JP4307060B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関する。より詳細には、燃料電池を具備する発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を用いた従来の発電システムが、図８で示されている。
燃料電池（燃料電池本体：図８ではりん酸形燃料電池）で発電を行うべく、燃料電池本体に水素リッチガスを供給するには、図８で示す様に、都市ガス等を脱硫、改質して、一酸化炭素変成器により一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させる必要がある。
【０００３】
ここで、図８に示すりん酸形燃料電池装置ＡＪは、脱硫・改質・ＣＯ変成を行う燃料処理装置１Ｊと、りん酸燃料電池本体２０Ｊとを有し、都市ガス等を前記燃料処理装置１Ｊによって、脱硫、改質して、一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させる。そして、一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させた水素リッチガスをりん酸形燃料電池本体２０Ｊに供給して、発電を行うように構成されている。
【０００４】
一方燃料電池装置と同様の燃料処理装置１Ｋを有し、水素を燃料とする燃料電池自動車に水素を供給する設備の一つとして、改質型の水素供給装置がある(図９)。
その水素供給装置では、上述したように、例えば都市ガスから水蒸気改質によって、水素、ＣＯ２、ＣＯを含むガスに改質し、そのガスから水素精製装置３０によって純度の高い水素ガスを取り出す。
取り出された水素は、水素貯蔵タンクや水素貯蔵合金などで構成される水素貯蔵装置４０により貯蔵される。
そして水素貯蔵装置から水素供給装置を介して燃料電池自動車などに水素を供給する。
【０００５】
しかしながら、上述の水素供給装置は、次の（１）〜（６）等の問題点を抱えている。
（１） 水素供給装置の起動に時間がかかると同時に頻繁に起動停止を行うと、起動のための電力、燃料などを必要とするため無駄が多い。
（２） 現時点のように、燃料電池自動車の台数が少なく水素需要が少ない時は、設備稼働率が落ちると共に、待機運転に必要な電力や燃料などの無駄が増加してしまう。
（３） 水素の需要パターンに合わせて、製造能力、貯蔵装置の容量を決める必要があり、水素需要の増加(又は減少)に対して柔軟な対応がしにくい。
（４） 水素精製や水素貯蔵のため水素(リッチ)ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力が大きい。
(５) 水蒸気を確保するための設備が必要となる。
(６) 水蒸気を作るための水の供給及び所定の水質にするための水処理装置が必要である。
【０００６】
ところで、燃料電池の種類によって、種々の得失がある。
【０００７】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の場合、電池本体の温度が８０℃程度と低いためＣＯに対する許容値が低く、一酸化炭素変成器（ＣＯ：１％）の下流側に、更に、ＣＯ除去器（ＣＯ：１０ｐｐｍ：１／１００に含有量を減少させている）を入れる必要があり、その分だけ、効率が下がる。
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の発電効率は改質ガスを利用した場合は一般的に３０〜３５％程度であると同時に、排熱温度は６０℃程度である。
【０００８】
これに対して、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）は、ＣＯ許容値は１％前後で、ＣＯ変成器を出た状態の水素リッチガス（水素リッチガスの成分は乾きガス換算でＨ２が８０％，ＣＯ２が２０％，ＣＯが１％程度）をそのまま利用できる。そして、発電効率は改質ガスを利用した場合で４０％、排熱温度は一般的に９０℃程度である。
【０００９】
固定高分子形燃料電池は、電池本体の温度が８０℃程度であるため、電池を冷却するための冷却水の温度は７０℃前後である。そのため、改質器に供給する蒸気を作るためのボイラなどを設置する必要がある。また、蒸気発生のための熱源として、改質器バーナーを利用する場合もあり、その場合は燃料処理効率が低下し、結果的に発電効率低下の要因となる。
一方、りん酸形燃料電池の動作温度は約２００℃程度で、電池冷却水の温度は１７０℃前後となる。従って、改質器に供給する蒸気を電池冷却水から直接供給することができる。改質器バーナーを蒸気発生のための熱源として使用する必要もない。
【００１０】
ところで近年、燃料電池を搭載した車両をはじめとして、水素を燃料とする自動車の実用化研究が、急速な進歩を遂げている。
この様な自動車が実用化されて、一般に普及するためには、水素を燃料とする車両（例えば燃料電池搭載車両）に対して水素を供給する、いわゆる「水素ステーション」や水素供給装置を充分に整備する必要がある。
【００１１】
しかし、現状において水素ステーションや水素供給装置の絶対量は圧倒的に不足しており、そのことが燃料電池搭載車両その他の水素自動車の実用化或いは普及を阻む最大要因の一つとなっている。
これに対して、水素ステーションや水素供給装置の構築はあまり進んでいないのが実情である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した様に、水素ステーションや水素供給装置の構築が進んでいないという実情に鑑みて提案されたものであり、水素ステーションや水素供給装置を新たに構築しなくても、燃料電池搭載車両その他の水素自動車の実用化或いは普及促進に資する様なシステムの提供を目的としている。
【００１３】
【知見】
発明者は、上述した問題点について研究を重ねた結果、燃料電池装置においては、燃料電池本体に水素を供給するための手段が必ず設置されている点に着目した。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池装置は、燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ４）を設け、その別の分岐ライン（Ｌ４）を別の燃料電池本体（６）に接続している。
【００１５】
また、本発明の燃料電池装置は、燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ５）を設け、その分岐ライン（Ｌ５）を前記燃料電池本体（２）に接続している。
【００２４】
また、前記水素供給装置は、水素を必要とする車両の燃料供給方式に対応して、高圧ボンベ、低圧ボンベ、水素貯蔵合金の３種類の方式に対応出来る様に構成することが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１において、燃料電池装置Ａ１は、燃料処理装置１と燃料電池本体２と水素精製装置３と水素貯蔵装置４と水素供給装置５、とから構成されている。
天然ガス、又は都市ガス等から水素リッチガスを製造する燃料処理装置１からは燃料電池本体２に水素リッチガスを供給するラインＬ１が接続されている。
そのラインＬ１から分岐ラインＬ２が分岐しており、該分岐ラインＬ２には水素精製装置３、水素貯蔵装置４、水素供給装置５が介装されている。
【００２７】
前記燃料処理装置１で製造された水素リッチガスは、水素需要分を前記水素精製装置３側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体２で発電に利用する。更に、その際に発生する熱も有効に利用される。
【００２８】
本実施例の燃料電池装置Ａ１では、燃料処理装置１で製造した水素の一部を、水素精製装置３で純水素に精製し、顧客の要望に応じて、水素供給装置５を介して水素を顧客の燃料電池自動車、或いは水素を燃料とする水素燃料自動車に供給するために、精製された純水素を水素貯蔵装置４に貯蔵している。
【００２９】
図２を参照して、燃料電池本体２としてりん酸形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ２で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｂは脱硫器１１と改質器１２とＣＯ変成器１３とで構成され、燃料電池本体２にはりん酸形燃料電池２１が用いられる。
燃料電池装置Ａ２の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
【００３０】
図３を参照して、燃料電池本体２として固体高分子形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ３で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｃは脱硫器１１と改質器１２とＣＯ変成器１３とＣＯ除去器１４とで構成され、燃料電池本体２には固体高分子形燃料電池２２が用いられる。
水素精製装置３〜水素供給装置５を含む分岐ラインＬ２は、前記ＣＯ変成器とＣＯ除去器１４を接続するラインＬ１１から分岐するように構成されている。
燃料電池装置Ａ３の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
【００３１】
図４を参照して、燃料電池本体２として固体高分子形燃料電池２２を採用した他の例（燃料電池装置全体を符号Ａ４で示す）の詳細について説明する。
図４の実施例は、図３の実施例に対して、水素精製から水素供給のラインが、ＣＯ除去器１４と固体高分子形燃料電池２２の間のラインＬ１から分岐していることのみ異なり、その他は全て図３の実施例と同様である。
【００３２】
図５を参照して、燃料電池本体２として溶融炭酸塩形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ５で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｅは脱硫器１１と改質器１２とで構成され、燃料電池本体には溶融炭酸塩形燃料電池２３が用いられる。
水素精製装置３〜水素供給装置５を含む分岐ラインＬ２は、前記改質器１２と溶融炭酸塩形燃料電池２３を接続するラインＬ１から分岐するように構成されている。
燃料電池装置Ａ５の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
なお、燃料電池本体２を溶融炭酸塩形燃料電池から固体酸化物形燃料電池にしても、構成は同様である。
【００３３】
図６において、燃料電池装置Ａ６は、図１における燃料電池装置Ａ１の、水素貯蔵装置４から水素供給装置５に水素を供給するラインＬ３から分岐ラインＬ４を設けて、別の燃料電池本体６を介装した構成となっている。機能としては、燃料電池装置Ａ１と同様の機能を有すると共に、電力需要ピーク時（例えば真夏の昼間）に、当該貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６で発電して、過大な電力需要に対応するように構成されている。
【００３４】
図７において、燃料電池装置Ａ７は、図１における燃料電池装置Ａ１の、水素貯蔵装置４から水素供給装置５に水素を供給するラインＬ３から分岐して燃料電池本体２に至るラインＬ５を有した構成となっている。機能としては、燃料電池装置Ａ１と同様の機能を有すると共に、電力需要ピーク時（例えば真夏の昼間）に、当該貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６で発電して、過大な電力需要に対応するように構成されている。
【００３５】
上述した様な構成を具備する本発明の実施形態によれば、燃料電池本体２、２１、２２、２３による発電に必要な水素リッチガスの一部を取り出して貯蔵しており、その貯蔵された水素ガスを、燃料電池搭載車両その他の水素を燃料とする車両に供給するようにすれば、水素ステーションや水素供給装置が充分に存在しない状況下でも車両への安定した燃料水素供給が確保される。
【００３６】
ここで、水素ステーションや水素供給設備の設立が進まない理由の一つには、大量の水素貯蔵が認められ難い点にある。現在の建築基準法では、圧縮水素で常時貯蔵する場合の貯蔵量の制限値として、住居地域で３５Ｎｍ３、商業地域で７０Ｎｍ３、準工業地域でも３５０Ｎｍ３である。
これに対して本発明の実施形態によれば、単一の燃料電池装置Ａ１〜Ａ７の水素貯蔵量は少なくても良いので、燃料電池装置を設置できる環境であれば、住宅地域、商業地域等にも水素供給設備を設けることができる可能性がある。
【００３７】
図６または図７において水素貯蔵装置４に貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６または２で発電することも可能であり、その様に構成すれば、昼間の電力需要ピークに対応出来る。
【００３８】
燃料処理装置１で製造された水素リッチガスは、水素需要分を、水素精製装置３側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体２で発電に利用する様に構成することが可能である。
水素リッチガスを水素精製装置３側へ優先的に供給している際に、燃料電池本体２の発電量が不足するのであれば、商用電力を使用すれば良い。
逆に、水素の需要がない場合でも、水素リッチガスを燃料電池本体２の発電に利用できるため、燃料処理装置の起動停止や待機運転を行う必要がなくなる。
この様に構成すれば、水素精製装置３下流側の構成或いはレイアウトについての自由度が格段に向上する。そして、水素貯蔵その他に関する各種規制の緩和にしたがって、水素の貯蔵量を増やしていくことが可能となる。
また燃料電池本体２または６で発電した電力によって、水素精製や水素貯蔵のために水素（リッチ）ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力を賄うことができる。
さらに、燃料電池装置の中には必ず水蒸気を確保するための設備が備わっているため、新たに設置する必要がなくなる。
加えて、燃料電池本体２で生成される水や、燃料処理装置内の燃焼反応で生成される水を再利用することによって、水蒸気を作るための水を、一部もしくはすべてを賄うことができる。
また、これらの水は一般的に上水に比べて水質がよいため、前期の水を処理するための水処理装置の負荷を低減することができる。
【００３９】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 燃料電池による発電に必要な水素ガスの一部を取り出して貯蔵し、この貯蔵された水素ガスを、燃料電池搭載車両その他の水素を燃料とする車両に供給するようにすれば、水素ステーションや水素供給装置が充分に存在しない状況下でも車両への安定した燃料供給が確保される。
（２） 燃料処理装置で製造された水素リッチガスは、水素需要分を、水素精製装置側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体の発電で無駄なく利用する様に構成することが可能であり、水素リッチガスを水素精製装置側へ優先的に供給している際に、燃料電池本体の発電量が不足するのであれば、商用電力を使用すれば良い。逆に水素の需要がない場合でも、水素リッチガスを燃料電池本体の発電に利用できるため、装置の起動停止や待機運転を行う必要がなくなる。その様に構成すれば、水素精製装置下流側の構成或いはレイアウトについての自由度が格段に向上する。そして、水素貯蔵その他に関する各種規制の緩和にしたがって、水素の貯蔵量を増やしていくことが可能となる。
（３） 単一の燃料電池装置の貯蔵量は少なくても良いので、燃料電池を設置できる環境であれば、住宅地域や商業地域等にも水素供給施設を設けることが出来る可能性がある。
（４） 水素貯蔵装置に貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池で発電することも可能であり、その様に構成すれば、昼間の電力需要ピークに対応出来る。
（５） 燃料電池本体で発電した電力によって、水素精製や水素貯蔵のために水素（リッチ）ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力を賄うことができる。
（６） 水蒸気を確保するための設備を、新たに設置する必要がなくなる。
（７） 燃料電池本体で生成される水や、燃料処理装置内の燃焼反応で生成される水を利用することにとよって、水蒸気を作るための水の、一部もしくはすべてを賄うことができる。また、これらの水は、一般的に上水に比べて水質が良いため、前記の水を処理するための水処理装置の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図２】燃料電池本体としてりん酸形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図３】燃料電池本体として固体高分子形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図４】燃料電池本体として固体高分子形燃料電池を採用した他の例のブロック図。
【図５】燃料電池本体として溶融炭酸塩形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図６】図１の燃料電池装置の水素貯蔵装置から水素供給装置に水素を供給するラインから分岐して別の燃料電池本体を介装した燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図７】図１の燃料電池装置の水素貯蔵装置から水素供給装置に水素を供給するラインから分岐して燃料電池本体に至るラインを有した、燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図８】従来技術の燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図９】改質型水素供給装置の概要を示すブロック図。
【符号の説明】
１，１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｊ、１Ｋ・・・燃料処理装置
２・・・燃料電池本体
３・・・水素精製装置
４・・・水素貯蔵装置
５・・・水素供給装置
６・・・燃料電池本体
１１・・・脱硫器
１２・・・改質器
１３・・・ＣＯ変成器
１４・・・ＣＯ除去器
２０Ｊ・・・燃料電池本体
２１・・・りん酸形燃料電池本体
２２・・・固体高分子形燃料電池本体
２３・・・溶融炭酸塩形燃料電池本体
３０・・・水素精製装置
４０・・・水素貯蔵装置
５０・・・水素供給装置
Ａ１〜Ａ７、ＡＪ・・・燃料電池装置
Ｌ１、Ｌ１１・・・水素リッチガスを供給するライン
Ｌ２・・・分岐ライン
Ｌ３・・・水素ガスを供給するライン
Ｌ４・・・分岐ライン
Ｌ５・・・分岐ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関する。より詳細には、燃料電池を具備する発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を用いた従来の発電システムが、図８で示されている。
燃料電池（燃料電池本体：図８ではりん酸形燃料電池）で発電を行うべく、燃料電池本体に水素リッチガスを供給するには、図８で示す様に、都市ガス等を脱硫、改質して、一酸化炭素変成器により一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させる必要がある。
【０００３】
ここで、図８に示すりん酸形燃料電池装置ＡＪは、脱硫・改質・ＣＯ変成を行う燃料処理装置１Ｊと、りん酸燃料電池本体２０Ｊとを有し、都市ガス等を前記燃料処理装置１Ｊによって、脱硫、改質して、一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させる。そして、一酸化炭素濃度を１％程度まで減少させた水素リッチガスをりん酸形燃料電池本体２０Ｊに供給して、発電を行うように構成されている。
【０００４】
一方燃料電池装置と同様の燃料処理装置１Ｋを有し、水素を燃料とする燃料電池自動車に水素を供給する設備の一つとして、改質型の水素供給装置がある(図９)。
その水素供給装置では、上述したように、例えば都市ガスから水蒸気改質によって、水素、ＣＯ２、ＣＯを含むガスに改質し、そのガスから水素精製装置３０によって純度の高い水素ガスを取り出す。
取り出された水素は、水素貯蔵タンクや水素貯蔵合金などで構成される水素貯蔵装置４０により貯蔵される。
そして水素貯蔵装置から水素供給装置を介して燃料電池自動車などに水素を供給する。
【０００５】
しかしながら、上述の水素供給装置は、次の（１）〜（６）等の問題点を抱えている。
（１） 水素供給装置の起動に時間がかかると同時に頻繁に起動停止を行うと、起動のための電力、燃料などを必要とするため無駄が多い。
（２） 現時点のように、燃料電池自動車の台数が少なく水素需要が少ない時は、設備稼働率が落ちると共に、待機運転に必要な電力や燃料などの無駄が増加してしまう。
（３） 水素の需要パターンに合わせて、製造能力、貯蔵装置の容量を決める必要があり、水素需要の増加(又は減少)に対して柔軟な対応がしにくい。
（４） 水素精製や水素貯蔵のため水素(リッチ)ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力が大きい。
(５) 水蒸気を確保するための設備が必要となる。
(６) 水蒸気を作るための水の供給及び所定の水質にするための水処理装置が必要である。
【０００６】
ところで、燃料電池の種類によって、種々の得失がある。
【０００７】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の場合、電池本体の温度が８０℃程度と低いためＣＯに対する許容値が低く、一酸化炭素変成器（ＣＯ：１％）の下流側に、更に、ＣＯ除去器（ＣＯ：１０ｐｐｍ：１／１００に含有量を減少させている）を入れる必要があり、その分だけ、効率が下がる。
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の発電効率は改質ガスを利用した場合は一般的に３０〜３５％程度であると同時に、排熱温度は６０℃程度である。
【０００８】
これに対して、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）は、ＣＯ許容値は１％前後で、ＣＯ変成器を出た状態の水素リッチガス（水素リッチガスの成分は乾きガス換算でＨ２が８０％，ＣＯ２が２０％，ＣＯが１％程度）をそのまま利用できる。そして、発電効率は改質ガスを利用した場合で４０％、排熱温度は一般的に９０℃程度である。
【０００９】
固定高分子形燃料電池は、電池本体の温度が８０℃程度であるため、電池を冷却するための冷却水の温度は７０℃前後である。そのため、改質器に供給する蒸気を作るためのボイラなどを設置する必要がある。また、蒸気発生のための熱源として、改質器バーナーを利用する場合もあり、その場合は燃料処理効率が低下し、結果的に発電効率低下の要因となる。
一方、りん酸形燃料電池の動作温度は約２００℃程度で、電池冷却水の温度は１７０℃前後となる。従って、改質器に供給する蒸気を電池冷却水から直接供給することができる。改質器バーナーを蒸気発生のための熱源として使用する必要もない。
【００１０】
ところで近年、燃料電池を搭載した車両をはじめとして、水素を燃料とする自動車の実用化研究が、急速な進歩を遂げている。
この様な自動車が実用化されて、一般に普及するためには、水素を燃料とする車両（例えば燃料電池搭載車両）に対して水素を供給する、いわゆる「水素ステーション」や水素供給装置を充分に整備する必要がある。
【００１１】
しかし、現状において水素ステーションや水素供給装置の絶対量は圧倒的に不足しており、そのことが燃料電池搭載車両その他の水素自動車の実用化或いは普及を阻む最大要因の一つとなっている。
これに対して、水素ステーションや水素供給装置の構築はあまり進んでいないのが実情である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した様に、水素ステーションや水素供給装置の構築が進んでいないという実情に鑑みて提案されたものであり、水素ステーションや水素供給装置を新たに構築しなくても、燃料電池搭載車両その他の水素自動車の実用化或いは普及促進に資する様なシステムの提供を目的としている。
【００１３】
【知見】
発明者は、上述した問題点について研究を重ねた結果、燃料電池装置においては、燃料電池本体に水素を供給するための手段が必ず設置されている点に着目した。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池装置は、燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ４）を設け、その別の分岐ライン（Ｌ４）を別の燃料電池本体（６）に接続している。
【００１５】
また、本発明の燃料電池装置は、燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ５）を設け、その分岐ライン（Ｌ５）を前記燃料電池本体（２）に接続している。
【００２４】
また、前記水素供給装置は、水素を必要とする車両の燃料供給方式に対応して、高圧ボンベ、低圧ボンベ、水素貯蔵合金の３種類の方式に対応出来る様に構成することが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１において、燃料電池装置Ａ１は、燃料処理装置１と燃料電池本体２と水素精製装置３と水素貯蔵装置４と水素供給装置５、とから構成されている。
天然ガス、又は都市ガス等から水素リッチガスを製造する燃料処理装置１からは燃料電池本体２に水素リッチガスを供給するラインＬ１が接続されている。
そのラインＬ１から分岐ラインＬ２が分岐しており、該分岐ラインＬ２には水素精製装置３、水素貯蔵装置４、水素供給装置５が介装されている。
【００２７】
前記燃料処理装置１で製造された水素リッチガスは、水素需要分を前記水素精製装置３側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体２で発電に利用する。更に、その際に発生する熱も有効に利用される。
【００２８】
本実施例の燃料電池装置Ａ１では、燃料処理装置１で製造した水素の一部を、水素精製装置３で純水素に精製し、顧客の要望に応じて、水素供給装置５を介して水素を顧客の燃料電池自動車、或いは水素を燃料とする水素燃料自動車に供給するために、精製された純水素を水素貯蔵装置４に貯蔵している。
【００２９】
図２を参照して、燃料電池本体２としてりん酸形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ２で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｂは脱硫器１１と改質器１２とＣＯ変成器１３とで構成され、燃料電池本体２にはりん酸形燃料電池２１が用いられる。
燃料電池装置Ａ２の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
【００３０】
図３を参照して、燃料電池本体２として固体高分子形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ３で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｃは脱硫器１１と改質器１２とＣＯ変成器１３とＣＯ除去器１４とで構成され、燃料電池本体２には固体高分子形燃料電池２２が用いられる。
水素精製装置３〜水素供給装置５を含む分岐ラインＬ２は、前記ＣＯ変成器とＣＯ除去器１４を接続するラインＬ１１から分岐するように構成されている。
燃料電池装置Ａ３の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
【００３１】
図４を参照して、燃料電池本体２として固体高分子形燃料電池２２を採用した他の例（燃料電池装置全体を符号Ａ４で示す）の詳細について説明する。
図４の実施例は、図３の実施例に対して、水素精製から水素供給のラインが、ＣＯ除去器１４と固体高分子形燃料電池２２の間のラインＬ１から分岐していることのみ異なり、その他は全て図３の実施例と同様である。
【００３２】
図５を参照して、燃料電池本体２として溶融炭酸塩形燃料電池を採用した例（燃料電池装置全体を符号Ａ５で示す）の詳細について説明する。
燃料処理装置１Ｅは脱硫器１１と改質器１２とで構成され、燃料電池本体には溶融炭酸塩形燃料電池２３が用いられる。
水素精製装置３〜水素供給装置５を含む分岐ラインＬ２は、前記改質器１２と溶融炭酸塩形燃料電池２３を接続するラインＬ１から分岐するように構成されている。
燃料電池装置Ａ５の機能に関しては図１の例（Ａ１）と同様である。
なお、燃料電池本体２を溶融炭酸塩形燃料電池から固体酸化物形燃料電池にしても、構成は同様である。
【００３３】
図６において、燃料電池装置Ａ６は、図１における燃料電池装置Ａ１の、水素貯蔵装置４から水素供給装置５に水素を供給するラインＬ３から分岐ラインＬ４を設けて、別の燃料電池本体６を介装した構成となっている。機能としては、燃料電池装置Ａ１と同様の機能を有すると共に、電力需要ピーク時（例えば真夏の昼間）に、当該貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６で発電して、過大な電力需要に対応するように構成されている。
【００３４】
図７において、燃料電池装置Ａ７は、図１における燃料電池装置Ａ１の、水素貯蔵装置４から水素供給装置５に水素を供給するラインＬ３から分岐して燃料電池本体２に至るラインＬ５を有した構成となっている。機能としては、燃料電池装置Ａ１と同様の機能を有すると共に、電力需要ピーク時（例えば真夏の昼間）に、当該貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６で発電して、過大な電力需要に対応するように構成されている。
【００３５】
上述した様な構成を具備する本発明の実施形態によれば、燃料電池本体２、２１、２２、２３による発電に必要な水素リッチガスの一部を取り出して貯蔵しており、その貯蔵された水素ガスを、燃料電池搭載車両その他の水素を燃料とする車両に供給するようにすれば、水素ステーションや水素供給装置が充分に存在しない状況下でも車両への安定した燃料水素供給が確保される。
【００３６】
ここで、水素ステーションや水素供給設備の設立が進まない理由の一つには、大量の水素貯蔵が認められ難い点にある。現在の建築基準法では、圧縮水素で常時貯蔵する場合の貯蔵量の制限値として、住居地域で３５Ｎｍ３、商業地域で７０Ｎｍ３、準工業地域でも３５０Ｎｍ３である。
これに対して本発明の実施形態によれば、単一の燃料電池装置Ａ１〜Ａ７の水素貯蔵量は少なくても良いので、燃料電池装置を設置できる環境であれば、住宅地域、商業地域等にも水素供給設備を設けることができる可能性がある。
【００３７】
図６または図７において水素貯蔵装置４に貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池本体６または２で発電することも可能であり、その様に構成すれば、昼間の電力需要ピークに対応出来る。
【００３８】
燃料処理装置１で製造された水素リッチガスは、水素需要分を、水素精製装置３側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体２で発電に利用する様に構成することが可能である。
水素リッチガスを水素精製装置３側へ優先的に供給している際に、燃料電池本体２の発電量が不足するのであれば、商用電力を使用すれば良い。
逆に、水素の需要がない場合でも、水素リッチガスを燃料電池本体２の発電に利用できるため、燃料処理装置の起動停止や待機運転を行う必要がなくなる。
この様に構成すれば、水素精製装置３下流側の構成或いはレイアウトについての自由度が格段に向上する。そして、水素貯蔵その他に関する各種規制の緩和にしたがって、水素の貯蔵量を増やしていくことが可能となる。
また燃料電池本体２または６で発電した電力によって、水素精製や水素貯蔵のために水素（リッチ）ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力を賄うことができる。
さらに、燃料電池装置の中には必ず水蒸気を確保するための設備が備わっているため、新たに設置する必要がなくなる。
加えて、燃料電池本体２で生成される水や、燃料処理装置内の燃焼反応で生成される水を再利用することによって、水蒸気を作るための水を、一部もしくはすべてを賄うことができる。
また、これらの水は一般的に上水に比べて水質がよいため、前期の水を処理するための水処理装置の負荷を低減することができる。
【００３９】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 燃料電池による発電に必要な水素ガスの一部を取り出して貯蔵し、この貯蔵された水素ガスを、燃料電池搭載車両その他の水素を燃料とする車両に供給するようにすれば、水素ステーションや水素供給装置が充分に存在しない状況下でも車両への安定した燃料供給が確保される。
（２） 燃料処理装置で製造された水素リッチガスは、水素需要分を、水素精製装置側へ優先的に供給し、残りの水素リッチガスは燃料電池本体の発電で無駄なく利用する様に構成することが可能であり、水素リッチガスを水素精製装置側へ優先的に供給している際に、燃料電池本体の発電量が不足するのであれば、商用電力を使用すれば良い。逆に水素の需要がない場合でも、水素リッチガスを燃料電池本体の発電に利用できるため、装置の起動停止や待機運転を行う必要がなくなる。その様に構成すれば、水素精製装置下流側の構成或いはレイアウトについての自由度が格段に向上する。そして、水素貯蔵その他に関する各種規制の緩和にしたがって、水素の貯蔵量を増やしていくことが可能となる。
（３） 単一の燃料電池装置の貯蔵量は少なくても良いので、燃料電池を設置できる環境であれば、住宅地域や商業地域等にも水素供給施設を設けることが出来る可能性がある。
（４） 水素貯蔵装置に貯蔵された余剰の水素ガスを使って、燃料電池で発電することも可能であり、その様に構成すれば、昼間の電力需要ピークに対応出来る。
（５） 燃料電池本体で発電した電力によって、水素精製や水素貯蔵のために水素（リッチ）ガスを所定の圧力に昇圧するために必要な電力を賄うことができる。
（６） 水蒸気を確保するための設備を、新たに設置する必要がなくなる。
（７） 燃料電池本体で生成される水や、燃料処理装置内の燃焼反応で生成される水を利用することにとよって、水蒸気を作るための水の、一部もしくはすべてを賄うことができる。また、これらの水は、一般的に上水に比べて水質が良いため、前記の水を処理するための水処理装置の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図２】燃料電池本体としてりん酸形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図３】燃料電池本体として固体高分子形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図４】燃料電池本体として固体高分子形燃料電池を採用した他の例のブロック図。
【図５】燃料電池本体として溶融炭酸塩形燃料電池を採用した例の詳細ブロック図。
【図６】図１の燃料電池装置の水素貯蔵装置から水素供給装置に水素を供給するラインから分岐して別の燃料電池本体を介装した燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図７】図１の燃料電池装置の水素貯蔵装置から水素供給装置に水素を供給するラインから分岐して燃料電池本体に至るラインを有した、燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図８】従来技術の燃料電池装置の概要を示すブロック図。
【図９】改質型水素供給装置の概要を示すブロック図。
【符号の説明】
１，１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｊ、１Ｋ・・・燃料処理装置
２・・・燃料電池本体
３・・・水素精製装置
４・・・水素貯蔵装置
５・・・水素供給装置
６・・・燃料電池本体
１１・・・脱硫器
１２・・・改質器
１３・・・ＣＯ変成器
１４・・・ＣＯ除去器
２０Ｊ・・・燃料電池本体
２１・・・りん酸形燃料電池本体
２２・・・固体高分子形燃料電池本体
２３・・・溶融炭酸塩形燃料電池本体
３０・・・水素精製装置
４０・・・水素貯蔵装置
５０・・・水素供給装置
Ａ１〜Ａ７、ＡＪ・・・燃料電池装置
Ｌ１、Ｌ１１・・・水素リッチガスを供給するライン
Ｌ２・・・分岐ライン
Ｌ３・・・水素ガスを供給するライン
Ｌ４・・・分岐ライン
Ｌ５・・・分岐ライン
Claims (2)
- 燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ４）を設け、その別の分岐ライン（Ｌ４）を別の燃料電池本体（６）に接続したことを特徴とする燃料電池装置。
- 燃料ガスから水素リッチガスを製造する燃料処理装置（１Ｃ）を備え、その燃料処理装置（１Ｃ）からの水素リッチガスを燃料電池本体（２２）に供給するライン（Ｌ１）を有する燃料電池装置において、前記燃料処理装置（１Ｃ）は脱硫器（１１）と改質器（１２）とＣＯ変成器（１３）とで構成され、前記ライン（Ｌ１）から分岐された分岐ライン（Ｌ２）には水素精製装置（３）と水素貯蔵装置（４）と水素供給装置（５）とが介装されており、前記水素貯蔵装置（４）と前記水素供給装置（５）とを接続するライン（Ｌ３）から分岐する別の分岐ライン（Ｌ５）を設け、その分岐ライン（Ｌ５）を前記燃料電池本体（２）に接続したことを特徴とする燃料電池装置。
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