大型燃料電池を導入し、集中して電気と熱とを製造して供給するシステムとすることが、設備利用率を向上でき、また経済性の面でも好ましくなるとも考えられる。   On the other hand, FIG.16 (b) is the electric power load fluctuation state measured in the whole apartment house. In such an apartment house, the load change curve is smoothed compared to a detached house. In this measurement example, the minimum load is about 8000 W, the maximum load is about 30000 W, and the fluctuation range is about 3.8 times. It is settled. This is because various households gather in the housing complex, so that the power and heat load are leveled as a whole. Therefore, even when introducing a fuel cell into a general house, rather than introducing a single fuel cell for each household, a single large fuel cell is introduced into multiple apartments and concentrated. It is considered that a system that manufactures and supplies electricity and heat can improve the facility utilization rate and is preferable in terms of economy.

しかしながら、改質装置を伴う大型の燃料電池システムをローカルエリア内に存在する需要家のために設置した場合、電力供給の面では問題ないが、排熱も集中して発生するために大型の貯湯槽が必要となる。また、各需要家に熱を供給するための熱供給配管が必要となり、熱供給配管からの熱損失、移送動力、配管の設備コストが高くなり、結局経済的なシステムを構築できないという根本的な問題がある。   However, when a large fuel cell system with a reformer is installed for a customer existing in a local area, there is no problem in terms of power supply, but exhaust heat is also concentrated, so a large hot water storage A tank is required. In addition, a heat supply pipe for supplying heat to each customer is required, and heat loss from the heat supply pipe, transfer power, and equipment cost of the pipe become high, and it is impossible to construct an economical system after all. There's a problem.

他方、例えば特許文献1に開示されているように、燃料電池を各家庭に配置する一方で、当該燃料電池には改質装置を付設せず、都市ガス導管ネットワークを活用して水素ガスを長距離輸送して供給する手法によれば、必要に応じて個別の燃料電池に水素ガスを供給することは一応可能ではある。しかし、やはり水素ガスを長距離輸送することについての危険性は払拭できず、また安全化コストが膨大となり、実際にこのような大規模システムを構築するのはきわめて困難である。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, for example, a fuel cell is disposed in each household, while the fuel cell is not provided with a reformer, and the city gas conduit network is utilized to extend the hydrogen gas. According to the method of transporting by distance transportation, it is possible to supply hydrogen gas to individual fuel cells as needed. However, the danger of transporting hydrogen gas over long distances cannot be eliminated, and the cost of safety becomes enormous, and it is extremely difficult to actually construct such a large-scale system.

従って本発明は、上述したような各需要家に燃料電池を設置した場合のメリットと、多くの需要家をまとめて大型の燃料電池を設置した場合のメリットとを併せ持つ燃料電池システムを低コストで提供することを目的とする。すなわち、個々の家庭毎に燃料電池を分散配置して各需要家で電気と熱の個別消費を可能とする一方で、各々の燃料電池に対する燃料ガスの供給は集中化した燃料供給システムから供給してローカルエリア全体で運用制御ができるような燃料電池システムを構築することで、過剰な発電設備を少なくして、効率的な運用を可能とすることを技術的課題とする。   Therefore, the present invention provides a low-cost fuel cell system that combines the advantages of installing a fuel cell for each consumer as described above and the advantages of installing a large fuel cell together with many customers. The purpose is to provide. In other words, fuel cells are distributed in each household to enable individual consumption of electricity and heat at each consumer, while the fuel gas supply to each fuel cell is supplied from a centralized fuel supply system. Therefore, a technical issue is to reduce the excessive power generation facilities and enable efficient operation by building a fuel cell system that can control the operation in the entire local area.

本発明の請求項1にかかる燃料電池システムは、商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットとを具備する燃料電池システムであって、前記燃料ガス供給設備は、前記各需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、前記燃料電池ユニットは、少なくとも各需要家内の電力負荷に供給する電力を発電する個別型燃料電池ユニットであることを特徴とする。   A fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas serving as a drive source of the fuel cell, and a plurality of consumers existing in a predetermined local area. The fuel cell system comprises a fuel cell unit distributed and arranged in the fuel cell system, wherein the fuel gas supply facility is a centralized fuel gas common to each fuel cell unit capable of supplying fuel gas to each consumer. It is a supply facility, and the fuel cell unit is an individual fuel cell unit that generates electric power to be supplied to at least an electric power load in each consumer.

本発明にかかる燃料電池システムと、従来の一般的な燃料電池システムとの相違について、図1及び図2に基づいて大略的に説明する。図1は、一般的な燃料電池システムを示すブロック図である。このシステムにおいて、燃料電池システム部800は、燃料電池部801と、該燃料電池部801に改質ガスを供給する改質装置802と、これらの動作を制御する制御部803と、燃料電池部801の排熱を利用して温水を生成する貯湯槽804とからなる。そして、燃料電池部801で発電される電気は、需要家内の電気機器811で利用され、また貯湯槽804内の温水は給湯設備等の熱需要機器812で利用されるようになっている。かかるシステムでは、都市ガス等の原燃料が改質装置802へ導入され、該改質装置802にて改質ガスが精製されて燃料電池部801に供給される。つまり、各需要家が個別に備える燃料電池システム部800に、それぞれ改質装置802が具備されており、各々の需要家ごとに改質ガスを精製する構成である。前述した通り、かかる構成では需要家(特に小口需要家)の負荷変動に追従して運用するのが困難である。   Differences between the fuel cell system according to the present invention and a conventional general fuel cell system will be roughly described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing a general fuel cell system. In this system, the fuel cell system unit 800 includes a fuel cell unit 801, a reformer 802 that supplies reformed gas to the fuel cell unit 801, a control unit 803 that controls these operations, and a fuel cell unit 801. The hot water storage tank 804 which produces | generates warm water using the waste heat of this. The electricity generated by the fuel cell unit 801 is used by an electric device 811 in a consumer, and the hot water in the hot water storage tank 804 is used by a heat demand device 812 such as a hot water supply facility. In such a system, raw fuel such as city gas is introduced into the reformer 802, and the reformed gas is purified by the reformer 802 and supplied to the fuel cell unit 801. That is, the fuel cell system unit 800 provided individually for each consumer is provided with the reformer 802, and the reformed gas is purified for each consumer. As described above, with such a configuration, it is difficult to operate following a load fluctuation of a consumer (especially a small consumer).

一方図2は、本発明にかかる燃料電池システムの一例を示すブロック図である。所定のローカルエリア内(例えば集合住宅や一定範囲の地区内に存在する一戸建住宅群)に存在する(小口)需要家A、Bには、それぞれ燃料電池ユニット700a、700bが個別に備えられているが、これら燃料電池ユニット700a、700bに対して、共通の集中型燃料ガス供給設備(集中型改質装置10)から例えば改質ガス等が一元的に供給される構成である。すなわち、燃料電池ユニット700a、700bは、燃料電池部701a、701b、制御部703a、703b及び貯湯槽704a、704bからなり、個別の改質装置は具備されておらず、制御部10Aの制御下において集中型改質装置10にて原燃料から改質ガスを精製し、これを需要家A、Bに向けて供給する構成である。そして、各燃料電池ユニット700a、700bで発生された電力や熱は、各需要家A、Bが備えている電気機器711a、711bや熱需要機器712a、712bにて消費されるものである。   On the other hand, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a fuel cell system according to the present invention. Fuel cell units 700a and 700b are individually provided for (small) consumers A and B existing in a predetermined local area (for example, a group of detached houses in an apartment house or a certain area). However, for example, reformed gas or the like is supplied to these fuel cell units 700a and 700b from a common centralized fuel gas supply facility (centralized reformer 10). That is, the fuel cell units 700a and 700b are composed of fuel cell units 701a and 701b, control units 703a and 703b, and hot water storage tanks 704a and 704b, and are not equipped with individual reformers, and are controlled by the control unit 10A. The reformed gas is purified from the raw fuel by the centralized reformer 10 and supplied to the consumers A and B. And the electric power and heat which generate | occur | produced in each fuel cell unit 700a, 700b are consumed by the electric equipment 711a, 711b and heat demand equipment 712a, 712b with which each consumer A, B is equipped.

家庭用等の各小口需要家での熱利用に対しては、熱需要箇所である需要家内に燃料電池設備を設置して熱を取り出すようにすることが、熱供給配管が不要にでき、また熱損失も抑制できるという観点から最も経済的である。一方、燃料ガス供給装置はスケールメリットが大きく、効率が高く、小さい燃料ガス変動に対しても余力のある集中型を設置するほうが実用的である。このような点に鑑みて本発明では、各需要家サイトには改質装置のない小型燃料電池ユニット700a、700bを分散して設置する一方で、改質ガスの供給については集中型燃料ガス供給装置(集中型改質装置10)にて一括供給し、需要家毎に独自で電力負荷(電気機器711a、711b)や熱負荷(熱需要機器712a、712b)に対して運転できるシステム構成としたものである。   For heat use by small consumers such as households, it is possible to eliminate the need for heat supply piping by installing fuel cell equipment in the consumer, which is the heat demand point, and extracting heat. It is the most economical from the viewpoint that heat loss can be suppressed. On the other hand, it is more practical to install a fuel gas supply apparatus having a large scale merit, high efficiency, and a centralized type that has the capacity for small fuel gas fluctuations. In view of such points, in the present invention, small fuel cell units 700a and 700b having no reformer are distributed and installed at each customer site, while the supply of reformed gas is a concentrated fuel gas supply. The system configuration is such that the apparatus (central reforming apparatus 10) collectively supplies the power load (electric devices 711a and 711b) and the heat load (heat demand devices 712a and 712b) independently for each consumer. Is.

かかる構成によれば、各小型燃料電池ユニット700a、700bは個別に運転しても、数台、数十台、数百台の小型燃料電池ユニット全体としての燃料ガス供給量は平滑化される(つまり、全体としてみれば急激な負荷変動は生じない)ために、集合化した燃料ガス供給装置では緩やかな運転が可能となり、経済的な運用を行うことが可能となる。なお、燃料電池ユニットとしては一種類の燃料電池に限定されることなく、発電容量、発電効率、排熱効率、起動時間等の異なる複数のユニットや固体高分子形や固体電解質形等の異なる燃料電池形式の標準ユニットを組み合わせて使用することもできる。   According to such a configuration, even if each small fuel cell unit 700a, 700b is individually operated, the fuel gas supply amount as a whole of several, tens, hundreds of small fuel cell units is smoothed ( In other words, sudden load fluctuation does not occur as a whole), so that the aggregated fuel gas supply apparatus can be operated gently and can be economically operated. The fuel cell unit is not limited to one type of fuel cell, but a plurality of units having different power generation capacity, power generation efficiency, exhaust heat efficiency, start-up time, etc., and different fuel cells such as solid polymer type and solid electrolyte type A combination of standard units can also be used.

請求項2にかかる燃料電池システムは、請求項1において、前記集中型燃料ガス供給設備が、炭化水素系燃料を水素リッチな改質ガスに変換する改質装置を備え、前記改質ガスが各需要家に配置されている燃料電池ユニットに供給される構成とされていることを特徴とする。この構成によれば、集中型燃料ガス供給設備から各需要家に対して水素リッチな改質ガスが供給されるので、各需要家に備えられている燃料電池ユニットで直ちに利用可能な状態で燃料ガスが供給されるようになる。   A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the centralized fuel gas supply facility includes a reforming device that converts a hydrocarbon-based fuel into a hydrogen-rich reformed gas. The fuel cell unit is arranged to be supplied to a consumer. According to this configuration, since the hydrogen-rich reformed gas is supplied from the centralized fuel gas supply facility to each consumer, the fuel can be used immediately in the fuel cell unit provided in each consumer. Gas is supplied.

請求項3にかかる燃料電池システムは、請求項2において、前記集中型燃料ガス供給設備が、前記改質ガス中の一酸化炭素濃度を100ppm以下とする一酸化炭素除去器をさらに備えることを特徴とする。ここで一酸化炭素除去器としては、例えば一酸化炭素選択酸化器や一酸化炭素吸着器等の、一酸化炭素濃度を低減できる機能を具備していれば良く、その形式等に制限はない。この構成によれば、集中型燃料ガス供給設備から供給される改質ガスを、水素リッチで、かつ低一酸化炭素濃度の改質ガス組成とできるので、各需要家に分散配置する燃料電池ユニットとして、起動時間が短く且つ起動停止回数の制約が少ない利点がある固体高分子形燃料電池が使用可能になる。さらに、低一酸化炭素濃度のガスであるので、汎用のガス器具の燃料としても供給可能となる。   A fuel cell system according to a third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect, wherein the centralized fuel gas supply facility further includes a carbon monoxide remover that adjusts the carbon monoxide concentration in the reformed gas to 100 ppm or less. And Here, as the carbon monoxide remover, for example, a carbon monoxide selective oxidizer, a carbon monoxide adsorber, or the like may be provided with a function capable of reducing the carbon monoxide concentration, and the form thereof is not limited. According to this configuration, the reformed gas supplied from the centralized fuel gas supply facility can be a hydrogen-rich reformed gas composition having a low carbon monoxide concentration. As a result, it is possible to use a polymer electrolyte fuel cell that has the advantages of a short start-up time and few restrictions on the number of start / stop operations. Furthermore, since the gas has a low carbon monoxide concentration, it can be supplied as a fuel for general-purpose gas appliances.

請求項4にかかる燃料電池システムは、請求項2において、前記改質装置において改質反応を惹起させる加熱源として用いられるバーナの燃料として、当該改質装置にて精製される改質ガスが用いられることを特徴とする。この構成によれば、改質バーナの燃焼によるNOX発生量を、都市ガス、LPG或いは灯油等の原燃料を使用する場合と比較して低濃度にすることが可能となる。 A fuel cell system according to a fourth aspect is the fuel cell system according to the second aspect, wherein a reformed gas purified by the reformer is used as a fuel for a burner used as a heating source for inducing a reforming reaction in the reformer. It is characterized by being able to. According to this configuration, the NO X generation amount due to the combustion of reforming the burner, as compared with the case of using a raw fuel such as city gas, LPG or kerosene becomes possible to lower concentration.

請求項5にかかる燃料電池システムは、請求項請求項1〜4のいずれかにおいて、前記集中型燃料ガス供給設備による燃料ガス供給系統に、燃料電池ユニットを具備しない一般需要家を含ませてなり、前記一般需要家に対しては、該一般需要家が備える一般ガス機器に集中型燃料ガス供給設備にて精製される燃料ガスが供給される構成とされていることを特徴とする。この構成によれば、燃料電池ユニットを保有していない一般需要家が備える一般ガス機器(例えば調理用ガス器具、風呂加熱バーナ用ガス器具、暖房用ガス器具等)においても集中型燃料ガス供給設備から供給される燃料ガスが使用されるようにすることで、より一層負荷変動の安定性が担保されるようになる。   A fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply facility includes a general consumer not having a fuel cell unit. The general consumer is configured to be supplied with the fuel gas purified by the centralized fuel gas supply facility to the general gas equipment provided in the general consumer. According to this configuration, a centralized fuel gas supply facility in general gas equipment (for example, cooking gas appliances, bath heating burner gas appliances, heating gas appliances, etc.) provided by general consumers who do not have a fuel cell unit By using the fuel gas supplied from the vehicle, the stability of the load fluctuation is further ensured.

請求項6にかかる燃料電池システムは、請求項請求項1〜4のいずれかにおいて、前記集中型燃料ガス供給設備による燃料ガス供給系統に、供給される燃料ガスから水素ガスを精製する水素ガス精製装置と、該水素ガス精製装置にて精製された水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵装置とを具備する水素ガス供給設備を接続したことを特徴とする。この構成によれば、深夜や昼間の需要家の改質ガス需要が少ない時間帯等に、集中型燃料ガス供給設備の余剰容量により改質ガスを製造し、水素ガス精製装置にて水素ガスに精製すると共に水素ガス貯蔵装置にて高圧ガスとして貯蔵しておけば、例えば水素燃料で駆動される燃料自動車に高圧水素ガスを供給する水素設備等として前記水素ガス貯蔵装置を活用することが可能となる。   A fuel cell system according to a sixth aspect is the hydrogen gas purification according to any one of the first to fourth aspects, wherein the hydrogen gas is purified from the fuel gas supplied to the fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply facility. A hydrogen gas supply facility comprising an apparatus and a hydrogen gas storage apparatus for storing hydrogen gas purified by the hydrogen gas purification apparatus is connected. According to this configuration, the reformed gas is produced by the surplus capacity of the centralized fuel gas supply facility in the nighttime or the daytime when the demand for the reformed gas is low, and the hydrogen gas is purified by the hydrogen gas purifier. If purified and stored as high-pressure gas in a hydrogen gas storage device, the hydrogen gas storage device can be used as a hydrogen facility for supplying high-pressure hydrogen gas to a fuel vehicle driven by hydrogen fuel, for example. Become.

請求項7にかかる燃料電池システムは、請求項請求項1〜6のいずれかにおいて、各々燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給設備が複数設けられ、これら集中型燃料ガス供給設備によりそれぞれ精製される燃料ガスが、他の燃料ガス供給系統へも供給可能とするための連絡配管路が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、例えば近接する燃料電池システムとの間において連絡配管路が設けるようにすることで、一方の集中型燃料ガス供給設備の定期点検時、改質装置の故障などの緊急時に燃料ガスを融通しあうことが可能となる。さらに、負荷が低い時間帯や季節には、一方の集中型燃料ガス供給設備によるガス精製・供給を停止することにより運転側の負荷を高くし、経済性を高くすることも可能となる。   A fuel cell system according to a seventh aspect is the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, wherein a plurality of centralized fuel gas supply facilities each having a fuel gas supply system are provided, and each of the centralized fuel gas supply facilities refines the fuel cell system. It is characterized in that a connecting pipeline for enabling the fuel gas to be supplied to other fuel gas supply systems is provided. According to this configuration, for example, by providing a connecting pipeline between adjacent fuel cell systems, fuel can be supplied in the event of an emergency such as a periodic check of one centralized fuel gas supply facility or a reformer failure. Gas can be interchanged. Further, in the time zone or season when the load is low, by stopping the gas purification / supply by one of the centralized fuel gas supply facilities, it is possible to increase the load on the operation side and increase the economy.

本発明の請求項8にかかる燃料電池システムは、燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットと、前記需要家への電力供給系統を相互接続する共用電力系統とを具備する燃料電池システムであって、前記燃料ガス供給設備は、前記需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、前記各燃料電池ユニットによる発電電力が、前記共用電力系統に対して供給可能とされていることを特徴とする。   A fuel cell system according to an eighth aspect of the present invention includes a fuel gas supply facility for purifying a fuel gas serving as a fuel cell drive source, fuel cell units distributed to a plurality of consumers, A fuel cell system comprising a shared power system interconnecting power supply systems, wherein the fuel gas supply facility is a centralized fuel common to each fuel cell unit capable of supplying fuel gas to the consumer. It is a gas supply facility, and the power generated by each of the fuel cell units can be supplied to the shared power system.

この構成によれば、例えば次の(1)〜(3)ような運用が可能となり、当該燃料電池システムの利便性が向上する。
(1)各需要家に分散配置された燃料電池ユニットで発電される電力を、全て一旦共用電力系統に送り、各需要家は共用電力系統から個別に使用する電力量を購入し、各需要家の燃料電池ユニットから発生される熱は全て各需要家で個別に利用できるようにする運用。
(2)各燃料電池ユニットで発電される電力から、各需要家における消費電力を除いた余剰電力を共用電力系統に送り、各需要家は共用電力系統から使用する電力量を購入する運用。
(3)各需要家の燃料電池ユニットから発生される熱は各需要家で個別利用する一方で、燃料電池ユニットで発電される電力のトータル余剰分を、共用電力系統を介して売電すると共に、不足する電力は当該ローカルエリア内の需要家で一括購入する運用。
According to this configuration, for example, the following operations (1) to (3) are possible, and the convenience of the fuel cell system is improved.
(1) All the power generated by the fuel cell units distributed to each consumer is once sent to the shared power system, and each consumer purchases the amount of power to be used individually from the shared power system. All the heat generated from the fuel cell unit can be used individually by each consumer.
(2) Operation in which surplus power obtained by subtracting power consumed by each consumer from the power generated by each fuel cell unit is sent to the shared power system, and each customer purchases the amount of power used from the shared power system.
(3) While the heat generated from the fuel cell unit of each consumer is used individually by each consumer, the total surplus of the power generated by the fuel cell unit is sold through the shared power system The lack of electricity is purchased in bulk by customers in the local area.

請求項1にかかる燃料電池システムよれば、燃料電池ユニットを各需要家に分散して設置し、燃料ガスの供給は集中化した集中型燃料ガス供給設備より供給することにより、個々の需要家の大きい燃料ガス供給負荷変化が平準化されるため、燃料電池システムの負荷追従速度の最も大きい制約要因となっている改質装置の負荷追従速度の影響を緩和することが可能となり、集合型燃料電池システムの運用性を大幅に改善することができる。なお、集中型燃料ガス供給設備から燃料ガスを各需要家に供給するには、既存の都市ガス配管を利用可能であり、また新設する場合でも都市ガス配管と同程度の配管でよく、設備費が低減できる。   According to the fuel cell system of the first aspect, the fuel cell units are distributed and installed in each consumer, and the supply of fuel gas is supplied from a centralized fuel gas supply facility, so that each consumer can Because large fuel gas supply load changes are leveled, it is possible to mitigate the influence of the load follow-up speed of the reformer, which is the biggest limiting factor of the load follow-up speed of the fuel cell system. System operability can be greatly improved. In order to supply fuel gas from the centralized fuel gas supply facility to each customer, existing city gas piping can be used. Can be reduced.

また、個々の需要家の燃料電池ユニット近傍まで、常時燃料ガスが供給されているために、供給弁等を開放すれば燃料電池ユニットに対して直ちに燃料供給が開始され、燃料ガスを改質するまでの起動時間が短縮されることから、例えば燃料電池ユニットが固体高分子形燃料電池からなるものであれば迅速な負荷追従や即座の起動が可能となる。この結果、固体高分子形燃料電池ユニットは頻繁な起動停止が可能となり、深夜時間帯は停止、昼間も電気や熱が不要な時は停止できるので、燃料電池システムの制約による運用制限が少なくなり、経済的な運用が可能となる。   Further, since the fuel gas is constantly supplied to the vicinity of the fuel cell unit of each individual customer, if the supply valve is opened, the fuel supply is immediately started to the fuel cell unit, and the fuel gas is reformed. Therefore, if the fuel cell unit is made of a polymer electrolyte fuel cell, for example, rapid load following and immediate activation are possible. As a result, the polymer electrolyte fuel cell unit can be frequently started and stopped, and can be stopped during midnight hours, and can also be stopped during the day when electricity or heat is not needed, reducing operational restrictions due to fuel cell system restrictions. Economical operation is possible.

請求項2にかかる燃料電池システムよれば、集中型燃料ガス供給装置として改質装置を用いることにより、都市ガス、LPG、ナフサ、灯油、バイオガス等を原燃料として使用して、水素リッチな改質ガスを供給することが可能となる。すなわち、各需要家に設置する燃料電池ユニットは、直ちに発電可能な燃料ガスが近傍まで供給されているために、改質装置が不要となる。従って、改質装置を省ける分だけコンパクトな燃料電池ユニットとすることができ、集合住宅のベランダ等に燃料電池ユニットを設置する場合に有利になる。なお、このように改質ガスを供給することで、りん酸形燃料電池、固体電解質形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等が本システムに適用でき、また一般ガス器具等での利用も可能となる。これにより、りん酸型燃料電池では、電池スタック温度を保持しておけば数分から十分程度で起動可能となり、また溶融炭酸塩形燃料電池や固体電解質型燃料電池でも改質ガスを昇温用ガスとして使用できるため、起動停止工程の簡素化と起動時間の迅速化が図れるようになる。   According to the fuel cell system of claim 2, by using a reformer as the centralized fuel gas supply device, city gas, LPG, naphtha, kerosene, biogas, etc. are used as raw fuel, and hydrogen-rich reform It becomes possible to supply quality gas. That is, the fuel cell unit installed at each consumer is supplied with fuel gas that can be immediately generated, so that no reformer is required. Therefore, the fuel cell unit can be made as compact as the reformer can be omitted, which is advantageous when the fuel cell unit is installed on a veranda of an apartment house. By supplying the reformed gas in this way, phosphoric acid fuel cells, solid electrolyte fuel cells, molten carbonate fuel cells, etc. can be applied to this system, and can also be used in general gas appliances. It becomes. As a result, phosphoric acid fuel cells can be started in a few minutes if the cell stack temperature is maintained, and the reformed gas can be used as a temperature raising gas in molten carbonate fuel cells and solid oxide fuel cells. Therefore, it is possible to simplify the start / stop process and speed up the start-up time.

請求項3にかかる燃料電池システムよれば、集中型燃料ガス供給設備から供給される改質ガスを、水素リッチで、かつ低一酸化炭素濃度の改質ガス組成とできるので、各需要家に分散配置する燃料電池ユニットとして、上述のりん酸型燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池や固体電解質型燃料電池のみならず、固体高分子形燃料電池の使用も可能となる。固体高分子形燃料電池は動作温度が低く、改質装置を持つタイプの燃料電池システムの起動時間は30分から1時間程度を必要とするが、改質ガスが供給される本発明の方式では、起動時間は1分程度となり、電気や熱負荷に対して自由に起動停止が可能となることからガス給湯器と同等な運用すらも可能となる。このため、昼間や深夜等の負荷需要の少ない時間帯には発電ユニットを停止する運用も可能となる。さらに、一酸化炭素濃度を10ppm以下に低減させた改質ガスの場合、現行の労働安全衛生法、建築基準法、ビル管理法、学校衛生法に適合しており、またガス漏れによる一酸化炭素中毒の恐れはなく、安全衛生面から問題はない。また、かかる改質ガスを一般ガス器具の燃料として使用してもNOXが発生せず、家庭内の環境面にも配慮できる。   According to the fuel cell system of claim 3, since the reformed gas supplied from the centralized fuel gas supply facility can be a hydrogen-rich reformed gas composition having a low carbon monoxide concentration, it is distributed to each consumer. As the fuel cell unit to be arranged, not only the above-described phosphoric acid fuel cell, molten carbonate fuel cell and solid electrolyte fuel cell but also a polymer electrolyte fuel cell can be used. The polymer electrolyte fuel cell has a low operating temperature, and the start-up time of a fuel cell system of a type having a reformer requires about 30 minutes to 1 hour. In the method of the present invention in which the reformed gas is supplied, The start-up time is about 1 minute, and the start-stop can be freely performed with respect to electricity and heat load. Therefore, even operation equivalent to that of a gas water heater is possible. For this reason, the operation | movement which stops a power generation unit also at the time slot | zone with few load demands, such as daytime or midnight, also becomes possible. In addition, reformed gas with carbon monoxide concentration reduced to 10 ppm or less conforms to the current Industrial Safety and Health Act, Building Standards Act, Building Management Act, School Sanitation Act, and carbon monoxide due to gas leaks. There is no fear of poisoning, and there is no problem from the health and safety aspect. Further, even when such reformed gas is used as fuel for general gas appliances, NOX is not generated, and consideration can be given to the environmental aspects in the home.

請求項4にかかる燃料電池システムよれば、改質ガスを改質装置加熱用バーナの燃料として使用するので、バーナ燃焼により発生するNOX濃度が低減され、当該燃料電池システム(集中型燃料ガス供給設備)の対環境性を良好とすることができる。   According to the fuel cell system according to claim 4, since the reformed gas is used as the fuel for the reformer heating burner, the NOx concentration generated by the burner combustion is reduced, and the fuel cell system (centralized fuel gas supply facility) ) Can be made environmentally friendly.

請求項5にかかる燃料電池システムよれば、燃料電池が不要か、設置しても経済的なメリットがない需要家では、改質ガス、あるいは精製改質ガス(一酸化炭素濃度が低い)、あるいは水素ガスを利用して一般ガス機器を使用でき(バーナ部を改質ガス用に置換すれば問題なく利用可能となる)、需要家の希望にも対応可能となる。さらに集中型燃料ガス供給設備による燃料ガス供給系統が増加するため、一段と負荷変動の安定性が担保されるようになり、より経済的な運用が可能となる。   According to the fuel cell system according to claim 5, in a customer who does not need a fuel cell or has no economic merit even when installed, a reformed gas, a refined reformed gas (carbon monoxide concentration is low), or General gas equipment can be used using hydrogen gas (it can be used without problems if the burner part is replaced with reformed gas), and it can also meet the demands of consumers. Furthermore, since the fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply facility is increased, the stability of the load fluctuation is further secured, and more economical operation is possible.

請求項6にかかる燃料電池システムよれば、深夜や昼間の需要家の改質ガス需要が少ない時間帯等に、集中型燃料ガス供給設備の余剰容量により改質ガスを製造し、これを水素ガス貯蔵装置に貯蔵しておくことで、各種目的用の水素供給設備を構築できる。例えば、水素燃料の燃料電池自動車に高圧水素ガスを供給できる水素供給設備を構築でき、これにより、各需要家はその集合住宅等で毎日夜間に燃料電池自動車の燃料補給が可能となり利便性が向上する。そして、このような運用を図ることで、深夜時間帯も高負荷で運転するために設備利用率や設備負荷率が高くなり、設備投資回収期間の短縮等、経済性を向上させることができる。   According to the fuel cell system of the sixth aspect, the reformed gas is produced by the surplus capacity of the centralized fuel gas supply facility at a time when the demand for the reformed gas is low at midnight or in the daytime, and this is converted into hydrogen gas. By storing in a storage device, hydrogen supply equipment for various purposes can be constructed. For example, a hydrogen supply facility capable of supplying high-pressure hydrogen gas to a hydrogen fuel cell vehicle can be constructed, which enables each customer to refuel the fuel cell vehicle at night in the apartment house, improving convenience. To do. By operating in such a manner, the equipment utilization rate and the equipment load factor are increased because the operation is performed with a high load even at midnight, and the economic efficiency such as shortening the equipment investment recovery period can be improved.

請求項7にかかる燃料電池システムよれば、複数の燃料電池システムとの間において、通常の改質ガスや一酸化炭素濃度の低い改質ガスおよび水素ガスを融通しあう連絡配管路を設けることにより、一方の集中型燃料ガス供給装置の故障時やメンテナンス時にも対応できシステムの安定性を向上させることができる。また低負荷時には一方の集中型燃料ガス供給装置を休止させる等することで、システムの経済性をより高くすることが可能となる。   According to the fuel cell system of the seventh aspect, by providing a communication pipe line for interfacing a normal reformed gas, a reformed gas having a low carbon monoxide concentration, and hydrogen gas with a plurality of fuel cell systems. However, it is possible to cope with failure or maintenance of one centralized fuel gas supply device, and the stability of the system can be improved. Further, the system can be made more economical by, for example, stopping one of the centralized fuel gas supply devices when the load is low.

請求項8にかかる燃料電池システムよれば、燃料電池ユニットで発電された電力(余剰電力)が、共用電力系統を介して流通可能とされているので、例えば各家庭で余剰となった電力を別の需要家で使用するといった運用が行え、各需要家の燃料電池ユニットは電力負荷需要の変動を受けずに熱負荷に追従させて運用することが可能となる。このため、各家庭に単独で燃料電池システムを設置する場合のように、電力の逆潮流の制約も少なくなり、経済的な運用が可能となる。   According to the fuel cell system of the eighth aspect, since the electric power (surplus power) generated by the fuel cell unit can be distributed through the shared power system, for example, the surplus power in each household is separated. Thus, the fuel cell unit of each consumer can be operated by following the heat load without receiving fluctuations in the power load demand. For this reason, as in the case where a fuel cell system is individually installed in each home, there are less restrictions on the reverse power flow, and economical operation is possible.

なお、以上の各請求項にかかる燃料電池システムよれば、集中型燃料ガス供給設備を用いるので、通常は集合住宅等であっても各需要家毎に都市ガス供給事業者等と個別契約しているものを、都市ガス供給事業者等と集中型燃料ガス供給設備管理者との一括購入契約とすることが可能となる。このため、都市ガス使用量が多くなり、個人とのガス契約と比較してガス単価が安価になり得る。また、集中型燃料ガス供給設備管理箇所でのガス使用量が年間50万立方メートル以上(2004年)、将来的には10万立方メートル以上(2007年)になるとガス自由化の範囲となり、ガス託送や新規事業者のガス事業への参入も可能となるという利点もある。   In addition, according to the fuel cell system according to each of the above claims, since a centralized fuel gas supply facility is used, even if it is usually an apartment house, etc., an individual contract is made with a city gas supply company for each consumer. It is possible to make a one-time purchase contract between a city gas supplier and the centralized fuel gas supply facility manager. For this reason, the amount of city gas used increases, and the gas unit price can be lower than that of a gas contract with an individual. In addition, if the amount of gas used at the centralized fuel gas supply facility management point is 500,000 cubic meters or more (2004) annually and 100,000 cubic meters or more (2007) in the future, it will be within the scope of gas liberalization. There is also an advantage that new businesses can enter the gas business.

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.

(第1実施形態)
本実施形態の説明の前に、一般的な電力及びガス供給系統について概説する。図3は、通常の一戸建住宅や集合住宅に対する電力及びガスの供給形態を示すブロック図である。需要家A,B,E,Gには固体高分子型燃料電池(PEFC)システム200aが、需要家C,Fには固体電解質型燃料電池(SOFC)システム300aが、需要家D,Hには一般ガス器具600(燃料電池発電システムは未導入)がそれぞれ配置されている。各需要家A〜Hに対し、ガスは商用ガス供給源101Gから、商用ガス供給系統(都市ガス配管)101を経て個別に供給され、また電力は、商用電力供給源110Gから、商用電力供給系統110を経て個別に供給されるようになっている。すなわち、各需要家A〜Hは、例え燃料電池システム200a、300aを導入していても、個別に商用ガス供給事業者や商用電力供給事業者会社と契約して、商用ガス供給系統101や商用電力系統110を経てガスや電力の供給を受けている。
(First embodiment)
Before describing the present embodiment, a general power and gas supply system will be outlined. FIG. 3 is a block diagram showing a form of supplying power and gas to a typical detached house or apartment house. For the consumers A, B, E, and G, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) system 200a is used. For the consumers C and F, the solid oxide fuel cell (SOFC) system 300a is used. General gas appliances 600 (fuel cell power generation system not yet introduced) are arranged. For each consumer A to H, gas is individually supplied from a commercial gas supply source 101G via a commercial gas supply system (city gas piping) 101, and power is supplied from a commercial power supply source 110G to a commercial power supply system. 110 are supplied individually. That is, even if the consumers A to H have introduced the fuel cell systems 200a and 300a, they individually contract with the commercial gas supply company or the commercial power supply company, Gas and power are supplied through the power system 110.

図4は、本発明にかかる燃料電池システムの基本構成を示すブロック図である。ここで需要家A〜Hは、所定のローカルエリアに存在する複数の小口需要家、例えば集合住宅の各家庭、所定の地区内の一戸建住宅、或いは小規模な業務用の需要家である。需要家A,B,E,Gには固体高分子型燃料電池(PEFC)ユニット200が、需要家C,Fには固体電解質型燃料電池(SOFC)ユニット300がそれぞれ分散配置されている一方で、需要家D,Hには一般ガス器具600(燃料電池発電ユニットは未導入)が配置されている。なお、例えば需要家Aについて図示しているように、燃料電池ユニット200,300が導入されている需要家にも、一般ガス器具601が設置されている。   FIG. 4 is a block diagram showing the basic configuration of the fuel cell system according to the present invention. Here, the consumers A to H are a plurality of small consumers existing in a predetermined local area, for example, each household of an apartment house, a single-family house in a predetermined area, or a small business consumer. While the consumers A, B, E, and G have the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) units 200 and the consumers C and F, the solid oxide fuel cell (SOFC) units 300 are distributed. In addition, general gas appliances 600 (fuel cell power generation units are not introduced) are arranged at the consumers D and H. For example, as illustrated for the consumer A, the general gas appliance 601 is also installed in the consumer in which the fuel cell units 200 and 300 are introduced.

そして、電力については図3に示した通常の供給形態と同様に、商用電力供給源110Gから商用電力供給系統110を経て各需要家A〜Hへ個別に供給される形態であるが、ガスについては集中型燃料ガス供給装置10及びアキュムレータ120を経由して各需要家A〜Hへ個別に供給される形態とされている。すなわち、商用ガス供給源101Gから、商用ガス供給系統101を経て都市ガス等の原料ガスが集中型燃料ガス供給装置10に供給され、該集中型燃料ガス供給装置10にて改質ガスが精製され、この改質ガスがアキュムレータ120を経由して各需要家A〜Hに供給される。なお、集中型燃料ガス供給装置10で用いられる燃料としては、都市ガスの他、灯油、軽油、ナフサ等の石油系液体燃料やバイオガスを使用しても良い。さらに、それらの改質ガスとともに太陽光や深夜電力を利用して水電解により製造した水素ガスを混合して供給することもできる。   And about electric power, it is the form supplied separately to each consumer AH through the commercial power supply system 110 from the commercial power supply source 110G similarly to the normal supply form shown in FIG. Is configured to be individually supplied to each of the consumers A to H via the centralized fuel gas supply device 10 and the accumulator 120. That is, a source gas such as city gas is supplied from the commercial gas supply source 101G through the commercial gas supply system 101 to the centralized fuel gas supply apparatus 10, and the reformed gas is purified by the centralized fuel gas supply apparatus 10. The reformed gas is supplied to each consumer A to H via the accumulator 120. The fuel used in the centralized fuel gas supply apparatus 10 may be petroleum gas liquid such as kerosene, light oil, naphtha, or biogas in addition to city gas. Furthermore, hydrogen gas produced by water electrolysis using sunlight and midnight power can be mixed and supplied together with these reformed gases.

アキュムレータ120は、一定量の改質ガスを貯蔵しておき、急激な改質ガス需要変動が生じた場合でも改質ガス圧力を一定に維持させるために設置されるものである。改質ガスは、アキュムレータ120に接続されているローカル配管路103(既存の都市ガス配管路等であっても良い)を介して、各需要家A〜Hに備えられているPEFCユニット200、SOFCユニット300及び一般ガス器具600、601に供給される。なお、各需要家A〜Hで使用される電力については、燃料電池システムによる発電にて賄われるが、不足分については商用系統110から需要家毎に購入する構成とされている。   The accumulator 120 is installed to store a certain amount of reformed gas and maintain the reformed gas pressure at a constant level even when a sudden demand change of the reformed gas occurs. The reformed gas is supplied to the PEFC unit 200 and SOFC provided in each of the consumers A to H through a local pipeline 103 (which may be an existing city gas pipeline or the like) connected to the accumulator 120. It is supplied to the unit 300 and the general gas appliances 600 and 601. In addition, although the electric power used by each consumer AH is covered by the electric power generation by a fuel cell system, it is set as the structure purchased for every consumer from the commercial system 110 about the shortage.

図5は、上記PEFCユニット200の構成例を示すブロック図である。このPEFCユニット200は、PEFC電池スタック210、放熱器220、熱交換器230、貯湯槽240、送気装置250及びインバータ260などで構成されている。PEFC電池スタック210は、燃料極211、空気極212、電解質213及び冷却板214から構成されている。前記燃料極211には、集中型燃料ガス供給装置10からアキュムレータ120及びローカル配管路103を介して供給され、一酸化炭素除去器201で一酸化炭素濃度を10〜100ppm以下にして(必要に応じて加湿器等をさらに介して)、水素リッチな改質ガスが導入される。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the PEFC unit 200. The PEFC unit 200 includes a PEFC battery stack 210, a radiator 220, a heat exchanger 230, a hot water storage tank 240, an air supply device 250, an inverter 260, and the like. The PEFC battery stack 210 includes a fuel electrode 211, an air electrode 212, an electrolyte 213, and a cooling plate 214. The fuel electrode 211 is supplied from the centralized fuel gas supply device 10 via the accumulator 120 and the local piping 103, and the carbon monoxide remover 201 reduces the carbon monoxide concentration to 10 to 100 ppm or less (if necessary). And further through a humidifier or the like), a hydrogen-rich reformed gas is introduced.

その後、導入された改質ガス中の水素成分は、その大部分が燃料極211でイオン化され、該水素イオンは電解質213を通って空気極212へ移動される。該空気極212には、ブロワー251及び駆動モータ252からなる送気装置250から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。そして、この酸素イオンと、燃料極211から移動されてくる水素イオンとが化学反応し、水が生成されると共に発電が為される。かかる化学反応により発生される電力は直流であることから、インバータ260にて直流−交流変換した上で、需要家内に存在する各種電力機器に対してその駆動電源として供給される。   Thereafter, most of the hydrogen component in the introduced reformed gas is ionized at the fuel electrode 211, and the hydrogen ions are transferred to the air electrode 212 through the electrolyte 213. Air is introduced into the air electrode 212 from an air supply device 250 including a blower 251 and a drive motor 252, and oxygen in the air is taken in and ionized. The oxygen ions and hydrogen ions moved from the fuel electrode 211 chemically react to generate water and generate power. Since the electric power generated by such a chemical reaction is a direct current, it is converted into a direct current to an alternating current by the inverter 260 and supplied as a driving power source to various power devices existing in the consumer.

PEFC電池スタック210内においては、上述の通り水素と酸素とが化学反応することから発熱が生じる。従って、PEFC電池スタック210が過加熱状態とならないよう冷却する必要があるが、この冷却の際の熱を回収して温水等を生成して熱の有効活用が図られる。図5に示す例では、PEFC電池スタック210の冷却板214を経由する冷却水の循環路222と放熱器220とを設け、ポンプ221で循環路222内に冷却水を循環させることで、電池スタックを一定温度に保つ(冷却する)構成とされている。   In the PEFC battery stack 210, heat is generated because hydrogen and oxygen chemically react as described above. Therefore, although it is necessary to cool the PEFC battery stack 210 so as not to be overheated, the heat at the time of cooling is recovered to generate hot water or the like, thereby effectively utilizing the heat. In the example shown in FIG. 5, the cooling water circulation path 222 and the radiator 220 that pass through the cooling plate 214 of the PEFC battery stack 210 are provided, and the cooling water is circulated in the circulation path 222 by the pump 221, thereby Is kept at a constant temperature (cooled).

一方、上記循環路222は、熱交換器230も経由する配管経路とされており、熱交換器230に水道配管路231を介して導入される水道水に、冷却板214で吸熱した熱の一部(余剰熱)を授受するようになっている。このような熱交換動作により、熱交換器230内では60℃程度の温水が生成される。かかる温水は出力配管路232を経て貯湯槽240へ送られて貯湯され、必要に応じて、台所や洗面所、風呂用(熱需要機器)に使用されるものである。   On the other hand, the circulation path 222 is a piping path that also passes through the heat exchanger 230. One of the heat absorbed by the cooling plate 214 into the tap water introduced into the heat exchanger 230 through the water pipe path 231. Department (surplus heat) is exchanged. By such a heat exchange operation, warm water of about 60 ° C. is generated in the heat exchanger 230. Such hot water is sent to the hot water storage tank 240 through the output piping 232 and stored therein, and is used for a kitchen, a washroom, and a bath (heat demand equipment) as necessary.

図6は、上記SOFCユニット300の構成例を示すブロック図である。このSOFCユニット300は、SOFC電池スタック310、高温水熱交換器320、低温水熱交換器330、燃焼室340、送気装置350及びインバータ360などで構成されている。SOFC電池スタック310は、燃料極311、空気極312及び電解質313から構成されている。前記燃料極311には、集中型燃料ガス供給装置10からアキュムレータ120及びローカル配管路103を介して、水素リッチな改質ガスが導入される。   FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the SOFC unit 300. The SOFC unit 300 includes a SOFC battery stack 310, a high-temperature water heat exchanger 320, a low-temperature water heat exchanger 330, a combustion chamber 340, an air supply device 350, an inverter 360, and the like. The SOFC battery stack 310 includes a fuel electrode 311, an air electrode 312, and an electrolyte 313. Hydrogen-rich reformed gas is introduced into the fuel electrode 311 from the centralized fuel gas supply device 10 through the accumulator 120 and the local piping 103.

その後、導入された改質ガス中の水素成分(及び一酸化炭素成分)は、その大部分が燃料極311において、空気極312から送られてくる酸素イオンと反応して電気を発生する。空気極312には、ブロワー351及び駆動モータ352からなる送気装置350から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。かかる酸素イオンは、電解質313を通して燃料極311へ移動し、前述の通り水素成分(及び一酸化炭素成分)と化学反応し電気を発生する。同様に発生される電力は直流であることから、インバータ360にて直流−交流変換した上で、需要家内に存在する各種電力機器に対してその駆動電源として供給される。   After that, most of the hydrogen component (and carbon monoxide component) in the introduced reformed gas reacts with oxygen ions sent from the air electrode 312 in the fuel electrode 311 to generate electricity. Air is introduced into the air electrode 312 from an air supply device 350 including a blower 351 and a drive motor 352, and oxygen in the air is taken in and ionized. Such oxygen ions move to the fuel electrode 311 through the electrolyte 313, and chemically react with the hydrogen component (and carbon monoxide component) as described above to generate electricity. Similarly, since the generated electric power is DC, the inverter 360 performs DC-AC conversion, and is supplied as a driving power source to various power devices existing in the consumer.

一般に、燃料極311での水素利用率は70〜80%で、残りは余剰として排出される(燃料極排ガス)。また、空気極312での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは余剰として排出される(空気極排空気)。このような余剰エネルギーを活用すべく、前記燃料極排ガスと空気極排空気とは、SOFC電池スタック310の出口側に配置された燃焼室340に導入されて燃焼される。この燃焼により生じた熱は、SOFC電池スタック310の保温に利用される他、熱交換器により熱回収される。   Generally, the hydrogen utilization rate at the fuel electrode 311 is 70 to 80%, and the remainder is discharged as surplus (fuel electrode exhaust gas). The oxygen utilization rate in the air at the air electrode 312 is 50 to 60%, and the remainder is discharged as surplus (air electrode exhaust air). In order to utilize such surplus energy, the fuel electrode exhaust gas and the air electrode exhaust air are introduced into the combustion chamber 340 disposed on the outlet side of the SOFC battery stack 310 and burned. The heat generated by this combustion is used for heat retention of the SOFC battery stack 310 and is recovered by a heat exchanger.

すなわち、燃焼室340には排ガス回収管341が接続されており、この前記排ガス回収管341は、高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330を経由する構成とされている。燃焼室340での燃焼反応により生じた高温燃焼排ガスは、前記排ガス回収管341を通して高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330へ順次導かれ、高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330へ水道配管路332を介して導入されている水道水に熱を授受するようになっている。このような熱授受動作により、高温水熱交換器320では約90℃程度の高温水が生成され、低温水熱交換器330では60℃程度の低温水が生成される。かかる高温水及び低温水は、それぞれ出力配管路321,331を経て、需要家内の熱需要機器に使用されるものである。   That is, an exhaust gas recovery pipe 341 is connected to the combustion chamber 340, and the exhaust gas recovery pipe 341 is configured to pass through the high temperature water heat exchanger 320 and the low temperature water heat exchanger 330. The high temperature combustion exhaust gas generated by the combustion reaction in the combustion chamber 340 is sequentially guided to the high temperature water heat exchanger 320 and the low temperature water heat exchanger 330 through the exhaust gas recovery pipe 341, and the high temperature water heat exchanger 320 and the low temperature water heat exchange are conducted. Heat is transferred to and from the tap water introduced into the vessel 330 via the water pipe line 332. By such a heat transfer operation, the high-temperature water heat exchanger 320 generates high-temperature water of about 90 ° C., and the low-temperature water heat exchanger 330 generates low-temperature water of about 60 ° C. Such high-temperature water and low-temperature water are used for heat demand equipment in the consumer through output piping lines 321 and 331, respectively.

図7は、集中型燃料ガス供給装置10の内部構成の一例を示すブロック図である。この集中型燃料ガス供給装置10は、イオウ除去機能を有する脱硫器11と、水蒸気を生成して原燃料に水蒸気を添加する水蒸気供給器12と、改質反応を行わせる改質器(改質装置)13と、水素と二酸化炭素を生成するシフト反応を行わせる一酸化炭素変成器14と、前記改質器13を加温する改質器バーナ15とを備えている。   FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the internal configuration of the centralized fuel gas supply apparatus 10. The centralized fuel gas supply apparatus 10 includes a desulfurizer 11 having a sulfur removal function, a steam supply device 12 that generates steam and adds steam to raw fuel, and a reformer that performs a reforming reaction (reformation). Apparatus) 13, a carbon monoxide converter 14 for performing a shift reaction for generating hydrogen and carbon dioxide, and a reformer burner 15 for heating the reformer 13.

このような集中型燃料ガス供給装置10の動作を説明する。商用ガス供給源101Gから供給される都市ガス等の原燃料(本実施形態ではCH4を用いている)は、先ず脱硫器11へ導入され、原燃料中に含まれている腐臭材のイオウ成分が除去される。この脱硫後のガスに水蒸気供給器12から水蒸気が加えられ、改質器13へ導入される。改質器13は、改質器バーナ15により750〜800℃程度の動作温度に加熱されており、導入されたCH4と水とが改質器13内でNi系触媒を用いて改質され、水素と一酸化炭素とに分離される。その後、分離ガスは、350〜200℃に温度維持された一酸化炭素変成器14へ導入され、Fe系触媒又はCu系触媒を用いて、前記一酸化炭素が水素と二酸化炭素とに変換される。これにより、燃料ガス(改質ガス)中の一酸化炭素濃度は数%程度に低減される。 The operation of the concentrated fuel gas supply apparatus 10 will be described. A raw fuel such as city gas supplied from the commercial gas supply source 101G (CH 4 is used in the present embodiment) is first introduced into the desulfurizer 11 and the sulfur component of the odorous material contained in the raw fuel. Is removed. Steam is added from the steam supplier 12 to the desulfurized gas and introduced into the reformer 13. The reformer 13 is heated to an operating temperature of about 750 to 800 ° C. by the reformer burner 15, and the introduced CH 4 and water are reformed in the reformer 13 using a Ni-based catalyst. , Separated into hydrogen and carbon monoxide. Thereafter, the separation gas is introduced into the carbon monoxide converter 14 maintained at a temperature of 350 to 200 ° C., and the carbon monoxide is converted into hydrogen and carbon dioxide using an Fe-based catalyst or a Cu-based catalyst. . Thereby, the carbon monoxide concentration in the fuel gas (reformed gas) is reduced to about several percent.

このようにして、集中型燃料ガス供給装置10において都市ガスを精製して得られた改質ガスは、アキュムレータ120を介して各需要家A〜Hへ適宜送られる。なお本実施形態では、一酸化炭素変成器14の出口側配管路に分流器141を設け、当該集中型燃料ガス供給装置10において精製された改質ガスの一部が、前記改質器バーナ15に供給されるよう構成している。これにより、改質器バーナ15の燃焼によるNOX発生量を、都市ガス、LPG或いは灯油等の原燃料を使用する場合と比較して低濃度(10ppm程度)にすることが可能となり、環境面での改善が達成できるとともに、残渣ガスの有効利用が図れるという利点がある。   In this way, the reformed gas obtained by refining the city gas in the centralized fuel gas supply apparatus 10 is appropriately sent to each consumer A to H via the accumulator 120. In the present embodiment, a shunt 141 is provided in the outlet side piping path of the carbon monoxide transformer 14, and a part of the reformed gas purified in the centralized fuel gas supply device 10 is converted into the reformer burner 15. It is comprised so that it may be supplied to. This makes it possible to reduce the amount of NOx generated by combustion of the reformer burner 15 to a lower concentration (about 10 ppm) than when using raw fuel such as city gas, LPG, or kerosene. There are advantages that the improvement of the above can be achieved and that the residual gas can be effectively used.

図4に戻って、以上説明した本実施形態にかかる燃料電池システムの動作を説明する。このシステムでは、所定のローカルエリア内に存在する小口の需要家A〜H向けに、集中型燃料ガス供給装置10により一括して原燃料(都市ガス)から燃料ガス(改質ガス)が精製され、アキュムレータ120を介して各需要家A〜Hへ分配される。そして各需要家A〜Hにおいては、適宜供給弁等を開閉することで前記改質ガスの供給を受け、各需要家A〜Hが備える燃料電池ユニット等を動作させる。   Returning to FIG. 4, the operation of the fuel cell system according to the present embodiment described above will be described. In this system, fuel gas (reformed gas) is refined from raw fuel (city gas) at once by the centralized fuel gas supply device 10 for small consumers A to H existing in a predetermined local area. And distributed to each consumer A to H through the accumulator 120. And each consumer AH receives the supply of the said reformed gas by opening and closing a supply valve etc. suitably, and operates the fuel cell unit with which each consumer AH is equipped.

すなわち、需要家A,B,E,GにおいてはPEFCユニット200の運転時に、供給弁等が「開」状態とされて燃料極211に前記改質ガスが導入され、運転が実行される。なお、PEFC形式の燃料電池においては、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低濃度(10〜100ppm程度以下)にした上で供給する必要があることから、各PEFCユニット200の上流側には一酸化炭素濃度を低下させる一酸化炭素選択酸化器等の一酸化炭素除去器201が設けられる。また、需要家C,FにおいてもSOFCユニット300の運転時に、供給弁等が「開」状態とされて燃料極311に前記改質ガスが導入され、運転が実行される。SOFC形式の燃料電池においては、一酸化炭素も燃料として利用できるために、一酸化炭素成分を低減させずとも良いことから、当該改質ガスがそのまま導入される。一方、燃料電池ユニットが導入されていない需要家D,Hにおいては、一般ガス器具600に前記改質ガスが供給可能とされており、該一般ガス器具600の使用時に改質ガスが利用されることになる。   That is, in the consumers A, B, E, and G, when the PEFC unit 200 is operated, the supply valve and the like are opened, the reformed gas is introduced into the fuel electrode 211, and the operation is executed. In addition, in the fuel cell of the PEFC format, since it is necessary to supply the carbon monoxide concentration in the reformed gas after making the concentration low (about 10 to 100 ppm or less), on the upstream side of each PEFC unit 200 A carbon monoxide remover 201 such as a carbon monoxide selective oxidizer for reducing the carbon monoxide concentration is provided. In addition, in the customers C and F, when the SOFC unit 300 is operated, the supply valve and the like are opened, the reformed gas is introduced into the fuel electrode 311, and the operation is executed. In the SOFC type fuel cell, carbon monoxide can also be used as a fuel, so that it is not necessary to reduce the carbon monoxide component, so that the reformed gas is introduced as it is. On the other hand, in the consumers D and H in which the fuel cell unit is not introduced, the reformed gas can be supplied to the general gas appliance 600, and the reformed gas is used when the general gas appliance 600 is used. It will be.

PEFCユニット200又はSOFCユニット300が配置されている需要家にあっては、各PEFCユニット200又はSOFCユニット300の運転により発生される電力が、各需要家内の電気機器の動作電源として個別に活用される。なお、不足する電力は、商用電力供給源110Gから個別に購入される。また、PEFCユニット200又はSOFCユニット300の運転により発生される排熱は、図5又は図6に示したように、水道水と熱交換して温水として各需要家内で個別に活用されるものである。   In a consumer in which the PEFC unit 200 or the SOFC unit 300 is arranged, the electric power generated by the operation of each PEFC unit 200 or the SOFC unit 300 is individually utilized as an operation power source of electric equipment in each consumer. The The insufficient power is purchased individually from the commercial power supply source 110G. In addition, the exhaust heat generated by the operation of the PEFC unit 200 or the SOFC unit 300 is used individually in each customer as hot water by exchanging heat with tap water as shown in FIG. 5 or FIG. is there.

以上説明した本実施形態にかかる燃料電池システムによれば、複数の小口需要家に分散設置された(小型)燃料電池ユニット(PEFCユニット200又はSOFCユニット300)や一般ガス器具600への燃料供給を、各需要家共通の集中型燃料ガス供給装置10で行わせる一方で、各需要家個々の電力負荷や熱負荷に対しては各需要家に設置されたPEFCユニット200又はSOFCユニット300で個別に対応する構成である。従って、各燃料電池ユニットには改質装置部が不要となり、装置構成の簡素化、小型化が図れるようになる。また、改質ガスが常時供給可能な状態とされているので、起動時間が短縮され、燃料電池ユニットの効率的な運用が行える。さらに熱負荷に対しては、各々の需要家が備えるPEFCユニット200又はSOFCユニット300の排熱を用いて個別に対応するので、熱輸送による熱損失を最小限に抑制することができる。   According to the fuel cell system according to the present embodiment described above, fuel is supplied to (small) fuel cell units (PEFC unit 200 or SOFC unit 300) and general gas appliances 600 that are distributed and installed in a plurality of small consumers. In addition, the centralized fuel gas supply device 10 common to each consumer is used, while the individual power load and heat load of each consumer are individually handled by the PEFC unit 200 or SOFC unit 300 installed in each consumer. Corresponding configuration. Therefore, each fuel cell unit does not require a reformer unit, and the device configuration can be simplified and downsized. In addition, since the reformed gas can be constantly supplied, the start-up time is shortened and the fuel cell unit can be operated efficiently. Furthermore, since it respond | corresponds individually using the waste heat of the PEFC unit 200 or SOFC unit 300 with which each consumer is equipped with a heat load, the heat loss by heat transport can be suppressed to the minimum.

なお、図8に示すように、上述の燃料電池システムを複数設け、これらシステム間で燃料ガスの連携を取るようにしても良い。すなわち、第1のローカルエリアにおける各需要家に対して燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給装置10が設置された第1の燃料電池システムS1と、これに近接する第2のローカルエリアにおいて、同様に各需要家に対して燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給装置10が設置された第2の燃料電池システムS2とが存在する場合において、各燃料電池システムの集中型燃料ガス供給装置10によりそれぞれ精製される燃料ガスを、他の燃料ガス供給系統へも供給可能とするための連絡配管路104を設けるようにしても良い。   As shown in FIG. 8, a plurality of the fuel cell systems described above may be provided, and the fuel gas may be coordinated between these systems. That is, in the first fuel cell system S1 in which the centralized fuel gas supply device 10 having a fuel gas supply system is installed for each consumer in the first local area, and in the second local area adjacent thereto Similarly, when there is a second fuel cell system S2 in which a centralized fuel gas supply device 10 having a fuel gas supply system is installed for each consumer, the centralized fuel gas supply of each fuel cell system You may make it provide the connection piping 104 for enabling the fuel gas refine | purified by the apparatus 10 also to supply to another fuel gas supply system.

具体的には、第1の燃料電池システムS1が具備するローカル配管路103、及び第2の燃料電池システムS2が具備するローカル配管路103にそれぞれ分流部が設けられ、その間が連絡配管路104で連結されている。連絡配管路104の中間部には制御弁105が設けられており、必要に応じて燃料ガス(改質ガス)がそれぞれの燃料ガス供給系統に相互供給できる構成とされている。   Specifically, a diversion part is provided in each of the local piping 103 provided in the first fuel cell system S1 and the local piping 103 provided in the second fuel cell system S2, and a connecting piping 104 is provided between them. It is connected. A control valve 105 is provided at an intermediate portion of the connecting pipe line 104 so that fuel gas (reformed gas) can be supplied to each fuel gas supply system as needed.

このような構成とすれば、例えば一方の集中型燃料ガス供給装置10の定期点検や、改質装置の故障などの緊急時において、第1の燃料電池システムS1と第2の燃料電池システムS2との間で燃料ガスを融通しあうことが可能となる。さらに、負荷が低い時間帯や季節には、一方の集中型燃料ガス供給設備によるガス精製・供給を停止することにより運転側の負荷を高くし、経済性を高くすることも可能となる。   With such a configuration, the first fuel cell system S1 and the second fuel cell system S2 can be used in an emergency such as a periodic check of one centralized fuel gas supply device 10 or a reformer failure, for example. Fuel gas can be interchanged between the two. Further, in the time zone or season when the load is low, by stopping the gas purification / supply by one of the centralized fuel gas supply facilities, it is possible to increase the load on the operation side and increase the economy.

(第2実施形態)
図9は、本発明の第2実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。先に説明した図4に示す第1実施形態と相違する点は、集中型燃料ガス供給装置10Aに集中型一酸化炭素除去器としての集中型一酸化炭素選択酸化器16を具備させた点と、当該集中型燃料ガス供給装置10Aによる燃料ガス供給系統に水素ガス精製装置131並びに水素ガス貯蔵装置132を設けた点である。以下、これら相違点につき主に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 4 described above is that the centralized fuel gas supply apparatus 10A is provided with a centralized carbon monoxide selective oxidizer 16 as a centralized carbon monoxide remover. The hydrogen gas purification device 131 and the hydrogen gas storage device 132 are provided in the fuel gas supply system of the centralized fuel gas supply device 10A. Hereinafter, these differences will be mainly described.

前述した通り、PEFC形式の燃料電池においては、ガス中の一酸化炭素濃度を低濃度(10〜100ppm程度以下)にした上で改質ガスを供給する必要がある。従って、図4に示す第1実施形態の場合、PEFCユニット200を設置している需要家A,B,E,Gは、各々一酸化炭素濃度の低減装置を個別に取り付ける必要が生じる。そこで、本実施形態では、集中型燃料ガス供給装置10Aとして、集中型燃料ガス改質装置10Bと、改質ガスの一酸化炭素濃度を下げる集中型一酸化炭素選択酸化器16とを具備させるようにしている。   As described above, in the PEFC type fuel cell, it is necessary to supply the reformed gas after reducing the carbon monoxide concentration in the gas to a low concentration (about 10 to 100 ppm or less). Therefore, in the case of the first embodiment shown in FIG. 4, the consumers A, B, E, and G that have installed the PEFC unit 200 need to individually install a carbon monoxide concentration reducing device. Therefore, in the present embodiment, the centralized fuel gas reformer 10B and the centralized carbon monoxide selective oxidizer 16 that lowers the carbon monoxide concentration of the reformed gas are provided as the centralized fuel gas supply device 10A. I have to.

図10は、このような集中型燃料ガス供給装置10Aの構成を示すブロック図である。集中型燃料ガス改質装置10Bは、図7に示した集中型燃料ガス供給装置10と同様な構成を備えており、イオウ除去機能を有する脱硫器11と、水蒸気を生成して原燃料に水蒸気を添加する水蒸気供給器12と、改質反応を行わせる改質器(改質装置)13と、水素と二酸化炭素を生成するシフト反応を行わせる一酸化炭素変成器14と、前記改質器13を加温する改質器バーナ15とを具備している。   FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of such a concentrated fuel gas supply apparatus 10A. The centralized fuel gas reforming apparatus 10B has the same configuration as that of the centralized fuel gas supply apparatus 10 shown in FIG. 7, and includes a desulfurizer 11 having a sulfur removal function, and steam that generates steam into raw fuel. A steam supply device 12 for adding a reformer, a reformer (reformer) 13 for performing a reforming reaction, a carbon monoxide converter 14 for performing a shift reaction for generating hydrogen and carbon dioxide, and the reformer And a reformer burner 15 for heating 13.

そして、一酸化炭素変成器14の下流側には、集中型一酸化炭素選択酸化器16が接続され、集中型燃料ガス改質装置10Bで精製された改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度を低減化した上で、アキュムレータ120に改質ガスを供給する構成となっている。   A centralized carbon monoxide selective oxidizer 16 is connected to the downstream side of the carbon monoxide converter 14, and the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas purified by the centralized fuel gas reformer 10B. In addition, the reformed gas is supplied to the accumulator 120.

すなわち、集中型燃料ガス改質装置10Bにおいて精製される改質ガス中には、約1%レベルの一酸化炭素が含まれている。このような改質ガスが、100℃程度に加温された集中型一酸化炭素選択酸化器16に導入され、Pt系触媒が用いられて、前記一酸化炭素成分が二酸化炭素に変換される。このような変換動作により、集中型一酸化炭素選択酸化器16から出力される改質ガスの一酸化炭素濃度は、10〜100ppm程度以下に低減されるようになる。なお、上記集中型一酸化炭素選択酸化器16に代えて、例えば集中型一酸化炭素吸着器等を用いることも可能であり、この他、一酸化炭素濃度を低減させる機能を備える各種の集中型一酸化炭素除去器を適用することができる。   In other words, the reformed gas purified in the centralized fuel gas reformer 10B contains about 1% level of carbon monoxide. Such a reformed gas is introduced into the centralized carbon monoxide selective oxidizer 16 heated to about 100 ° C., and the carbon monoxide component is converted into carbon dioxide using a Pt-based catalyst. By such a conversion operation, the carbon monoxide concentration of the reformed gas output from the centralized carbon monoxide selective oxidizer 16 is reduced to about 10 to 100 ppm or less. In addition, instead of the centralized carbon monoxide selective oxidizer 16, for example, a centralized carbon monoxide adsorber or the like can be used. In addition, various centralized types having a function of reducing the carbon monoxide concentration can be used. A carbon monoxide remover can be applied.

このような低一酸化炭素濃度の改質ガスを、集中型燃料ガス供給装置10Aから各需要家A〜Hに供給することで、PEFCユニット200を設置している需要家A,B,E,Gにおいても、当該改質ガスをそのままPEFCユニット200に導入して使用することが可能となり、PEFCユニット200の簡素化、小型化を図ることができる。また、低一酸化炭素濃度の改質ガスの供給が必要となるりん酸型燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)なども、本燃料電池システムに適用可能となる。なお、一般ガス器具600については、バーナ構造を当該改質ガス燃焼に適したものに改造して使用される。さらに、一酸化炭素濃度が10ppm以下であれば、現行の労働安全衛生法、建築基準法、ビル管理法、学校衛生法にも適合し、使用可能である。もし、ガスリークが発生した場合も一酸化炭素中毒を生ずる可能性はなく、安全面でも好ましいガス供給システムとすることができる。   By supplying the reformed gas having such a low carbon monoxide concentration from the centralized fuel gas supply apparatus 10A to the respective consumers A to H, the consumers A, B, E, Also in G, the reformed gas can be introduced and used as it is in the PEFC unit 200, and the PEFC unit 200 can be simplified and downsized. In addition, a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and the like that require supply of a reformed gas having a low carbon monoxide concentration can also be applied to the fuel cell system. Note that the general gas appliance 600 is used by modifying the burner structure to be suitable for the reformed gas combustion. Furthermore, if the carbon monoxide concentration is 10 ppm or less, it can be used in conformity with the current Industrial Safety and Health Law, Building Standard Law, Building Management Law, and School Sanitation Law. If a gas leak occurs, there is no possibility of carbon monoxide poisoning, and a gas supply system that is preferable in terms of safety can be obtained.

このような構成に加え、本実施形態では集中型燃料ガス供給装置10Aによる燃料ガス供給系統に水素ガス精製装置131並びに水素ガス貯蔵装置132が備えられている。水素ガス精製装置131は、PSA方式(圧力の切り換えによって吸着と脱着を繰り返すガス精製方式)、膜分離方式、あるいは化学吸収方式等により、集中型燃料ガス供給装置10Aから供給されてくる改質ガスから水素成分を抽出する装置である。また水素ガス貯蔵装置132は、前記水素ガス精製装置131にて抽出された水素を貯蔵すると共に、供給弁等を備え、適宜貯蔵されている水素を外部に供給可能とする装置である。   In addition to such a configuration, in this embodiment, a hydrogen gas purification device 131 and a hydrogen gas storage device 132 are provided in the fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply device 10A. The hydrogen gas purification device 131 is a reformed gas supplied from the centralized fuel gas supply device 10A by a PSA method (a gas purification method that repeats adsorption and desorption by switching pressure), a membrane separation method, a chemical absorption method, or the like. Is a device for extracting a hydrogen component from a gas. The hydrogen gas storage device 132 is a device that stores the hydrogen extracted by the hydrogen gas purification device 131 and includes a supply valve or the like so that the stored hydrogen can be supplied to the outside.

このような水素ガス精製装置131と水素ガス貯蔵装置132とからなる水素ガス設備を設けておけば、深夜や昼間の需要家の改質ガス需要が少ない時間帯等に、集中型燃料ガス供給装置10Aの余剰容量により改質ガスを製造し、前記水素ガス精製装置131にて水素ガスを精製すると共に水素ガス貯蔵装置132にて高圧ガスとして貯蔵しておくことが可能となる。これにより、例えば水素燃料で駆動される燃料電池自動車Cに高圧水素ガスを供給する水素設備として、前記水素ガス貯蔵装置132を活用することが可能となり、各需要家はその集合住宅等で毎日夜間に燃料電池自動車の燃料補給が可能となって利便性が向上する。そして、このような運用を図ることで、深夜時間帯等においても集中型燃料ガス改質装置10Bは高負荷で運転されるため設備利用率や設備負荷率が高くなり、経済的なメリットを大きくすることができる。   If a hydrogen gas facility comprising such a hydrogen gas purification device 131 and a hydrogen gas storage device 132 is provided, a centralized fuel gas supply device can be used at nighttime or when the demand for reformed gas is low during the daytime. It is possible to produce reformed gas with a surplus capacity of 10 A, purify the hydrogen gas with the hydrogen gas purifier 131 and store it as high-pressure gas with the hydrogen gas storage device 132. As a result, for example, the hydrogen gas storage device 132 can be used as a hydrogen facility for supplying high-pressure hydrogen gas to a fuel cell vehicle C driven by hydrogen fuel. In addition, fuel cell vehicles can be refueled, improving convenience. And by operating in this way, the centralized fuel gas reforming apparatus 10B is operated at a high load even in the midnight hours, etc., so that the equipment utilization rate and equipment load factor are increased, and the economic merit is greatly increased. can do.

(第3実施形態)
図11は、本発明の第3実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。先に説明した図4に示す第1実施形態と相違する点は、商用電力供給源110Gから所定のローカルエリア内に存在する各需要家A〜Hへの受電系統を一元化すると共に、各需要家A〜Hへの電力供給系統を相互接続する共用電力系統111を設けた点と、ガスメータ並びに電力メータを適所に配置した点である。以下、これら相違点につき主に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 4 described above is that the power receiving system from the commercial power supply source 110G to each consumer A to H existing in a predetermined local area is unified, and each consumer A common power system 111 for interconnecting power supply systems to A to H is provided, and a gas meter and a power meter are arranged at appropriate positions. Hereinafter, these differences will be mainly described.

集中型燃料ガス供給装置10は、所定のローカルエリア内に存在する各需要家A〜H共通のガス供給設備であることから、集中型燃料ガス供給装置10の管理組合等を設立し、商用ガスを供給する都市ガス供給事業者等と大口ガス購入契約を締結することがコスト面で有利となる。この点に鑑みて、集中型燃料ガス供給装置10の上流側に共用ガスメータ61が設置され、ローカルエリア内に存在する各需要家A〜Hにおいて使用されるガス量が包括的に計測されるようになっている。   Since the centralized fuel gas supply apparatus 10 is a gas supply facility common to each consumer A to H existing in a predetermined local area, a management association of the centralized fuel gas supply apparatus 10 is established, and commercial gas is established. It is advantageous in terms of cost to conclude a large-scale gas purchase contract with a city gas supplier that supplies the gas. In view of this point, a common gas meter 61 is installed on the upstream side of the centralized fuel gas supply device 10 so that the amount of gas used in each consumer A to H existing in the local area is comprehensively measured. It has become.

そしてローカル配管路103において、各需要家A〜Hに対し、それぞれ個別ガスメータ62A〜62Eが取り付けられている。すなわち、各需要家A〜Hの燃料電池ユニット200、300や一般ガス器具600で使用されたガス量は、各個別ガスメータ62A〜62Eにて計測されることになる。これにより、集中型燃料ガス供給装置10の管理組合等から、各需要家A〜Hにおいて使用された燃料ガス量に応じて、ガス料金が徴収可能とされている。   In the local pipeline 103, individual gas meters 62A to 62E are attached to the consumers A to H, respectively. That is, the gas amounts used in the fuel cell units 200 and 300 and the general gas appliances 600 of the consumers A to H are measured by the individual gas meters 62A to 62E. Thereby, the gas charge can be collected from the management association of the centralized fuel gas supply apparatus 10 according to the amount of fuel gas used in each consumer A to H.

また、電力についても、商用電力を供給する電力供給事業者等と大口電力購入契約を締結するものとし、共用電力メータ64を設置し、該共用電力メータ64から共用電力系統111を介して各需要家A〜Hに対して電力を供給する構成とされている。そして共用電力系統111において、各需要家A〜Hに対し、それぞれ個別電力メータ63A〜63Eが取り付けられている。すなわち、各需要家A〜Hの電気機器で使用された電力量は、ガスと同様に各個別電力メータ63A〜63Eにて計測されることになる。なお、共用電力系統111には電力制御装置115が介在されており、商用電力供給源110Gからの受電制御や、各需要家A〜Hに対する配電制御等が行えるようになっている。   As for power, a large-scale power purchase contract is concluded with a power supply company that supplies commercial power, a common power meter 64 is installed, and each demand from the common power meter 64 via the common power system 111 is set. It is set as the structure which supplies electric power with respect to house AH. In the shared power system 111, individual power meters 63A to 63E are attached to the consumers A to H, respectively. That is, the amount of electric power used by the electric appliances of the consumers A to H is measured by the individual electric power meters 63A to 63E in the same manner as the gas. Note that a power control device 115 is interposed in the shared power system 111 so that power reception control from the commercial power supply source 110G, power distribution control for each of the consumers A to H, and the like can be performed.

さらに、上記共用電力系統111に対して、各需要家が備える燃料電池ユニットの発電電力が供給可能とされている。すなわち、需要家A,B,E,Gに設置されているPEFCユニット200による発電出力、及び需要家C,Fに設置されているSOFCユニット300の発電出力が共用電力系統111と接続されている。   Furthermore, the electric power generated by the fuel cell unit provided by each consumer can be supplied to the shared power system 111. That is, the power generation output of the PEFC unit 200 installed in the consumers A, B, E, and G and the power generation output of the SOFC unit 300 installed in the consumers C and F are connected to the shared power system 111. .

現状では、自家発電電力の売電は、太陽光発電や風力発電等を除き、許容されていない。従って、各需要家が備える燃料電池ユニットで発電された電力は、商用電力供給系統110に逆潮流できない。それゆえ、燃料電池ユニットの制御部(図示せず)において、その需要家の電力及び熱負荷需要を予測して余剰電力が発生しないように発電出力を指令して運転する必要があり、場合によっては熱需要に十分対応できない場合もあった。しかし、本実施形態のように共用電力系統111に対して、各需要家が備える燃料電池ユニットの発電電力を供給可能とすることで、例えば余剰電力を共用電力系統111に送り出し、この余剰電力を他の需要家が使用するといった運用が可能となる。これにより、熱需要に応じて燃料電池ユニットを運転し、余剰電力が生じた場合は共用電力系統111に流せば良く、燃料電池ユニットの利便性が一段と向上する。   At present, the sale of privately generated power is not allowed except for solar power generation and wind power generation. Therefore, the power generated by the fuel cell unit provided by each consumer cannot flow backward to the commercial power supply system 110. Therefore, in the control unit (not shown) of the fuel cell unit, it is necessary to predict the power and heat load demand of the consumer and to command and operate the power generation output so as not to generate surplus power. In some cases, it could not meet the heat demand. However, by making it possible to supply the generated power of the fuel cell unit provided by each consumer to the shared power system 111 as in this embodiment, for example, surplus power is sent to the shared power system 111, and this surplus power is Operation that other consumers use is possible. As a result, the fuel cell unit is operated in accordance with the heat demand, and when surplus power is generated, it may be flowed to the shared power system 111, and the convenience of the fuel cell unit is further improved.

続いて、本実施形態にかかる燃料電池システムの具体的な運用態様について説明する。
(1)需要家A,B,C,E,F,Gに分散配置された燃料電池ユニット200,300で発電される電力を、全て一旦共用電力系統111に送り、各需要家A〜Hは共用電力系統111から個別に使用する電力量を購入し、燃料電池ユニット200,300から発生される熱は全て需要家A,B,C,E,F,Gで個別に利用する。この場合、ローカルエリア内に存在する各需要家A〜Hは、需要家A,B,C,E,F,Gが保有している燃料電池ユニット200,300にて発電される電力を共用電力系統111から受電すると共に、不足分を一括契約されている商用電力供給系統110から受電することとなる。そして、後者の受電電力量は共用電力メータ64にて計測され、また前者と後者を含めた個別受電電力量は、個別電力メータ63A〜63Eにて計測される。なお、燃料電池ユニット200,300を保有している需要家A,B,C,E,F,Gについては、送電電力メータも取り付け、共用電力系統111に供給した電力量を計測して相殺させる運用とすることが望ましい。
Next, a specific operation mode of the fuel cell system according to the present embodiment will be described.
(1) All the electric power generated by the fuel cell units 200 and 300 dispersedly arranged in the consumers A, B, C, E, F, and G is once sent to the shared power system 111, and each of the consumers A to H The amount of power to be used individually is purchased from the shared power system 111, and all the heat generated from the fuel cell units 200 and 300 is individually used by the consumers A, B, C, E, F, and G. In this case, the consumers A to H existing in the local area share the power generated by the fuel cell units 200 and 300 owned by the consumers A, B, C, E, F, and G. In addition to receiving power from the system 111, the shortage is received from the commercial power supply system 110 that is contracted in a lump. The latter received power amount is measured by the common power meter 64, and the individual received power amounts including the former and the latter are measured by the individual power meters 63A to 63E. For customers A, B, C, E, F, and G who own the fuel cell units 200 and 300, a transmission power meter is also attached, and the amount of power supplied to the shared power system 111 is measured and offset. It is desirable to operate.

このような運用において、電力制御装置115は、各需要家A〜Hに対する供給電力が不足しないよう、燃料電池ユニットによる発電パターンと電力消費パターンの類型をあらかじめ記憶させておく、若しくは予測する等して、商用電力供給系統110から受電量を制御する動作を行うことになる。   In such an operation, the power control apparatus 115 stores or predicts the types of power generation patterns and power consumption patterns by the fuel cell unit in advance so that the supply power to the consumers A to H is not insufficient. Thus, an operation for controlling the amount of power received from the commercial power supply system 110 is performed.

(2)各燃料電池ユニット200,300で発電される電力から、需要家A,B,C,E,F,Gにおける消費電力を除いた余剰電力のみを共用電力系統111に送り、各需要家は共用電力系統111から使用する電力量を購入する。この運用態様は、実質的に上記運用態様(1)に準じたものである。 (2) Only surplus power obtained by removing the power consumed by the consumers A, B, C, E, F, and G from the power generated by the fuel cell units 200 and 300 is sent to the shared power system 111, and each customer Purchases the amount of power to be used from the shared power system 111. This operation mode substantially conforms to the operation mode (1).

(3)各燃料電池ユニット200,300から発生される熱は、需要家A,B,C,E,F,Gで個別利用する一方で、燃料電池ユニット200,300で発電される電力のトータル余剰分を、共用電力系統111を介して売電すると共に、不足する電力は当該ローカルエリア内の需要家A〜Hで一括購入する。これは、売電が可能であることを前提とした運用であり、この場合電力制御装置115は、前記売電と受電との判定動作も行うことになる。 (3) While the heat generated from each fuel cell unit 200, 300 is individually used by the consumers A, B, C, E, F, G, the total amount of power generated by the fuel cell units 200, 300 The surplus is sold through the shared power system 111, and the insufficient power is purchased collectively by the consumers A to H in the local area. This is an operation based on the premise that the power can be sold. In this case, the power control apparatus 115 also performs the determination operation between the power sale and the power reception.

図12は、上述した第3実施形態にかかる燃料電池システムの変形例にかかる構成を示すブロック図である。先に説明した図11に示すシステムと相違する点は、商用電力供給系統110から各需要家A〜Hが個別に電力を購入する(図12では、図示簡略化のため需要家A、Fについてのみ系統ラインを表示している)ルートと、前述の共用電力系統111から各燃料電池ユニット200,300で発電される電力を受電するルートとの2つの受電ルートを設けた点である。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration according to a modification of the fuel cell system according to the third embodiment described above. The point different from the system shown in FIG. 11 described above is that each consumer A to H individually purchases electric power from the commercial power supply system 110 (in FIG. This is the point that two power receiving routes are provided, that is, a route (only a system line is displayed) and a route that receives power generated by each fuel cell unit 200, 300 from the shared power system 111 described above.

共用電力系統111には、需要家A,B,E,Gに設置されているPEFCユニット200による発電出力、及び需要家C,Fに設置されているSOFCユニット300の発電出力が共用電力系統111と接続されており、その発電電力が共用電力系統111に供給可能とされている。この共用電力系統111の運用態様は、上述の運用態様(1)又は(2)に依ることができる。なお、共用電力系統111には電力制御装置116が介在されており、配電動作が制御されるようになっている。この共用電力系統111において各需要家A〜Hにて使用される電力量は、個別電力メータ63A〜63Eにて計測される。   In the shared power system 111, the power generation output of the PEFC unit 200 installed in the consumers A, B, E, and G and the power generation output of the SOFC unit 300 installed in the consumers C and F are the shared power system 111. So that the generated power can be supplied to the shared power system 111. The operation mode of the shared power system 111 can depend on the above-described operation mode (1) or (2). Note that a power control device 116 is interposed in the shared power system 111 so that the power distribution operation is controlled. In the shared power system 111, the amount of power used by each of the consumers A to H is measured by the individual power meters 63A to 63E.

一方、商用電力供給系統110から需要家毎に個別に購入される電力は、一般電力メータ65A、65Fで計測されることとなる。この燃料電池システムによれば、各需要家における電力消費パターンの予測等が不要となり、常に安定した電力供給源を確保しつつ、商用電力系統に逆潮流することなく、燃料電池ユニット200,300の余剰電力を有効に活用できるという利点がある。   On the other hand, the power purchased individually for each consumer from the commercial power supply system 110 is measured by the general power meters 65A and 65F. According to this fuel cell system, it is not necessary to predict the power consumption pattern of each consumer, and the fuel cell units 200 and 300 can be operated without backflowing into the commercial power system while always ensuring a stable power supply source. There is an advantage that surplus power can be used effectively.

以上説明したような本発明にかかる燃料電池システムによれば、所定のローカルエリア内に存在する需要家が保有している燃料電池ユニットに対して、一括的に原燃料(都市ガス)を購入し集中型燃料ガス供給装置10を用いて改質ガスを精製して供給することから、ガス購入単価を安価することが可能となる。すなわち、現在、都市ガスの家庭用料金体系の契約での従量料金は121〜124円/Nm3である。一方、業務用の都市ガス料金はガス使用量が多いとより安価になる。例えば、業務用では料金表A(0〜25Nm3/月)の従量ガス単位料金は134円/Nm3、料金表B(25〜500Nm3/月)の従量ガス単位料金は112円/Nm3、料金表C(500〜Nm3/月)の従量ガス単位料金は102円/Nm3と、使用量の増加に伴い安価になる。 According to the fuel cell system according to the present invention as described above, raw fuel (city gas) is purchased in a lump for fuel cell units held by consumers existing in a predetermined local area. Since the reformed gas is purified and supplied using the centralized fuel gas supply device 10, the unit price of gas purchase can be reduced. That is, at present, the pay-as-you-go fee in the contract for the city gas household fee system is 121 to 124 yen / Nm 3 . On the other hand, city gas charges for business use become cheaper when the gas usage is large. For example, for business use, the metered gas unit rate for the rate table A (0 to 25 Nm 3 / month) is 134 yen / Nm 3 , and the metered gas unit rate for the rate table B (25 to 500 Nm 3 / month) is 112 yen / Nm 3. The unit gas unit charge in the charge table C (500 to Nm 3 / month) is 102 yen / Nm 3, and becomes cheaper as the usage amount increases.

例えば、美容院や小売店等の小規模業務用の場合、各需要家に1kW級のPEFC型燃料電池ユニットを1台設置した場合、その月あたりのガス使用量は、設備利用率を60%と仮定すると、
0.33Nm3/h×24h×30日×0.6=202Nm3/月
となる。このため、上記料金表Bとなるが、このような需要家が5件以上集中化し、この需要家群に集中型燃料ガス供給装置10にて燃料ガス(改質ガスや水素)を一括して供給するようにすると、該集中型燃料ガス供給装置10の管理者と都市ガス会社との契約は料金表Cとなり、ガス単価が安価になり得る。従って、燃料電池ユニットを運転するための原料コストも大幅に低減でき、燃料電池ユニット導入のメリットが一層向上する。
For example, in the case of a small business such as a beauty salon or a retail store, if one 1kW class PEFC type fuel cell unit is installed in each consumer, the gas usage per month is 60% of the equipment utilization rate. Assuming
0.33 Nm 3 / h × 24 h × 30 days × 0.6 = 202 Nm 3 / month. For this reason, although it becomes the said price list B, five or more such consumers concentrate, and fuel gas (reformed gas and hydrogen) is collectively put into this consumer group by the centralized fuel gas supply apparatus 10. If it supplies, the contract of the administrator of this centralized fuel gas supply apparatus 10 and a city gas company will become the fee schedule C, and a gas unit price may become cheap. Therefore, the raw material cost for operating the fuel cell unit can be greatly reduced, and the merit of introducing the fuel cell unit is further improved.

以上、本発明の実施形態に付き説明したが、上記で例示した構成に様々な改変を加えて実施することが可能である。例えば、上記実施形態では、燃料電池ユニットとしてPEFCユニット200とSOFCユニット300とのいずれかが採用されている例を示したが、これ以外の燃料電池ユニット、例えばりん酸型燃料電池(PAFC)ユニットや、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)ユニットなども含めて、需要家に分散配置される態様であっても良い。   As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention can be implemented with various modifications added to the configuration exemplified above. For example, in the above-described embodiment, an example in which one of the PEFC unit 200 and the SOFC unit 300 is employed as the fuel cell unit has been shown. However, other fuel cell units, for example, phosphoric acid fuel cell (PAFC) units are used. Alternatively, it may be a mode of being distributed to consumers including a molten carbonate fuel cell (MCFC) unit.

一般的な燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of a general fuel cell system. 本発明にかかる燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system according to the present invention. 通常の一戸建住宅や集合住宅に対する電力及びガスの供給形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the supply form of the electric power and gas with respect to a normal detached house and an apartment house. 本発明の第1実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 固体高分子型燃料電池(PEFC)ユニットの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) unit. 固体電解質型燃料電池(SOFC)ユニットの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a solid oxide fuel cell (SOFC) unit. 集中型燃料ガス供給装置の内部構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an internal structure of a concentrated fuel gas supply apparatus. 燃料電池システムを複数設け、これらシステム間で燃料ガスの連携を取るようにした構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration in which a plurality of fuel cell systems are provided and fuel gas is coordinated between these systems. 本発明の第2実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system concerning 2nd Embodiment of this invention. 集中型燃料ガス供給装置の内部構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an internal structure of a concentrated fuel gas supply apparatus. 本発明の第3実施形態にかかる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる燃料電池システムの変形構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the deformation | transformation structure of the fuel cell system concerning 3rd Embodiment of this invention. 従来の一般家庭や業務設備に対する電力や熱(温水等)の供給方式を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the supply system of the electric power and heat | fever (hot water etc.) with respect to the conventional general household or business equipment. 燃料電池システムの一般家庭における利用形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the usage form in a general household of a fuel cell system. 各燃料電池の特徴を示す表形式の図である。It is a figure of the table format which shows the characteristic of each fuel cell. 電力負荷の変動状態を示すグラフ図であって、(a)は一戸建住宅の負荷変動状態を、(b)は集合住宅における負荷変動状態をそれぞれ示している。It is a graph which shows the fluctuation state of an electric power load, Comprising: (a) has shown the load fluctuation state of the detached house, (b) has shown the load fluctuation state in an apartment house, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

10(10A) 集中型燃料ガス供給装置(集中型燃料ガス供給設備)
101 商用ガス供給系統
103 ローカル配管路
104 連絡配管路
110 商用電力供給系統
111 共用電力系統
120 アキュムレータ
13 改質器(改質装置)
131 水素ガス精製装置
132 水素ガス貯蔵装置
14 一酸化炭素変成器
15 改質器バーナ
16 一酸化炭素選択酸化器
200 PEFCユニット(燃料電池ユニット)
201 一酸化炭素除去器
300 SOFCユニット(燃料電池ユニット)
600 一般ガス器具
A〜H 需要家
10 (10A) Centralized fuel gas supply system (centralized fuel gas supply equipment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Commercial gas supply system 103 Local piping line 104 Connection piping line 110 Commercial power supply system 111 Shared electric power system 120 Accumulator 13 Reformer (reformer)
131 Hydrogen gas refining device 132 Hydrogen gas storage device 14 Carbon monoxide converter 15 Reformer burner 16 Carbon monoxide selective oxidizer 200 PEFC unit (fuel cell unit)
201 Carbon monoxide remover 300 SOFC unit (fuel cell unit)
600 General gas appliances A to H

Claims (8)

商用ガス供給系統に接続され燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットとを具備する燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給設備は、前記各需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、
前記燃料電池ユニットは、少なくとも各需要家内の電力負荷に供給する電力を発電する個別型燃料電池ユニットであることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel comprising a fuel gas supply facility that is connected to a commercial gas supply system and purifies a fuel gas that serves as a drive source for the fuel cell, and a fuel cell unit that is distributed among a plurality of consumers in a predetermined local area. A battery system,
The fuel gas supply facility is a centralized fuel gas supply facility common to each fuel cell unit capable of supplying fuel gas to each consumer,
The fuel cell system is an individual fuel cell unit that generates power to be supplied to at least a power load in each consumer.
前記集中型燃料ガス供給設備が、炭化水素系燃料を水素リッチな改質ガスに変換する改質装置を備え、前記改質ガスが各需要家に配置されている燃料電池ユニットに供給される構成とされていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The centralized fuel gas supply facility includes a reformer that converts a hydrocarbon-based fuel into a hydrogen-rich reformed gas, and the reformed gas is supplied to a fuel cell unit disposed in each consumer. The fuel cell system according to claim 1, wherein: 前記集中型燃料ガス供給設備が、前記改質ガス中の一酸化炭素濃度を100ppm以下とする一酸化炭素除去器をさらに備えることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the centralized fuel gas supply facility further includes a carbon monoxide remover that adjusts the carbon monoxide concentration in the reformed gas to 100 ppm or less. 前記改質装置において改質反応を惹起させる加熱源として用いられるバーナの燃料として、当該改質装置にて精製される改質ガスが用いられることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein a reformed gas purified by the reformer is used as a burner fuel used as a heat source for inducing a reforming reaction in the reformer. 前記集中型燃料ガス供給設備による燃料ガス供給系統に、燃料電池ユニットを具備しない一般需要家を含ませてなり、
前記一般需要家に対しては、該一般需要家が備える一般ガス機器に集中型燃料ガス供給設備にて精製される燃料ガスが供給される構成とされていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply facility includes general consumers who do not have a fuel cell unit,
The fuel gas purified by a centralized fuel gas supply facility is supplied to a general gas device provided to the general consumer to the general consumer. 5. The fuel cell system according to any one of 4.
前記集中型燃料ガス供給設備による燃料ガス供給系統に、供給される燃料ガスから水素ガスを精製する水素ガス精製装置と、該水素ガス精製装置にて精製された水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵装置とを具備する水素ガス供給設備を接続したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。   Hydrogen gas purification device for purifying hydrogen gas from fuel gas supplied to the fuel gas supply system by the centralized fuel gas supply facility, and hydrogen gas storage device for storing hydrogen gas purified by the hydrogen gas purification device The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein a hydrogen gas supply facility comprising: 各々燃料ガス供給系統を有する集中型燃料ガス供給設備が複数設けられ、
これら集中型燃料ガス供給設備によりそれぞれ精製される燃料ガスが、他の燃料ガス供給系統へも供給可能とするための連絡配管路が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池システム。
A plurality of centralized fuel gas supply facilities each having a fuel gas supply system;
7. A connecting pipe for enabling the fuel gas purified by each of these centralized fuel gas supply facilities to be supplied to another fuel gas supply system is provided. A fuel cell system according to claim 1.
燃料電池の駆動源となる燃料ガスを精製する燃料ガス供給設備と、複数の需要家に分散配置された燃料電池ユニットと、前記需要家への電力供給系統を相互接続する共用電力系統とを具備する燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給設備は、前記需要家にそれぞれ燃料ガスを供給可能とされた各燃料電池ユニット共通の集中型燃料ガス供給設備であり、
前記各燃料電池ユニットによる発電電力が、前記共用電力系統に対して供給可能とされていることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel gas supply facility for refining fuel gas as a driving source of a fuel cell, fuel cell units distributed to a plurality of consumers, and a shared power system for interconnecting power supply systems to the consumers A fuel cell system,
The fuel gas supply facility is a centralized fuel gas supply facility common to each fuel cell unit that can supply fuel gas to the consumer,
The fuel cell system, wherein power generated by each fuel cell unit can be supplied to the shared power system.
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