JP5088996B2 - リバーシブル・コージェネシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置（セルスタック）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムに係り、詳しくは、可逆的に使用可能な少なくとも２基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムに関する。なお、コージェネシステムは、熱併給発電システム(co-generation system)の通称である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化対策に向けた環境規制等の要請下で、次世代のクリーンエネルギー（電源）として期待されている燃料電池関連技術の研究開発が急伸してきている。
【０００３】
燃料電池の用途は多様であるが、これまでにも自動車用、家庭用、分散電源用、及び事業用の電源として燃料電池発電装置（セルスタック）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムが知られている。
【０００４】
このなかに、本発明に関する固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）、又はこれを用いたＰＥＦＣコージェネシステムの提案があった。また、電解に要する電力供給に深夜電力を利用することも公知である。さらに、ＬＮＧ改質装置により生成した水素ガスを都市ガスラインを介して供給使用とする試みもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用段階における発電効率やＬＮＧ改質装置の熱効率に問題があり、低コスト化技術についても開発途上である。
【０００６】
こうしたなかで、本発明者らは、電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図るために、燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうＰＥＦＣコージェネシステムの研究開発に取り組み、その成果物のひとつとして本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、コンパクトな構成により家庭用や事業用のＰＥＦＣコージェネシステムに適用可能なリバーシブル・コージェネシステムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、可逆的に使用可能な少なくとも２基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムであって、
純水を貯留又は供給するための純水タンク又は純水供給ラインと、
前記純水を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段にそれぞれ貯蔵する第１の固体高分子型セルスタックからなる電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）と、
前記水素ガスを燃料とする第２の固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）と、
前記燃料電池発電装置の生成水を前記電気分解貯蔵装置に循環させて使用するための生成水タンクを具備し、
前記第１及び第２の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、上記構成において、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）の水素ガス貯蔵手段に導入されＬＮＧ改質装置により生成した水素ガス（改質ガス）を燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）の水素燃料として代替補給するＨ2 補給ラインを併設している。なお、純水は、火力発電所の純水製造装置から純水タンク又は純水供給ラインを介して系内に導入するように構成される場合がある。
【００１０】
【実施例】
本発明の一実施例を添付図面を参照して以下説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１にシステム構成概要図を示すとおり、本実施例システムＸは、深夜電力を利用した純水３の電気分解貯蔵装置１により水素ガス、酸素ガスを貯蔵媒体として夜間貯蔵し、燃料電池発電装置２に供給し、少なくとも昼間に外部負荷に対応して電力供給と排熱利用を可能とするものである。また、燃料電池発電装置２からの生成水（純水）は循環使用するようにしている。
【００１２】
ここで、電気分解貯蔵装置１に供給される純水３は、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕から純水タンクへ導入する。また、状況により純水供給ラインを配設してもよい。
【００１３】
電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１は第１の固体高分子型セルスタックからなり、純水３を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段４；５にそれぞれ貯蔵する。
【００１４】
燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）２は、水素ガスを燃料とする第２の固体高分子型セルスタックからなり、基本構成は電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１と同様であり、第１及び第２の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成する。
【００１５】
また、燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）３の生成水（純水）は生成水タンク６に貯留され、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１に循環させて使用する。
【００１６】
さらに、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１の水素ガス貯蔵手段４に導入されＬＮＧ改質装置８により生成した水素ガス（改質ガス）を燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）２の水素燃料として代替補給するＨ2 補給ライン７を併設している。発電の原料となる水素ガスの供給源を２ウエイとして家庭用又は業務用の用途に応じ選択的に構成可能とするためである。
【００１７】
（実施例２）
図２に家庭用にシステム構成したフローシートを示すとおり、本実施例システムＹの発電出力は１〜数ｋＷでよいが、規模の拡縮は本発明の要旨に影響するものではない。参考までに、各構成要素の処理能力を示す数値を図中に付した。
【００１８】
図示するとおり、家庭用にシステム構成した本実施例システムＹでは、純水３は、公知の純水生成器（図示省略）を単体使用すればよく、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕とタンクや供給ラインを介して連系することは要しない。また、Ｈ2 補給ライン７も特に必要としない。当然のことながら、主体となる構成要素間の処理概要は、上記実施例１と同様である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなるものであり、これによれば電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図ることができる。
【００２０】
家庭用や事業用のコージェネシステムとして、可逆的に使用可能なセルスタックを用いてコンパクトに構成しているので、機動的に、かつ低価格でシステム構築可能であり、利用拡大（普及）が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成概要図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１ 電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）
２ 燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）
３ 純水（タンク又はライン）
４ 水素ガス貯蔵手段
５ 酸素ガス貯蔵手段
６ 生成水タンク
７ Ｈ2 補給ライン
８ ＬＮＧ改質装置
Ｘ リバーシブル・コージェネシステム
Ｙ リバーシブル・コージェネシステム（家庭用）
【本発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置（セルスタック）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムに係り、詳しくは、可逆的に使用可能な少なくとも２基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムに関する。なお、コージェネシステムは、熱併給発電システム(co-generation system)の通称である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化対策に向けた環境規制等の要請下で、次世代のクリーンエネルギー（電源）として期待されている燃料電池関連技術の研究開発が急伸してきている。
【０００３】
燃料電池の用途は多様であるが、これまでにも自動車用、家庭用、分散電源用、及び事業用の電源として燃料電池発電装置（セルスタック）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうコージェネシステムが知られている。
【０００４】
このなかに、本発明に関する固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）、又はこれを用いたＰＥＦＣコージェネシステムの提案があった。また、電解に要する電力供給に深夜電力を利用することも公知である。さらに、ＬＮＧ改質装置により生成した水素ガスを都市ガスラインを介して供給使用とする試みもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用段階における発電効率やＬＮＧ改質装置の熱効率に問題があり、低コスト化技術についても開発途上である。
【０００６】
こうしたなかで、本発明者らは、電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図るために、燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）を用い、外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうＰＥＦＣコージェネシステムの研究開発に取り組み、その成果物のひとつとして本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、コンパクトな構成により家庭用や事業用のＰＥＦＣコージェネシステムに適用可能なリバーシブル・コージェネシステムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、可逆的に使用可能な少なくとも２基のセルスタックを用い、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムであって、
純水を貯留又は供給するための純水タンク又は純水供給ラインと、
前記純水を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段にそれぞれ貯蔵する第１の固体高分子型セルスタックからなる電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）と、
前記水素ガスを燃料とする第２の固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）と、
前記燃料電池発電装置の生成水を前記電気分解貯蔵装置に循環させて使用するための生成水タンクを具備し、
前記第１及び第２の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、上記構成において、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）の水素ガス貯蔵手段に導入されＬＮＧ改質装置により生成した水素ガス（改質ガス）を燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）の水素燃料として代替補給するＨ2 補給ラインを併設している。なお、純水は、火力発電所の純水製造装置から純水タンク又は純水供給ラインを介して系内に導入するように構成される場合がある。
【００１０】
【実施例】
本発明の一実施例を添付図面を参照して以下説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１にシステム構成概要図を示すとおり、本実施例システムＸは、深夜電力を利用した純水３の電気分解貯蔵装置１により水素ガス、酸素ガスを貯蔵媒体として夜間貯蔵し、燃料電池発電装置２に供給し、少なくとも昼間に外部負荷に対応して電力供給と排熱利用を可能とするものである。また、燃料電池発電装置２からの生成水（純水）は循環使用するようにしている。
【００１２】
ここで、電気分解貯蔵装置１に供給される純水３は、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕から純水タンクへ導入する。また、状況により純水供給ラインを配設してもよい。
【００１３】
電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１は第１の固体高分子型セルスタックからなり、純水３を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段４；５にそれぞれ貯蔵する。
【００１４】
燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）２は、水素ガスを燃料とする第２の固体高分子型セルスタックからなり、基本構成は電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１と同様であり、第１及び第２の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成する。
【００１５】
また、燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）３の生成水（純水）は生成水タンク６に貯留され、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１に循環させて使用する。
【００１６】
さらに、電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）１の水素ガス貯蔵手段４に導入されＬＮＧ改質装置８により生成した水素ガス（改質ガス）を燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）２の水素燃料として代替補給するＨ2 補給ライン７を併設している。発電の原料となる水素ガスの供給源を２ウエイとして家庭用又は業務用の用途に応じ選択的に構成可能とするためである。
【００１７】
（実施例２）
図２に家庭用にシステム構成したフローシートを示すとおり、本実施例システムＹの発電出力は１〜数ｋＷでよいが、規模の拡縮は本発明の要旨に影響するものではない。参考までに、各構成要素の処理能力を示す数値を図中に付した。
【００１８】
図示するとおり、家庭用にシステム構成した本実施例システムＹでは、純水３は、公知の純水生成器（図示省略）を単体使用すればよく、火力発電所の純水製造装置〔図示省略〕とタンクや供給ラインを介して連系することは要しない。また、Ｈ2 補給ライン７も特に必要としない。当然のことながら、主体となる構成要素間の処理概要は、上記実施例１と同様である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなるものであり、これによれば電力の負荷平準化に寄与する小型分散型電力貯蔵・供給システムを構築し、エネルギーの有効利用と発電コストの低減を図ることができる。
【００２０】
家庭用や事業用のコージェネシステムとして、可逆的に使用可能なセルスタックを用いてコンパクトに構成しているので、機動的に、かつ低価格でシステム構築可能であり、利用拡大（普及）が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成概要図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１ 電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）
２ 燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）
３ 純水（タンク又はライン）
４ 水素ガス貯蔵手段
５ 酸素ガス貯蔵手段
６ 生成水タンク
７ Ｈ2 補給ライン
８ ＬＮＧ改質装置
Ｘ リバーシブル・コージェネシステム
Ｙ リバーシブル・コージェネシステム（家庭用）
Claims (2)
- 外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなうために、可逆的に使用可能な少なくとも２基の燃料電池発電装置（セルスタック）を用いて、既存の主発電設備に対して遠隔立地した分散電源となり、かつ、機動的に電力と熱を供給するようにしたリバーシブル・コージェネシステムにおいて、
火力発電所の純水製造装置から系内に導入される純水を貯留又は供給するための純水タンク又は純水供給ラインと、
前記純水を導入して、深夜電力を消費することにより水素ガスと酸素ガスを電解生成し各別の貯蔵手段にそれぞれ貯蔵する第１の固体高分子型セルスタックからなる電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）と、
前記水素ガスを燃料とする第２の固体高分子型セルスタックからなる燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）と、
前記燃料電池発電装置の生成水を前記電気分解貯蔵装置に循環させて再使用するための生成水タンクを具備し、
前記第１及び第２の固体高分子型セルスタックを逆立的に配置して、それぞれ電解と発電のいずれかを分担可能に入出力系統を構成したことを特徴とするリバーシブル・コージェネシステム。 - 電気分解貯蔵装置（ＳＰＷＥ）の水素ガス貯蔵手段に導入されＬＮＧ改質装置により生成した水素ガス（改質ガス）を燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ）の水素燃料として代替補給するＨ2 補給ラインを併設した請求項１記載のリバーシブル・コージェネシステム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001295619A JP5088996B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | リバーシブル・コージェネシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001295619A JP5088996B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | リバーシブル・コージェネシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003100312A JP2003100312A (ja) | 2003-04-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2001295619A Expired - Fee Related JP5088996B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | リバーシブル・コージェネシステム |
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| JP3680232B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2005-08-10 | トヨタ自動車株式会社 | 固体電解質と、これを用いた燃料電池、水素ポンプ、酸素濃度センサおよび水蒸気濃度センサ |
| JP2001126742A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP2001258390A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-25 | Matsushita Seiko Co Ltd | 農業用ビニルハウス |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001295619A patent/JP5088996B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003100312A (ja) | 2003-04-04 |
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