JP2015095348A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、集合住宅の各住戸に電力を供給する複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks for supplying electric power to each dwelling unit of an apartment house.
従来、集合住宅の各住戸に電力を供給する複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムとしては、例えば、次のものが知られている(特許文献1参照)。 Conventionally, for example, the following is known as a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks for supplying electric power to each dwelling unit of an apartment house (see Patent Document 1).
すなわち、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、集合住宅の各住戸に燃料電池スタックが設置されている。各燃料電池スタックには、燃料プロセッサから水素ガスが供給され、各燃料電池スタックにおいて水素ガスを利用して得られた電力は各住戸に供給される。この燃料電池システムには、バッテリーが備えられており、系統電力の停電時にはバッテリーから燃料プロセッサに電力が供給されて燃料プロセッサの稼働が確保される。 That is, in the fuel cell system described in Patent Document 1, a fuel cell stack is installed in each dwelling unit of the apartment house. Hydrogen gas is supplied to each fuel cell stack from the fuel processor, and electric power obtained by using the hydrogen gas in each fuel cell stack is supplied to each dwelling unit. The fuel cell system is provided with a battery, and power is supplied from the battery to the fuel processor in the event of a power failure of the system power to ensure the operation of the fuel processor.
なお、燃料電池スタックに関するその他の技術としては、特許文献2〜8に記載のものがある。 In addition, there exists a thing of patent documents 2-8 as another technique regarding a fuel cell stack.
しかしながら、上記特許文献1に記載の燃料電池システムでは、以下の課題がある。 However, the fuel cell system described in Patent Document 1 has the following problems.
(1)集合住宅の各住戸に燃料電池スタックが設置されているため、各住戸に燃料電池スタックの設置スペースが必要になる。 (1) Since the fuel cell stack is installed in each dwelling unit of the apartment house, the installation space for the fuel cell stack is required in each dwelling unit.
(2)複数の燃料電池スタックによる各住戸への電力供給が不足する場合(燃料電池スタックの起動・停止等により複数の燃料電池スタックによる各住戸への電力供給が一時的に遮断される場合等を含む)においては、各住戸に対して系統電力からの電力供給が必要になり、系統電力からの買電が必要になる。 (2) When the power supply to each dwelling unit by a plurality of fuel cell stacks is insufficient (when the power supply to each dwelling unit by a plurality of fuel cell stacks is temporarily interrupted due to the start / stop of the fuel cell stack, etc.) Power supply from the grid power is required for each dwelling unit, and it is necessary to purchase power from the grid power.
(3)集合住宅の各住戸に対して1個の燃料電池スタックが必要となるため、設備導入費用が割高となる。 (3) Since one fuel cell stack is required for each dwelling unit of an apartment house, the equipment introduction cost is expensive.
そこで、本発明は、集合住宅の各住戸に燃料電池スタックの設置スペースを設ける必要が無く、系統電力からの買電を抑制でき、設備導入費用を削減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a fuel cell system that does not require installation space for a fuel cell stack in each dwelling unit of an apartment house, can suppress power purchase from system power, and can reduce equipment introduction costs. With the goal.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の燃料電池システムは、集合住宅の住戸数よりも少数とされ、集合住宅の各住戸に電力を供給する複数の燃料電池スタックと、集合住宅の各住戸への電力供給を補助するバッテリーと、を備える。 In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to claim 1 is configured so that the number of dwelling units is smaller than the number of dwelling units, and a plurality of fuel cell stacks that supply power to each dwelling unit of the dwelling unit, A battery for assisting power supply to each dwelling unit.
この燃料電池システムによれば、上記課題に対し、以下の作用及び効果を奏する。 According to this fuel cell system, the following actions and effects can be achieved with respect to the above-mentioned problems.
(1)複数の燃料電池スタックは、集合住宅の住戸数よりも少数とされているので、各住戸に燃料電池スタックの設置スペースを設ける必要を無くすことができる。 (1) Since the plurality of fuel cell stacks is smaller than the number of dwelling units in the apartment house, it is possible to eliminate the necessity of providing a space for installing the fuel cell stack in each dwelling unit.
(2)複数の燃料電池スタックによる各住戸への電力供給が不足する場合(燃料電池スタックの起動・停止等により複数の燃料電池スタックによる各住戸への電力供給が一時的に遮断される場合等を含む)においては、集合住宅の各住戸への電力供給をバッテリーが補助する。従って、集合住宅の各住戸へ安定して電力を供給することができると共に、系統電力からの買電を抑制することができる。 (2) When the power supply to each dwelling unit by a plurality of fuel cell stacks is insufficient (when the power supply to each dwelling unit by a plurality of fuel cell stacks is temporarily interrupted due to the start / stop of the fuel cell stack, etc.) In other words, the battery assists the power supply to each dwelling unit of the apartment house. Therefore, it is possible to stably supply power to each dwelling unit of the apartment house, and to suppress power purchase from the grid power.
(3)複数の燃料電池スタックは、上述の通り、集合住宅の住戸数よりも少数とされている。従って、集合住宅の各住戸に対して1個の燃料電池スタックをそれぞれ設置した場合に比して、燃料電池スタックの個数を減らすことができるので、設備導入費用を削減することができる。 (3) As described above, the plurality of fuel cell stacks is set to a smaller number than the number of apartment units. Therefore, the number of fuel cell stacks can be reduced as compared with the case where one fuel cell stack is installed in each dwelling unit of the apartment house, so that the equipment introduction cost can be reduced.
なお、請求項2に記載の燃料電池システムのように、燃料電池スタックに、燃料電池搭載車両に搭載される固体高分子型の燃料電池スタックが転用されていると、集合住宅専用の燃料電池スタックを開発及び製造する必要が無いので、燃料電池スタックのコストを低減することができる。
In addition, as in the fuel cell system according to
また、請求項3に記載の燃料電池システムのように、集合住宅の各住戸に対して燃料電池スタックが複数並列に接続されると、複数の燃料電池スタックのいずれかが故障した場合又はメンテナンスされる場合でも、残りの他の燃料電池スタックから各住戸に対して継続して電力を供給することができる。
Further, as in the fuel cell system according to
また、請求項4に記載の燃料電池システムのように、複数の燃料電池スタック及びバッテリーが、集合住宅の各住戸で使用される電力の全てを供給する構成であると、系統電力からの買電を行わずに各住戸で使用される電力の全てを賄うことができる。
Further, as in the fuel cell system according to
特に、請求項5に記載の燃料電池システムのように、複数の燃料電池スタック及びバッテリーが、集合住宅で使用される電力の全てを供給する構成であると、系統電力からの買電を行わずに集合住宅で使用される電力の全てを賄うことができる。 In particular, as in the fuel cell system according to claim 5, when a plurality of fuel cell stacks and batteries are configured to supply all of the power used in the apartment house, power is not purchased from the grid power. It can cover all of the electricity used in the housing complex.
また、請求項6に記載の燃料電池システムのように、燃料電池システムに含まれる被給電要素の全てが複数の燃料電池スタック及びバッテリーのみから電力供給される構成であると、系統電力からの買電を行わずに燃料電池システムを稼働させることができる。
Further, as in the fuel cell system according to
また、請求項7に記載の燃料電池システムのように、バッテリーが、複数の燃料電池スタックによる集合住宅の各住戸への電力供給が不足する場合に、集合住宅の各住戸への電力供給を補助する構成であると、複数の燃料電池スタックによる集合住宅の各住戸への電力供給が不足する場合でも、集合住宅の各住戸への電力供給を確保することができる。 In addition, as in the fuel cell system according to claim 7, when the battery has insufficient power supply to each dwelling unit of the apartment house by a plurality of fuel cell stacks, it assists power supply to each dwelling unit of the apartment house With this configuration, it is possible to ensure power supply to each dwelling unit of the apartment house even when the power supply to each dwelling unit of the apartment house is insufficient by a plurality of fuel cell stacks.
また、請求項8に記載の燃料電池システムのように、燃料電池スタックに発電させるための駆動部と、駆動部を制御する制御部と、をさらに備え、バッテリーが、駆動部及び制御部に電力を供給する構成であると、例えば系統電力の停電時でも、バッテリーから駆動部及び制御部に電力が供給されるので、複数の燃料電池スタックによる発電を確保することができる。 Further, as in the fuel cell system according to claim 8, further comprising a drive unit for causing the fuel cell stack to generate power and a control unit for controlling the drive unit, wherein the battery supplies power to the drive unit and the control unit. For example, even when a power failure occurs in the system power, power is supplied from the battery to the drive unit and the control unit, so that power generation by a plurality of fuel cell stacks can be ensured.
また、請求項9に記載の燃料電池システムのように、バッテリーが、常時、駆動部及び制御部に電力を供給する構成であると、系統電力から駆動部及び制御部に電力を供給する必要が無いので、駆動部及び制御部を作動させるために系統電力から買電する必要を無くすことができる。 Further, as in the fuel cell system according to claim 9, when the battery is configured to always supply power to the drive unit and the control unit, it is necessary to supply power from the system power to the drive unit and the control unit. This eliminates the need to purchase power from the system power in order to operate the drive unit and the control unit.
また、請求項10に記載の燃料電池システムのように、バッテリーが、複数の燃料電池スタックにおいて発電された電力で充電される構成であると、バッテリーを充電するために系統電力から買電する必要を無くすことができる。
In addition, as in the fuel cell system according to
また、請求項11に記載の燃料電池システムのように、複数の燃料電池スタックが、複数のバッテリーの各々と共に燃料電池ユニットをそれぞれ構成すると共に、この燃料電池ユニットに、燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池ユニットが転用されていると、燃料電池スタックのコストに加えて、バッテリーのコストも低減することができる。 In addition, as in the fuel cell system according to claim 11, the plurality of fuel cell stacks constitute a fuel cell unit together with each of the plurality of batteries, and the fuel cell unit is mounted on a fuel cell-equipped vehicle. If the fuel cell unit is diverted, the cost of the battery can be reduced in addition to the cost of the fuel cell stack.
また、請求項12に記載の燃料電池システムのように、前記燃料電池スタックで発電した際に得られる湯を貯留する貯湯槽をさらに備えると、この貯湯槽に貯留した湯を例えば暖房や予熱等に活用することができる。
Further, as in the fuel cell system according to
また、請求項13に記載の燃料電池システムのように、燃料電池スタックで発電した際に得られる湯を集合住宅の各住戸に供給する湯供給部をさらに備えると、各住戸にて使用されるエネルギ消費量を抑制することができるので、環境性能を高めることができる。 Moreover, if it further has a hot water supply part which supplies hot water obtained when it produces electric power with a fuel cell stack to each dwelling unit of an apartment as in the fuel cell system according to claim 13, it is used in each dwelling unit. Since energy consumption can be suppressed, environmental performance can be enhanced.
特に、請求項14に記載の燃料電池システムのように、湯供給部が、集合住宅の各住戸に設置された給湯器の熱交換器に湯を供給し熱交換器を予熱する構成であると、給湯器にて使用されるエネルギ消費量を抑制することができる。
Particularly, as in the fuel cell system according to
また、請求項15に記載の燃料電池システムのように、都市ガスから水素ガスを生成して燃料電池スタックに供給する燃料処理装置をさらに備えると、都市ガスを利用して発電することができるので、系統電力から電力供給する場合に比してエネルギロスが少なくて済み、エネルギ効率を高めることができる。 Further, as in the fuel cell system according to claim 15, when a fuel processing device that generates hydrogen gas from city gas and supplies the hydrogen gas to the fuel cell stack is further provided, power can be generated using the city gas. The energy loss can be reduced as compared with the case where power is supplied from the system power, and the energy efficiency can be improved.
また、請求項16に記載の燃料電池システムのように、複数の燃料電池スタックには、水素導管から水素ガスが供給される構成であると、水素ガスを生成するための燃料処理装置等を不要にすることができるので、コストを低減することができる。
Further, as in the fuel cell system according to
また、請求項17に記載の燃料電池システムのように、爆発下限以下の濃度の水素ガスが混合された都市ガスから水素ガスを取り出して燃料電池スタックに供給する水素取出体をさらに備えると、都市ガス配管を利用して燃料電池スタックに水素ガスを供給することができるので、水素ガスを生成するための燃料処理装置等を不要にすることができ、コストを低減することができる。 Further, as in the fuel cell system according to claim 17, further comprising a hydrogen extractor that extracts hydrogen gas from the city gas mixed with hydrogen gas having a concentration equal to or lower than the lower limit of explosion and supplies the hydrogen gas to the fuel cell stack. Since hydrogen gas can be supplied to the fuel cell stack using the gas piping, a fuel processing device for generating hydrogen gas or the like can be eliminated, and the cost can be reduced.
このように、本発明によれば、従来の燃料電池システムに比して利用価値の高い燃料電池システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system having a higher utility value than the conventional fuel cell system.
[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1に示されるように、本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムS1は、集合住宅100に適用される。この場合の集合住宅100は、例えばマンションやアパート等の複数の住戸102を有する共同住宅である。この燃料電池システムS1は、複数の燃料電池スタック10と、パワーコンディショナ12と、脱硫器14と、燃料処理装置16と、バッテリー18と、切替ユニット20と、制御ユニット22を主要な構成として備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system S <b> 1 according to the first embodiment of the present invention is applied to an
複数の燃料電池スタック10(純水素PEFCスタック)は、供給された水素ガスと空気中の酸素とを化学反応させて発電する。この複数の燃料電池スタック10には、燃料電池搭載車両に搭載される固体高分子型の燃料電池スタックが転用されている。この場合の燃料電池搭載車両は、例えば、自動車、バス、フォークリフト、バイク等の車両である。 The plurality of fuel cell stacks 10 (pure hydrogen PEFC stacks) generate electricity by chemically reacting the supplied hydrogen gas with oxygen in the air. The plurality of fuel cell stacks 10 are diverted to polymer electrolyte fuel cell stacks mounted on vehicles equipped with fuel cells. The fuel cell-equipped vehicle in this case is a vehicle such as an automobile, a bus, a forklift, or a motorcycle.
この複数の燃料電池スタック10は、直流を交流に変換するパワーコンディショナ12を介して各住戸102と接続されている。この複数の燃料電池スタック10は、集合住宅100の住戸数よりも少数とされており、集合住宅100における例えば共有スペース等に設置されている。この燃料電池システムS1では、各住戸102に対して燃料電池スタック10が複数並列に接続されている。
The plurality of fuel cell stacks 10 are connected to each
脱硫器14は、都市ガス配管24と接続されている。この脱硫器14は、都市ガス配管24を介して供給された都市ガスに含まれる硫黄化合物を吸着除去する。都市ガス配管24は、各住戸102に設けられたガス給湯器26にも接続されている。
The
燃料処理装置16は、脱硫器14により硫黄化合物が吸着除去された都市ガスから水素ガスを生成して複数の燃料電池スタック10に供給する。この燃料処理装置16及び上述の脱硫器14については、複数の燃料電池スタック10に対して燃料処理装置16及び脱硫器14が1台ずつ設置されても良く、また、複数の燃料電池スタック10の各々に対して燃料処理装置16及び脱硫器14が1台ずつ設置されても良い。図2に示されるように、燃料処理装置16は、より具体的には、改質器30、CO変成器32、選択酸化触媒34を有している。
The
改質器30は、都市ガスの主成分であるメタン(CH4)を化学反応させて水素(H2)を生成する。CO変成器32は、改質器30で発生した一酸化炭素(CO)を水(H2O)と反応させて水素と二酸化炭素(CO2)に変換し、一酸化炭素濃度を低減させる。選択酸化触媒34は、貴金属触媒上で一酸化炭素と酸素を反応させて二酸化炭素に変換し、一酸化炭素を酸化除去する。
The
また、この燃料電池システムS1は、燃料電池スタック10に発電させるための駆動部の一例として、燃料ポンプ36及び送風ポンプ38を備えている。燃料ポンプ36は、脱硫器14と接続されており、都市ガス配管24を介して供給された都市ガスを脱硫器14に供給する。一方、送風ポンプ38は、燃料電池スタック10に空気(酸素含有ガス)を供給する。この燃料ポンプ36及び送風ポンプ38は、制御部の一例である制御ユニット22により制御される。
The fuel cell system S1 includes a
そして、この燃料電池システムS1では、制御ユニット22により燃料ポンプ36が作動されて都市ガスが脱硫器14に供給されると、この脱硫器14によって、都市ガスに含まれる硫黄化合物が吸着除去される。この脱硫器14により硫黄化合物が吸着除去された都市ガスは、燃料処理装置16に供給され、この燃料処理装置16によって、都市ガスから水素ガスが生成される。
In the fuel cell system S1, when the
また、この燃料処理装置16により生成された水素ガスは、燃料電池スタック10に供給され、燃料電池スタック10では、供給された水素ガスと空気中の酸素とが化学反応されて発電される。そして、各燃料電池スタック10にて発生した電力は、パワーコンディショナ12により直流を交流に変換された後に各住戸102に供給される。制御ユニット22は、各住戸102における電力の使用状況から燃料ポンプ36及び送風ポンプ38を制御し、各燃料電池スタック10による発電量を調節する。
Further, the hydrogen gas generated by the
また、この燃料電池システムS1は、貯湯槽40と、冷却水循環回路42と、湯循環回路44を備えている。冷却水循環回路42は、発電に伴い発熱した燃料電池スタック10内のセル等の発熱部を冷却するためのものであり、受熱部46、放熱部48、循環パイプ50、及び、循環ポンプ52を有している。受熱部46は、燃料電池スタック10内の発熱部と熱的に接続されている。放熱部48は、燃料電池スタック10の外部に設けられており、循環パイプ50を介して受熱部46と接続されている。循環ポンプ52は、循環パイプ50を通じて受熱部46と放熱部48との間を冷却水が循環するように作動する。
The fuel cell system S1 includes a
湯循環回路44は、貯湯槽40に貯留する湯を一定の温度に保つためのものであり、受熱部56、循環パイプ60、及び、循環ポンプ62を有している。受熱部56は、冷却水循環回路42の放熱部48と共に熱交換器64に設けられている。循環ポンプ62は、循環パイプ60を通じて受熱部56と貯湯槽40との間を湯が循環するように作動する。
The hot
そして、この燃料電池システムS1では、冷却水循環回路42を冷却水が循環することにより、受熱部46から放熱部48に熱が輸送され、燃料電池スタック10内の発熱部が冷却される。また、熱交換器64において冷却水循環回路42の放熱部48から湯循環回路44の受熱部56が受熱することにより、受熱部56を通過する湯が加熱され、貯湯槽40に貯留される湯が一定の温度に保たれる。この場合の湯は、例えば、80℃以上とされる。
In the fuel cell system S1, the cooling water circulates in the cooling
貯湯槽40は、上述のように燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯を貯留する。この貯湯槽40については、複数の燃料電池スタック10に対して1台の貯湯槽40が設置されても良く、また、複数の燃料電池スタック10の各々に対して1台の貯湯槽40が設置されても良い。この貯湯槽40に貯留された湯は、例えば各住戸102や共有スペースに設置された暖房設備等に供給されて利用される。制御ユニット22は、貯湯槽40に貯留された湯の温度や、燃料電池スタック10内の発熱部の温度等に基づいて循環ポンプ52,62を制御し、貯湯槽40に貯留された湯の温度や、燃料電池スタック10内の発熱部の温度を調節する。
The hot
バッテリー18は、燃料電池スタック10とパワーコンディショナ12とを接続する接続線に接続されている。このバッテリー18は、燃料電池システムS1の導入当初においては予め充電された状態とされる。また、このバッテリー18は、燃料電池システムS1の導入後においては、通常、複数の燃料電池スタック10における余剰電力で充電され、バッテリー18の残量が少なくなった場合には、複数の燃料電池スタック10の電力で優先的に充電される。このバッテリー18は、系統電力の停電時(集合住宅100が属する地域の停電時)を含む常時、上述のパワーコンディショナ12、切替ユニット20、制御ユニット22、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、循環ポンプ52、循環ポンプ62等に電力を供給する。
The
切替ユニット20は、複数の燃料電池スタック10から各住戸102に電力が供給される状態と、複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18から各住戸102に電力が供給される状態と、バッテリー18から各住戸102に電力が供給される状態とに切り替える。制御ユニット22は、通常、複数の燃料電池スタック10から各住戸102に電力が供給される状態になるように、切替ユニット20を制御する。
The switching
また、制御ユニット22は、複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給状況から複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足すると判断した場合には、複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18から各住戸102に電力が供給される状態、又は、バッテリー18から各住戸102に電力が供給される状態に切り替わるように、切替ユニット20を制御する。
In addition, when the
この複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合とは、各住戸102における電力消費量が複数の燃料電池スタック10による発電量を上回る場合の他に、例えば、燃料電池スタック10の起動・停止等により複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が一時的に遮断される場合等が含まれる。
The case where the power supply to each
このように、この燃料電池システムS1では、複数の燃料電池スタック10から各住戸102に電力が供給される状態が優先的に選択され、複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合には、各住戸102への電力供給がバッテリー18により補助される。
Thus, in this fuel cell system S1, the state in which power is supplied from the plurality of fuel cell stacks 10 to each
また、この燃料電池システムS1では、燃料電池システムS1に含まれる被給電要素(例えば、パワーコンディショナ12、切替ユニット20、制御ユニット22、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、循環ポンプ52、循環ポンプ62や、その他の装置など)の全てが複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18のみから電力供給されるようになっている。
Further, in the fuel cell system S1, power-supplied elements (for example, the
さらに、この燃料電池システムS1では、上述の複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18が、集合住宅100で使用される電力の全てを供給する(つまり、各住戸102に設けられた負荷や、集合住宅100の共有スペースに設けられた負荷などへの電力供給の全てを賄う)ようになっている。
Further, in the fuel cell system S1, the plurality of fuel cell stacks 10 and the
以上詳述した本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムS1によれば、以下の作用及び効果を奏する。 According to the fuel cell system S1 according to the first embodiment of the present invention described in detail above, the following operations and effects are achieved.
(1)複数の燃料電池スタック10は、集合住宅100の住戸数よりも少数とされている。従って、各住戸102に燃料電池スタック10の設置スペースを設ける必要を無くすことができる。
(1) The plurality of fuel cell stacks 10 is set to a smaller number than the number of
(2)各住戸102における電力消費量が複数の燃料電池スタック10による発電量を上回る場合など、燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合には、バッテリー18が各住戸102への電力供給を補助する。従って、複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合でも、各住戸102への電力供給を確保することができる。
(2) When the power supply to each
(3)例えば、燃料電池スタック10の起動・停止等により複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が一時的に遮断される場合においても、各住戸102への電力供給をバッテリー18が補助する。従って、各住戸102へ安定して電力を供給することができる。
(3) For example, even when the power supply to each
(4)複数の燃料電池スタック10は、上述の通り、集合住宅100の住戸数よりも少数とされている。従って、各住戸102に対して1個の燃料電池スタック10をそれぞれ設置した場合に比して、燃料電池スタック10の個数を減らすことができるので、設備導入費用を削減することができる。
(4) The plurality of fuel cell stacks 10 is set to a smaller number than the number of
(5)燃料電池スタック10(純水素PEFCスタック)には、燃料電池搭載車両に搭載される固体高分子型の燃料電池スタックが転用されている。従って、集合住宅専用の燃料電池スタックを開発及び製造する必要が無いので、燃料電池スタック10のコストを低減することができる。
(5) The polymer electrolyte fuel cell stack mounted on the fuel cell-equipped vehicle is diverted to the fuel cell stack 10 (pure hydrogen PEFC stack). Therefore, it is not necessary to develop and manufacture a fuel cell stack dedicated to the housing complex, so that the cost of the
(6)各住戸102に対しては、燃料電池スタック10が複数並列に接続されている。従って、複数の燃料電池スタック10のいずれかが故障した場合又はメンテナンスされる場合でも、残りの他の燃料電池スタック10から各住戸102に対して継続して電力を供給することができる。
(6) A plurality of fuel cell stacks 10 are connected to each
(7)バッテリー18は、上述の燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22(駆動部及び制御部)に電力を供給する。従って、例えば系統電力の停電時でも、バッテリー18から燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22に電力が供給されるので、複数の燃料電池スタック10による発電を確保することができる。
(7) The
(8)バッテリー18は、系統電力の停電時を含む常時、上述の燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22に電力を供給する。従って、系統電力から燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22に電力を供給する必要が無いので、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22を作動させるために系統電力から買電する必要を無くすことができる。
(8) The
(9)バッテリー18は、複数の燃料電池スタック10において発電された電力で充電される。従って、バッテリー18を充電するために系統電力から買電する必要も無くすことができる。
(9) The
(10)複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18は、各住戸102を含む集合住宅100で使用される電力の全てを供給するので、系統電力からの買電を行わずに集合住宅100で使用される電力の全てを賄うことができる。しかも、燃料電池システムS1に含まれる被給電要素(例えば、パワーコンディショナ12、切替ユニット20、制御ユニット22、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、循環ポンプ52、循環ポンプ62や、その他の装置など)の全てが複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18のみから電力供給されるので、系統電力からの買電を行わずに燃料電池システムS1を稼働させることができる。以上より、系統電力からの買電を完全に不要にすることができるので、系統電力における電力供給の変動の影響を受けることを回避することができる。
(10) Since the plurality of fuel cell stacks 10 and the
(11)燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯を貯留する貯湯槽40を備えるので、この貯湯槽40に貯留した湯を例えば暖房や予熱等に活用することができる。
(11) Since the hot
(12)都市ガスから水素ガスを生成して燃料電池スタック10に供給する燃料処理装置16を備えるので、都市ガスを利用して発電することができる。これにより、系統電力から電力供給する場合に比してエネルギロスが少なくて済むので、エネルギ効率を高めることができる。
(12) Since the
続いて、本発明の第一実施形態の変形例について説明する。 Then, the modification of 1st embodiment of this invention is demonstrated.
本発明の第一実施形態では、燃料電池システムS1に含まれる被給電要素(例えば、パワーコンディショナ12、切替ユニット20、制御ユニット22、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、循環ポンプ52、循環ポンプ62や、その他の装置など)の全てが複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18のみから電力供給されるようになっていた。しかしながら、燃料電池システムS1に含まれる被給電要素のいずれかは、系統電力から電力供給されても良い。また、この場合に、このいずれかの被給電要素は、系統電力の停電時に複数の燃料電池スタック10及びバッテリー18から電力供給されても良い。
In the first embodiment of the present invention, power-supplied elements (for example, the
また、本発明の第一実施形態において、バッテリー18は、系統電力の停電時を含む常時、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22(駆動部及び制御部)に電力を供給していた。しかしながら、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22には、系統電力の停電時以外の通常時に系統電力から電力が供給され、系統電力の停電時には、燃料ポンプ36、送風ポンプ38、及び、制御ユニット22にバッテリー18から電力が供給されても良い。
Further, in the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第一実施形態において、バッテリー18は、複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合に、各住戸102への電力供給を補助する構成とされていた。しかしながら、バッテリー18は、複数の燃料電池スタック10による各住戸102への電力供給が不足する場合以外(例えば、常時)においても、各住戸102への電力供給を補助する構成とされていても良い。
In the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第一実施形態において、燃料電池システムS1は、一つの制御ユニット22を備えていたが、制御ユニット22の機能が複数の制御回路に分かれていても良い。この場合には、複数の制御回路が制御部に相当する。
In the first embodiment of the present invention, the fuel cell system S1 includes the
また、本発明の第一実施形態では、脱硫器14が用いられていたが、脱硫器14は用いられなくても良く、また、脱硫器14に代わる代替手段が用いられても良い。
In the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第一実施形態において、燃料処理装置16は、改質器30、CO変成器32、選択酸化触媒34を有していたが、これら改質器30、CO変成器32、選択酸化触媒34を有しない構成とされていても良い。
Further, in the first embodiment of the present invention, the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図3,図4に示される本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムS2は、上述の本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムS1に対し、次のように構成が変更されている。なお、本発明の第二実施形態において、上述の本発明の第一実施形態と同様の構成については同一符号を用い、その説明を省略する。 The configuration of the fuel cell system S2 according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 and 4 is changed as follows with respect to the fuel cell system S1 according to the first embodiment of the present invention described above. Yes. In addition, in 2nd embodiment of this invention, about the structure similar to 1st embodiment of the above-mentioned this invention, the same code | symbol is used and the description is abbreviate | omitted.
本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムS2では、複数の燃料電池スタック10に水素導管74が接続されている。そして、各燃料電池スタック10には、水素導管74から水素ガスが直接供給される。
In the fuel cell system S2 according to the second embodiment of the present invention,
また、図4に示されるように、本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムS2では、燃料電池スタック10に水素導管74が接続されることに伴い、上述の脱硫器14、燃料処理装置16、及び、燃料ポンプ36(図2参照)が省かれている。
Further, as shown in FIG. 4, in the fuel cell system S <b> 2 according to the second embodiment of the present invention, as the
このように、燃料電池スタック10に水素導管74から水素ガスが直接供給される構成であると、水素ガスを生成するための燃料処理装置等を不要にすることができるので、コストを低減することができる。
As described above, the configuration in which the hydrogen gas is directly supplied to the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図5に示される本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムS3は、上述の本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムS2に対し、次のように構成が変更されている。なお、本発明の第三実施形態において、上述の本発明の第二実施形態と同様の構成については同一符号を用い、その説明を省略する。 The configuration of the fuel cell system S3 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 5 is changed as follows with respect to the fuel cell system S2 according to the second embodiment of the present invention described above. Note that in the third embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the same configurations as those in the above-described second embodiment of the present invention, and the description thereof is omitted.
本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムS3が適用された集合住宅100では、給湯器の一例である水素ボイラー76が各住戸102に設けられている。水素ボイラー76には、水素導管74から水素ガスが供給される。この水素ボイラー76は、図6に示されるように、ガスバーナー78と熱交換器80を有している。熱交換器80には、給湯回路82における受熱部84が設けられている。
In the
また、この水素ボイラー76の熱交換器80と貯湯槽40とは、湯供給部の一例である湯供給回路86によって接続されている。湯供給回路86には、放熱部88が設けられており、この放熱部88は、熱交換器80に設けられている。
The
そして、この第三実施形態に係る燃料電池システムS3では、燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯が貯湯槽40から湯供給回路86を通じて熱交換器80に供給され、この熱交換器80が予熱される。
In the fuel cell system S3 according to the third embodiment, hot water obtained when power is generated by the
このように、燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯で水素ボイラー76に設けられた熱交換器80を予熱する構成であると、水素ボイラー76にて使用されるエネルギ消費量を抑制することができるので、環境性能を高めることができる。
Thus, when the
なお、第三実施形態に係る燃料電池システムS3において、湯供給回路86は、水素ボイラー76の熱交換器80に湯を供給していたが、図5に示される各住戸102に設置されたその他の設置物(例えば、床暖房、浴室暖房等の暖房設備等)に湯を供給しても良い。
In the fuel cell system S3 according to the third embodiment, the hot
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図7に示される本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムS4は、上述の本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムS1に対し、次のように構成が変更されている。なお、本発明の第四実施形態において、上述の本発明の第一実施形態と同様の構成については同一符号を用い、その説明を省略する。 The configuration of the fuel cell system S4 according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is changed as follows with respect to the fuel cell system S1 according to the first embodiment of the present invention described above. Note that in the fourth embodiment of the present invention, the same components as those in the above-described first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムS4は、水素取出体の一例であるメンブレン90を備えている。メンブレン90には、都市ガス配管24が接続されている。都市ガス配管24からは、爆発下限(例えば4.0%程度)以下の濃度の水素ガスが混合された都市ガスが供給される。メンブレン90は、都市ガス配管24から供給された水素ガスを含む都市ガスから水素ガスを透過させて複数の燃料電池スタック10に供給する。
The fuel cell system S4 according to the fourth embodiment of the present invention includes a
このように、水素ガスが混合された都市ガスから水素ガスを透過させて複数の燃料電池スタック10に供給するメンブレン90を備えると、都市ガス配管24を利用して燃料電池スタック10に水素ガスを供給することができる。これにより、水素ガスを生成するための燃料処理装置等を不要にすることができるので、コストを低減することができる。
In this way, when the
なお、第四実施形態に係る燃料電池システムS4では、水素ガスが混合された都市ガスから水素ガスを取り出すために、メンブレン90が用いられていたが、水素取出体の一例として吸着剤や反応器等のその他の構造体や、例えば、PSA(Pressure Swing Adsorption:圧力変動吸着)などの他の水素精製設備等が用いられても良い。
In the fuel cell system S4 according to the fourth embodiment, the
[第五実施形態]
次に、本発明の第五実施形態について説明する。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
図8に示される本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムS5は、上述の本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムS4に対し、次のように構成が変更されている。なお、本発明の第五実施形態において、上述の本発明の第四実施形態と同様の構成については同一符号を用い、その説明を省略する。 The fuel cell system S5 according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 8 is configured as follows with respect to the fuel cell system S4 according to the fourth embodiment of the present invention described above. Note that in the fifth embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the same structures as in the above-described fourth embodiment of the present invention, and the description thereof is omitted.
本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムS5が適用された集合住宅100では、給湯器の一例であるガス給湯器26が各住戸102に設けられている。ガス給湯器26には、都市ガス配管24が接続されている。このガス給湯器26には、爆発下限以下の濃度の水素ガスが混合された都市ガスが供給される。このガス給湯器26の基本的な構成は、上述の水素ボイラー76(図6参照)と同様である。
In the
また、このガス給湯器26の熱交換器と貯湯槽40とは、湯供給部の一例である湯供給回路86によって接続されている。そして、この第五実施形態に係る燃料電池システムS5においても、各燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯が貯湯槽40から湯供給回路86を通じてガス給湯器26の熱交換器に供給され、この熱交換器が予熱される。
The heat exchanger of the
このように、燃料電池スタック10で発電した際に得られる湯でガス給湯器26に設けられた熱交換器を予熱する構成であっても、ガス給湯器26にて使用されるエネルギ消費量を抑制することができるので、環境性能を高めることができる。
Thus, even if it is the structure which preheats the heat exchanger provided in the
なお、第五実施形態に係る燃料電池システムS5においても、湯供給回路86は、各住戸102に設置されたその他の設置物(例えば、床暖房、浴室暖房等の暖房設備等)に湯を供給しても良い。
In addition, also in the fuel cell system S5 according to the fifth embodiment, the hot
[第六実施形態]
次に、本発明の第六実施形態について説明する。
[Sixth embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
図9に示される本発明の第六実施形態に係る燃料電池システムS6は、上述の本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムS2に対し、次のように構成が変更されている。なお、本発明の第六実施形態において、上述の本発明の第二実施形態と同様の構成については同一符号を用い、その説明を省略する。 The configuration of the fuel cell system S6 according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is changed as follows with respect to the fuel cell system S2 according to the second embodiment of the present invention described above. Note that in the sixth embodiment of the present invention, the same components as those in the second embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本発明の第六実施形態に係る燃料電池システムS6は、複数の燃料電池ユニット92を備えている。各燃料電池ユニット92は、燃料電池スタック10及びバッテリー18を有して構成されている。この燃料電池ユニット92には、燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池ユニットが転用されている。
The fuel cell system S6 according to the sixth embodiment of the present invention includes a plurality of
このように、燃料電池ユニット92に、燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池ユニットが転用されていると、燃料電池スタック10のコストに加えて、バッテリー18のコストも低減することができる。
Thus, when the fuel cell unit mounted on the fuel cell-equipped vehicle is diverted to the
また、故障時には、燃料電池ユニット92毎交換できるので、メンテナンス性を高めることができる。
In addition, since the
なお、本発明の第六実施形態に係る燃料電池システムS6において、燃料電池ユニット92の外側に貯湯槽40(図5参照)を備えても良い。また、この貯湯槽40は、燃料電池ユニット92の内部に設けられても良い。また、本発明の第三実施形態と同様に、この貯湯槽40に湯供給回路86(図5参照)が接続されても良い。
In the fuel cell system S6 according to the sixth embodiment of the present invention, the hot water storage tank 40 (see FIG. 5) may be provided outside the
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
また、上記複数の実施形態(その変形例を含む)は、適宜、組み合わされて実施されても良い。 Moreover, the above-described plurality of embodiments (including modifications thereof) may be implemented in combination as appropriate.
なお、参考例として、以下を記す。 As a reference example, the following is described.
つまり、上記各実施形態において、燃料電池システムは、集合住宅100に適用されていたが、参考例として、上記燃料電池システムは、戸建て住宅に適用されても良い。この場合に、燃料電池システムは、各戸建て住宅に対して1個の燃料電池スタック10が設置されても良く、また、各戸建て住宅に対して燃料電池スタック10が複数並列に接続されても良い。なお、本参考例において、上記以外は、上述の各実施形態と同様で良い。また、燃料電池スタック10には、燃料電池搭載車両に搭載される固体高分子型の燃料電池スタックが転用されていることが望ましい。
That is, in each said embodiment, although the fuel cell system was applied to the
(本参考例から導き出される技術的思想)
燃料電池搭載車両に搭載される固体高分子型の燃料電池スタックを転用したものであり、戸建て住宅に電力を供給する燃料電池スタックと、
前記戸建て住宅への電力供給を補助するバッテリーと、
を備えた燃料電池システム。
(Technical thought derived from this reference example)
A fuel cell stack that is diverted from a polymer electrolyte fuel cell stack mounted on a vehicle equipped with a fuel cell, and that supplies power to a detached house;
A battery for assisting power supply to the detached house;
A fuel cell system comprising:
10…燃料電池スタック、12…パワーコンディショナ、14…脱硫器、16…燃料処理装置、18…バッテリー、20…切替ユニット、22…制御ユニット(制御部の一例)、24…都市ガス配管、26…ガス給湯器(給湯器の一例)、30…改質器、32…CO変成器、34…選択酸化触媒、36…燃料ポンプ(駆動部の一例)、38…送風ポンプ(駆動部の一例)、40…貯湯槽、42…冷却水循環回路、44…湯循環回路(湯供給部の一例)、46…受熱部、48…放熱部、50…循環パイプ、52…循環ポンプ、56…受熱部、60…循環パイプ、62…循環ポンプ、64…熱交換器、74…水素導管、76…水素ボイラー(給湯器の一例)、78…ガスバーナー、80…熱交換器、82…給湯回路、84…受熱部、86…湯供給回路、88…放熱部、90…メンブレン(水素取出体の一例)、92…燃料電池ユニット、100…集合住宅、102…住戸、S1〜S6…燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記集合住宅の各住戸への電力供給を補助するバッテリーと、
を備える燃料電池システム。 A plurality of fuel cell stacks that are smaller than the number of dwelling units in an apartment house and supply power to each dwelling unit in the apartment house;
A battery for assisting power supply to each dwelling unit of the apartment house;
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システム。 In the fuel cell stack, a polymer electrolyte fuel cell stack mounted on a fuel cell-equipped vehicle is diverted.
The fuel cell system according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 A plurality of the fuel cell stacks are connected in parallel to each dwelling unit of the apartment house,
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The plurality of fuel cell stacks and the battery supply all of the electric power used in each dwelling unit of the apartment house,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の燃料電池システム。 The plurality of fuel cell stacks and the battery supply all of the electric power used in the apartment house,
The fuel cell system according to claim 4.
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 All of the powered elements included in the fuel cell system are supplied with power only from the plurality of fuel cell stacks and the battery,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The battery assists the power supply to each dwelling unit of the apartment when the power supply to each dwelling unit by the plurality of fuel cell stacks is insufficient.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6.
前記駆動部を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記バッテリーは、前記駆動部及び前記制御部に電力を供給する、
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A drive unit for generating power in the fuel cell stack;
A control unit for controlling the driving unit;
Further comprising
The battery supplies power to the drive unit and the control unit.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The battery always supplies power to the drive unit and the control unit.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8.
請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The battery is charged with electric power generated in the plurality of fuel cell stacks.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9.
前記複数の燃料電池スタックは、複数の前記バッテリーの各々と共に燃料電池ユニットをそれぞれ構成し、
前記燃料電池ユニットには、燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池ユニットが転用されている、
請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A plurality of the batteries;
Each of the plurality of fuel cell stacks constitutes a fuel cell unit together with each of the plurality of batteries.
The fuel cell unit is diverted to a fuel cell unit mounted on a fuel cell vehicle.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10.
請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A hot water storage tank for storing hot water obtained when power is generated by the fuel cell stack;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11.
請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A hot water supply unit for supplying hot water obtained when power is generated by the fuel cell stack to each dwelling unit of the apartment house,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 12.
請求項13に記載の燃料電池システム。 The hot water supply unit preheats the heat exchanger by supplying hot water to a heat exchanger of a water heater installed in each dwelling unit of the apartment house.
The fuel cell system according to claim 13.
請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A fuel processing device that generates hydrogen gas from city gas and supplies the hydrogen gas to the fuel cell stack;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14.
請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 Hydrogen gas is supplied from a hydrogen conduit to the plurality of fuel cell stacks.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14.
請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 A hydrogen take-out body that takes out the hydrogen gas from the city gas mixed with hydrogen gas having a concentration lower than the explosion lower limit and supplies the hydrogen gas to the fuel cell stack;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14.
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